Преобразователь напряжение-цифровой код Советский патент 1984 года по МПК H03K13/20 

.второй вход компаратора соединен с первым входом первого дополнительного компаратора, А второй вход каждого предыдущего дополнительного ком- паратора подключен к первому входу поС ледуюшего дополнительного компаратора.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ ЦИФРОВОЙ КОД, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами, первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементовИ, первые входы которых соединены с выходом генератора и первьм входом блока управления,при этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход с управляюицш входом ключа, третий выход - с управляющим входсян линейно пропускаищего устройства, а третий вход - с преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход подключен к первому входу генератора разрядного тока/ второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен с источникам смеюения, о т л и ч а ю. щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности преобразования, в него введены (И-2) дополнительных компараторов, элементов И, ключей, зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика (п-целое, п 3), при этом выходы дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к входам управления сложением предьвдувднх второй группы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выхода которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счетные входы (п-2) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходами {п-2) дополнительных элементов И, первые входы пол- § ключены к выходу генератора,при этом вторые входы всех элементов И подклю-j чены соответственно к четвертому, пятому ,...,( п+2) -му дополнительным выхо дам блока управления, четвертый ,..., (И +1)-и дополнительные вхо- g ды которого соединены соответственно с выходами (п-2} дополнительных ксмипараторов, а (п+4)-й, (п+5)-й,..., ,

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и предназначено для быстрого кодирования амплитуд импульсных сигналов и посто янного тока в вольтметрах. Известен время-импульсный преобразователь амплитуд импульсов в цифровой код, содержащий линейно-пропус кающее и зарядное устройства, запоминающий конденсатор, сравнивающее устройство, устройство управления, генератор разрядного тока с токовым ключом, а также генератор тактовых импульсов с импульсным ключом и счет чик импульсов Y} . Недостатком данного преобразователя является ограниченное быстродействие. Известен также преобразователь напряжение - цифровой код, содержащий ускоренный время-импульсный преобразователь, разряжающий запетлинающий конденсатор двумя разрядными токами, значительно отличакщимися по величине 2 . ОсновнЕйх недостатком этого преобразователя является сложность создания двух генераторов импульсного тока с высокой стабильностью отношения этих токов, что не позволяет достигнуть теоретического предела быстродействия, t Наиболее близким к предлагаемому изобретнию по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь амплитуд импульсов в цифровой код, содерж Ш1ий два заряд ных устройства с нг копительньми конденсаторамк, первую н вторую группы счётных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к.выходам первого и второго элементов Н первые входы которых со дниены с выходом генератора и п&рвьм входом блока управления, при этом вт рой вход блока управления соединен выходом кс 4паратора, первый выход с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с уп.равляющим входом ключа, третий выход с управляющим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход с входом преобразователя и входом лннейно-nponyCKaioutero устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход которого подкл1бчен к первсжу входу генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, вход которого соединен с источником смещения fЗ . Недостатком известного преобразователя является ограниченное быстродействие при заданной точности преобразования, при зтом, если точность легко может быть обеспечена выбором .количества триггеров счетчика, то быстродействие определяется числом ступеней преобразования, которое в данном преобразователе ограничено двумя ступенями, поскольку какиелибо технические средства, позволяющие увеличить число ступеней, в структуре преобразователя отсутствуют. Цельк изобретения является повышение быстродействия.при сохранении точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжение цифровой код, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом генератора и первым входом- блЬка управления, при , этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с управляющим входом ключа, третий выход - с- управлякщим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход - с входом преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход которого подключен к первсму входу генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства , вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен с источником смещения, введены (h-2) дополните льннх компараторов, элементов .и, ключей зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика (И- целое, 3} , при этом выходы дополнительных нече- мх групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к входам управления сложением предыдУ щих второй группы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выходы которых соединены соот ветственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счетные входы (Й-2) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходгили (11-2) дополнительных элементов И, первые вхо ды которых подключены к выходу генератора, при этсм вторые входы всех элементов И подключены соответственно к четвертому, пятому,..., (П+2)-м дополнительным выходам блока управления, четвертый, пятый,..., (ь+1)-й дополнительные входы которого соединены соответственно с выходами (П-2) дополнительных компараторов, а (П+4)-й; (П+5),... (2п+1)-й дополнительные выходы - с управляющими входами (П-2) допОлнительны с ключей, выходы которых подключены соответственно к входс1м (п-2) дополнительных зарядных устройств, при (11-2} дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с (П-2) допЬлнительными входами генера тора разрядного тока, а дополнительные выхода первого, второго и первых (Ч-4) дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с входами (п-2) дополнительных ключей, первыми входами компаратора и входами первых (И-3) дополнительных .ксмпараторов, причем дополнительные выходы (п-З)-го и (п-2)-го дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с первым и вторым входами (й-2)-го дополнительного компаратора, при этом второй вход компаратора соединен с первьди входом первого дополнительного компаратора, а второй вход каждого предыдущего дополнительного компаратора подключе к первому входу последующего дополнительного компаратора. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграмKtti, пояснякяцие его работу. Вход преобразователя соединен с третьим входом блока 1 управления и .линейно-пропускагацим устройством 2, выосод которого подключен к входу первого зарядного устройства 3f. Зарядное устройство содержит усилитель 4, зарядный диод 5, накопительный конденсатор 6 и согласователь им.педансов 7. Прн этом выход усилителя 4 через последовательно соединенные зарядный .диод 5 н накопительной конденсатор 6 цод ключен к щиде нулевого потенциa Skf а общдя точка зарядного диода 5 и накопительного конденсатора 6 через согласователь 7 импедансов соединена с первым входом усилителя 4 и дополнительная выходом зарйдного устройства, вход которого подключен к второму входу усилителя 4, а выход к общей точке зарядного диода 5 и накопительного конденсатора 6. Входы второго зарядного устройства 3 и (П-2) дополнительных зарядных устройств 3j .... 3ц подключены соответственно к выходам ключа 8 и (П-2) дополнительных- ключей 8.. « 8, управляющие входы которвЬс соединены соответственно с вторым, ()-|(, п4-5)-ым,.,. (2n+l)-bw выходами бло- ка 1 управления. Вход ключа 8f соединен с источником 9 смещения, а вхо ды дополнительных ключей 8..., 8|,.соответственно с дополнительными выходами зарядных устройств 3,3,..., 3fj.2. При этом первый, второй и (2) дополнительных входов генератора 10 разрядного тока соединены соответ ственно с вцходами зарядных устройств 3цf 32,...,3, а управляющий вход с первьм выходом блока 1 управления, Шз1ход компаратора 11 { и выходы {п-2) дополнительных компараторов ... 11п. подключены соответственно к второму, четвертому, пятому ..., (п +1)-му входам блока 1 управления, первые входы -к дополнительным выходам первого, второго и («1-3) дополнительных зарядных устройств 3, 32.,..., 3j)f, Причем второй вход каждого из предьщущих компараторов 11;| , 112,..., 11л-1 соединен с первым входом последующего компаратора, а второй вход компаратора 11|,.,- с дополнительньм выходом зарядного устройства 3, Первый вход блока 1 управления подключен к первым входам первого, второго и (п-2) дополнительных элементов И 12, 122,..., 12г) и выходу генератора 13, а четвертый, пятый,..., (Ш2)-ой выходы блока 1 управления соединены соответственно с вторыми входами элементов И 12, 12,..., 12ц, выходы которых подключены соответственно к первой, второй и (п-2) дополнительным группам счетных триггеров. 14, 142,..,, 1 счетчика 15. При этом выходы четных групп счетных триггеров 14, ,..., соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих нечетных групп счётных триггеров 14;( ,14,. « .« а входы управления сложением их - с выходами последующих нечетных групп счетных триггеров 14л, 14,... Преобразователь напряжения - цйф ровой код работает следующим образом В исходном состоянии ключи 8f f 8,... ,3|,,f замкнуты, накопительные онденсаторы 6.нечетных зарядных стройств 3, 3... разряжены/ tta ыходах четных зарядных устройств 3, 3... напряжение равно напряжению смещения источника 9 смещения , . Входной сигнал (фиг. 2п) через открытое линейно-пропускающее устройство 2 поступает на зарядное устройство 3| и через усилитель 4, зарядный диод 5 заряжает накопительный конденсатор f до максимальной амплитуды входного сигнала, при этом во всех остальных нечетных зарядных устройствах 3, З.,, напряжение на накопительных конденсаторах б будет меняться аналогичным обра.зом. в момент Ц блок 1 управления закрывает линейно-пропускающее устройство 2, размыкает ключ 8 , окрьтает элемент И 12 и дает команду генератору 10 разрядного тока на начало разряда накопительного конденсатора б зарядного устройства 3, причем на чало разряда и момент открывания элемента И 12 блок 1 управления синхронизирует с частотой генератора 13 (фиг. 26.в). Импульсы генератора 13 проходят через открытый элемент И 12i на вход первой (старшей) группы счетных триггеров 14 счетчика 15, которая подсчитывает количество импульсов в первой ступени преобразования (фиг, 2е). Состояние первой группы счетных триггеров 14f образует старшие разряды формируемого цифрового кода. С моментаt напряжение на выходе зарядного устройства 3 начинает линейно уменьшаться (фиг, 2а,1). При совпадении напряжений на дополни тельньх выходах зарядных устройств 3,) и (напряжение на выходе зарядн го устройства Sj, как указывалось ра нее, в этот период времени paBHoU jjn срабатывает компаратор 11 (момент времени i2 , фиг, 2а,) и вьвдает сигнал в блок 1 управления, который синхронизирует момент срабатывания с частотой генератора 13 и.вьвдает команды на переключение разрядного тока из зарядного устройства 3 в зарядное устройство 3 через генератор 10 разрядного тока, на закрьзвание элемента И 124 и включение элемента И 12 (фиг, 2а, мсмеатН-з , фиг, 26,,3-,), В момент i, когда разрядный ток переключается из зарядного устройства 3 в зарядное устройство ЗУ, напряжение на выходе зарядного устройства 3| перестает изменяться, а напряжение на внхрд зарядного устройства Зд начинает уменьшаться по линейному закону (фиг 2а,2). Емкость накопительного конденсатора 6 зарядного устройства 37 больше емкости накопительного конденсатора 6 зарядного устройства 3 в 2 раз, где m - число триггеров в первой группе счетных триггеЕю счетчика 15, Поэтому крутизна изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства 3 меньше крутизны изменения, напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства 3|, В момент совпадения напряжений на дополнительных выходах устройств 3 и 3 ксжпаратор 114 вновь срабатывает, при этом блок 1 управления закрывает 8 и синхронизирует момент совпадения с импульсами генератора 13 (фиг,2а, момент 4 ) / а также закрывает элемент-И 122 (фиг, 2) и открывает элемент И (фиг, 2и) и переключает ток разряда в зарядное устройство 3.. Емкость накопительного конденсатора 6 зарядного устройства 3 больше емкости накопительного конденсатора 6 зарядного устройства в 2 раз (как и для накопительных конденсаторов 6 зарядных устройств 32 и 3.J и, следовательно, скорость изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства З меньше, чем на дополнительном выходе зарядного устройства 3 (фиг. ), При совпадении напряжений на дополнительных вЕлхОдах зарядных устройств ЗУ и 3j срабатывает компаратор Ну и процесс кодирования происходит аналогично описанному ранее алкость накопительного конденсатора 6 каждого последующего зарядного устройства больше емкости накопительного конденсатора 6 каждого предыдущего зарядного устройства в и процесс формирования напряжений, сравнения и переключения ключей 8 и элементов И 12 происходит аналогично описанному вьаие. Сигналы на выходе элементов И 12, 12 и 12 представлены соответственно на фиг, 2e,;,k, Эти пачки импульсов поступают на счетные входы соответствующих групп счетных триггеров 14, 14 и 14д счетчика 15 и пересчитываются, причем чтобы не исказить конечный результат, результаты счета в нечетных групрах счетных триггеров складываются, а результаты счета в четных группах счетных триг;геров вычитаю -ся из числа,полученного в первой счетных тригг юв 14 счетчика 15 Предлагаемый преобразователь позволяет увеличить число ступеней преобразователя до h, количество КОТОРЫХ выбирается из требуемого быстродействия, по сравнению с двумя ступенями преобразования в известном устройстве, что обеспечивает повышение быстродействия при сохранении точности преобразования. Если для одноступеичатого 12-разрядного преобразователя время преобразования равно 2H 4e96tj-j, где1гм - длительность периода импульсов с выхода генератора 13, а для двухступенчатого преобразователя (по 6 разрядо в каждой группе) - f sl28trj,, то для четырехступенчатого (по 3 разряда в каждой ступени) 2Чси , з выиеиэложенного су едует,что при увеличении числа ступеней в 2раза,й)1стродействие преобразователя значительно увеличиваете.