Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к импульсной технике и мсисет быть использован при измерении слабых токов. Известно устройство, содержащее фазовращающий блок, грубую и точную цепи преобразования, каяодая из которых состоит из последовательно соеди ненных блока фазовых компараторов, дешифратора, регистра, блока компенсирующего тока, генератора опорного напряжения fl J. Недостатком этого устройства является низкая точность. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является уст ройство, содержащее фазовращающий блок, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов, второй вход которого подключен к nepBOTiy выходу блока управления, первый вход которого соединен с первым выходом блока фазовых компараторов, второй выход которого соедине с первым входом шифратора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход - с первым входом регистра, второй и тре тий входы которого соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, а выход соединен с шиной выходного сигнала и через блок компенсирующего тока соединен с первым входом фазовращающего блока, второй вход которого соединен с шиной входного сигнала а третий вход соединен с выходом генератора и с третьим вхо дом блока фазовых компараторов С2. Недостатком известного устройства является низкая точность. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная-цепь достигается тем что а устройство, содержащее фазовра щающий блок, выход которого соединен с первым входом блока фазовых ко параторов, подключенный вторым входом к первому выходу блока управлени вход которого соединен с первым выходом блока фазовых компараторов, соединенного вторым выходом с первым входом шифратора, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, а выход - к первому входу регистра, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с выходной шиной преобразователя и через блок компенсирующего тока - с первым входом фазовращающего блока, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а третий вход - с выходом генератора, введены фазовращатель смещения, опорный фазовращатель и опорный фазовый компаратор, причем выход генератора соединен через фазовращатель смещения с третьим входом блока фазовых компараторов, выход фазовращающего блока соединен с первым входом опорного фазового компаратора, второй вход которого соединен через опорный фазовращатель с выходом генератора, а выход соединен с третьими входами, шифратора и регистра, четвертый вход которого соединен с дополнительным выходом блока управления. На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя. Аналого-цифровой преобр азователь содержит фазовращающий блок 1, выход которого соединен с первым входом блока 2 фазовых компараторов, второй . вход которого, подключен к первому выходу блока 3 управления, первый вход которого соединен с первым выходом блока 2, второй выход которого соединен с первым входом шифратора 4, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 3 управления, а выход соединен с первым входом регистра 5, второй и четвертый входы которого соединены с третьим и четвертым выходами блока 3 управления, а выход соединен с шиной выходного сигнала и через блок 6 компенсирующего тока с первым входом блока 1, второй вход которого соединен с шиной входного сигнала, а третий вход соединен с выходом генератора 7, через фазовращатель 8 смещения с третьим входом блока 2 и через опорньй фазовращатель 9 с первым входом опорного фазового компаратора 10, второй вход которого соединен с выходом блока 1, а выход с третьим входом шифратора 4 и третьим входом регистра 5. Устройство работает следующим образом. В течение первого такта кодирования в зависимости от величины фазового сдвига 4v, пропорционального величине преобразуемого сигнала 4j((t), в блоке 2 срабатывает определенное количество фазовых компараторов и при помощи шифратора 4 формируется п/2 старших разрядов двоичного цифрового кода, который по сигналу из блока 3 управления заносится в п/2 старших

разряда регистра 5. Пропорциональный этому коду компенсирующий ток 3 вырабатываемый в блоке 6 компенсирующего тока, поступает на второй вход блока 1, осуществляя компенсацию сдвига фазы его выходного напряжения до значения JOCT результате процесса компенсации выходное напряжение имеет некоторый остаточный фазовый сдвиг

х - 1 .

ост

где V./ - значение фазы выходного напряжения блока 1, пропорциональное входной преобразуемой величине 4(1); f - значение фазы, пропорциональное двоичному коду, занесенному в первом такте преобразования в регистр 3. При компенсации под воздействием компенсирующего тока Э фаза выходного напряжения фазовращающего блока 1 сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием входного сигнала О у(t) .

В течение второго такта происходит кодирование величины ост опР деление и занесение в соответствующие разряды регистра 5 п/2 младших разрядов выходного кода. В течение процесса компенсации по сигналу из блока 3 управления происходит соответствующая перестройка блока 2 фазовых компараторов. Если корректирующий компаратор 10 не сработал, то в течение второго такта работа АЦП происходит так же, как и в течение первого такта: при помощи блока 2 фазовых компараторов и щифратрра 4 происходит формирование и занесение в регистр 5 двоичного кода, соответствующего п/2 младшим разрядам.

На этом преобразование заканчивается и АЦП готов к новому циклу преобразования.

Если же опорный компаратор 10 сработал, то это означает, что разностный сигнал Vflj. , соответствующий разностному току I р 3 - компенсирующий ток, пропорциональный коду п/2 старших разрядов регистра 5), превьшгает диапазон сигналов, на который настроены фазовые компараторы в блоке 2 в течение второго такта кодирования, т.е. частичный код п/2 с-рарщих разрядов, сформированный в течение первого такта кодирования, получен с недостатком (меньше истинного). Поэтому этот код олжен быть скорректирован.

Для того, чтобы в течение второго такта преобразования происходило исправление ошибки, возникшей в первом такте, введен компаратор 10, опорный уровень которого, обеспечиваемый

опорным фазовращателем 9, продолжает прогрессию, образуемую опорными уровнями компараторов блока 2. Компаратор 10 определяет номинальный диапазон уровней, подаваемый на блок 2 фазоBbix компараторов в течение второго такта преобразования. Он обнаруживает любой переход за границу этого иапазона, а значит, и наличие ошибки в первом такте,

После этого происходит процесс окомпенсации фазы выходного напряжения рабочего фазовращающего блока 1 до значения j Процесс окомпенсации заключается в том, что

в блоке 6 компенсирующего тока вырабатывается несколько больщий компенсирующий ток, соответствующий уже правильному коду четырех старших разрядов выходного кода, в результате

чего фаза выходного напряжения раб.очего фазовращающего блока 1 еще больше сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала I.,(t).

После окончания процесса докомпенсации происходит кодирование величиHbiMoj.-p, т.е. определение четырех младших разрядов выходного кода.

Фазовращатель 8 обеспечивает смещение уровней настройки фазовых компараторов в блоке 2 только вверх (в сторону увеличения), благодаря чему код четырех старших разрядов всегда получается или правильным, или с недостатком.

При отсутствии смещения пороги срабатывания фазовых компараторов могут сместиться не только вверх, но и вниз. В последнем случае определяемый в течение первого такта преобразования код старших разрядов получают с избытком. Поэтому величина компенсирующего тока I превьпиает величину входного (преобразуемого) тока Iv(t), в силу чего эквивалентный входной ток, воздействующий на вход

АЦП после окончания процесса компен.сации и равный разности Iy(t) - J, отрицательный. Но поскольку применяемое в рассматриваемом АЦП рабочее фазовращающее устройство не чувствует полярности преобразуемого сигнала.

это приводит к возникновению дополнительной погрешности преобразования. Таким образом, пременение предлагаемого устройства позволяет уменьшить по1решность аналого-цифрового преобразования.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий фазопращающий блок, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов, подключенный вторым входом к первому выходу блока управления, вход которого соединен с первым выходом блока фазовых компараторов, соединенного вторым выходом с первым входом шифратора, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления , а выход - к первому входу регистра, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с выходной шиной преобразователя и через блок компенсирующего тока - с первым входом фазовращающего блока, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, а третий вход - с выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены фазовращатель Смещения, опорный фазовращатель и опорный фазовый компаратор, причем выход генератора соединен через фазовращатель смещения с третьим входом блока фазовых компараторов, выход фазовращающего блока соединен с первым входом опорного (Л фазового компаратора, второй вход которого соединен через опорный фазовращатель с выходом генератора, а выход соединен с третьими входами шифратора и регистра, четвертый вход которого соединен с дополнительным выходом блока управления. Г) ел :с со со