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

йен с вторым выходом генератора тактовых импульсов и первым входом элемента Н соответственно, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход - с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, а

выход - с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с вьгходом второго источника образцового тока, а второй выход с общей ишной, при этом информационный вход третьего ключа соединен с выходом третьего источника образцового тока,а второй выход - с общей шиной.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при построении цифровых измерительных приборов и аналого-цифровых комплексов.

Известен интегрируюпщй аналогоцифровой преобразователь, содержащий двухвходной интегратор, один вход которого подключается к источнику преобразуемого напряжения, а второй через ключ - к источнику образцового напряжения. Выходы интегратора и генератора линейно изменяющегося напряжения через сумматор подключены к входу компаратора, выход которого соединен с входом триггера, управляющего работой ключа С 1 .

Недостатком данного аналого-цифрового преобразователя является низкое быстродействие.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом цифрового измерителя временных интервалов, второй выход соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а вьосод соединен с вторым входом измерителя временных интервалов и управляющими входами двухпозиционного ключа и ключа,выход которогр соединен с входом начальной установки генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), состоящего из конденсатора начальной установки и генератора тока, выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом компаратора, а информационный вход ключа соединен с выходом интегратора, который состоит из конденсатора и буферного каскада.

при этом информационньй вход двухпозиционного ключа соединен с выходом источника образцового тока, первьм выход ключа соединен с общей шиной, а второй выход соединен с входом интегратора и выходом преобразователя напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной 2 1.

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Цель изобретения - повышение быстродействия .

Поставленная цель достигается

Тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержашкй первый преобразователь напряжения в ток,вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым выходом первого

ключа и входом .первого интегратора, вькод которого соединен с информационным входом первого ключа начальной установки,, выход которого соединен с входом первого генератора

линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого сое;щнен с общей шиной, а выход - с первым входом первого

триггера, второй нход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с первым входом первого цифрового измерителя временных

интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и упраапяющими входами первого ключа начальной установки и первого ключа, информационный вход которого соединен с вьгходом первого источника образцового тока, а второй выход - с общей шиной, введены второй интегратор, второй и третий источники образцового тока, второй и третий ключ второй ключ начальной установки,второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор, второ цифровой измеритель временных интервалов, элемент И, ключ выборки, запоминающи: конденсатор, второй преобразователь напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первыми выходами второго и третьего ключей и входом второго интегратора, выход которого соединен с информационным входом вт рого ключа начальной установки,выхо которого соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося на пряжения, выход которого соединен с первым входом второго компаратора второй вход которого через запоминающий конденсатор соединен с общей шиной и через ключ выборки - с выхо дом первого интегратора соответственно , а выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов и управ ляющим входом ключа выборки соответ ственно, с. выход - с управляющими входами третьего ключа и второго ключа начальной установки и первым входом второго цифрового измерителя временных интервалов соответственно втор.ой вход которого соединен с вто рым выходом генератора тактовых импульсов и первым входом элемента И соответственно, второй вход которого соединен с выходом первого три:- гера, а выход - с первым входом третьего триггера, второй вход кото рого соединен с первым выходом гене ратора тактовых импульсов, а выход с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго источника образцового тока, а второй информационный выход - с общей шиной, при этом информационный вход третьего ключа соединен с выходом третьего источника образцового тока, а второ выход - с общей шиной. I На фиг.1 представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняю цие его работу. Аналого-цифровой преобразователь содержит первый преобразователь 1 напряжения в ток, первый интегратор 2, первый ключ 3 начальной установки, первьш генератор 4 линейно изменяюгцегося напряжения, первый компаратор 5, первый триггер 6, первый змеритель 7 временного интервала, сточники 8,9 и 10 образцового тока, ключи 11, 12 и 13, ключ 14 выборки становки, генератор 15 тактовых импульсов, элемент И 16, втдрой триггер 17, конденсатор 18, второй преобразователь 19 напряжения в ток, второй интегратор 20, второй ключ 21 начальной установки, второй генератор 22 линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор 23 третий триггер 24, второй цифровой измеритель 25 временного интервала. Вход преобразователя 1 напряжения в ток соединен с входной шиной и входом второго преобразователя 19 напряжения в ток, выход которого Соединен с входом интегратора 20, выходом ключа 12 и выходом ключа 13. Информационный вход ключа 12 соединен с выходом источника 9 образцового тока, второй выход ключа 12 соединен с общей шиной и вторым выходом ключа 13. Информационный вход ключа 13 соединен с выходом источника 10 образцового тока, управляющий вход ключа 13 соединен с управляющим входом ключа 21, с выходом триггера 24, и выходом цифрового измерителя временного интервала 25, 1;Торой вход которого соединен г выходом генератора 15 тактовых импульсов, первым входом элемента И 16 и вторым входом цифрового измерителя 7 временного интервапа, первый вход которого соединен с выходом триггера 6, вторым входом элемента И 16, управляюии м входом ключа 11 и управляющим входом ключа 3, информационный вход которого соединен с выходом интегратора 2 и входом ключа 14 выборки, выход которого соединен с конденсатором 18 и входом компаратора 23, выход которого соединен с входом триггера 24, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 15 тактовых импульсов и управляющим входом ключа 14. Второй вход компаратора 23 соединен с выходом генератора 22 линейно изменяющегося напряжения,вход которого соединен с выходом интегратора 20. Выход источника 8 образUonoro тока соединен с входом ключа 11, первый выход которого соединен с общей ИННОЙ, а второй гыход соединен с выходом преобразователя 1 напряжения в ток и входом интегратора 2. Выход ключа 3 соединен с входом генератора 4 линейно изменяющегося напряжения , выход которого соединен с входом компаратора 5, выход которого соединен с входом триггера 6, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 тактовых импульсов и вторым входом триггера 17, первьй вход которого соединен с выходом элемента И 16. УrIpaвляю u й вход ключа 12 соединен с выходом триггера 17.

Вторая обкладка конденсатора 18 и второй вход компаратора 5 соединены с общсй шиной устройства.

В момент времени t (фиг.2) ключи 3, 14, 21 замкнуты и конденсатор 18 отслеживает напряжение на интегратора 2. Напряжение на входе и выходе генератора 4 линейно изменяющегося напряжения соответствует напряжению на выходе интегратора 2. Напряжение на входе и выходе генератора 22 линейно изменяющегося напряжения равно напряжению на выходе интегратора 20. Ключи 11, 12 и 13 находятся в положении, когда токи от источников 8, 9 и 10 образцового тока переключены на общую шину. Интеграторы 2 и 20 интегрируют входной сигнал. В момент времени t импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов переключает триггеры 6 и 17. Ключ 3 размыкается, ключ 11 переключает ток J на вход интегратора 2, ключ 12 переключает ток D J на вхо интегратора 20.

Ключ 12 подключает ток от источника 9 образцового тока к входу интегратора 20 на время -Ъ,, +-tru-Л

С 1- Ч (

где t р, - период счетных импульсов

ur--r -l eNi

fc - время, cooTСЧ

СЧ

ключ 3 замыкается, ключ 11 переключает ток на общую шину, с приходом очередного счетного импульса на второй вход элемента И 16 переключается триггер 17 и ключ 12 переключают ток на общую шину.

В интервале времени от t,, до момента срабатывания компаратора 5 на вход цифрового измерителя временных интервалов 7 поступали счетные импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 15 и формировался код старших разрядов преобразуемого входного напряжения.

К моменту t,, (где Т - период преобразования) напряжение на интеграторах 2 и 20 имеет вид:

;L (t)cJt-- 1(1-(2) с;

бх с.

V

и2(Ч1 2(г)()

.и (

где

1

2 S,

скорость разряда конденсатора генератора 8 линейно изменяюш.егося напряжения. J.

Гли Н 8

i С

г/ми н 8

i

u.(в) u(i,,WcJ..

1 J

±. п

(t)di ;

с, I JBX

t,

2(3h,(,,4;rветствующее младшим разрядам цифрового эквивалента входного сигнала, eNt - целая часть числа.

Интеграторы 2 и 20 интегрируют сумму токов Og и 3, Напряжение на выходе генератора 4 линейно изменяющегося напряжения изменяется от UCt) до 0. В момент равенства О компаратор переключает триггер 6 и

В момент времени t, импульс генератора 15 тактовых импульсов разомкнет ключ 14, переключит триггер 24 в состояние, когда на цифровой измеритель 25 временнгих интсфвалов

поступают счетные импульсы, ключ 13 переключает Э источника 10 образцового тока с общей шины на вход интегратора 20, ключ 21 разомкнется, и начнется разряд генератора 22 линейно изменяющегося напряжения 22.

Так как пгразрядный код цифрового эквивалента аналогового сигнала paisбит на п/2 старших и п/2 младших разрядов, то ток 1 источника образ цового тока 10 равен

о,/г

П/2

Разряд будет продолжаться время Тц

;р ..(зl-u,(iзl .

м-где Sj - скорость разряда конденсатора генератора 22 линейно изменяющегося напряжения

При ,к моменту времени t ty + Т/2 напряжения U(t) и ,) равны:

t4

Ut(4)(Sh- вх()

Ci 4

V

.(з)

в следукмцем такте процесс повторяется:

- 1 Г ..,. .

с---5Г 1ГГв °

о

Nc eNt-r- - i

ri

-сч

Мi

-СЦ

где eNi - целая часть.

Таким образом, уже во втором такте после изменения входного сигнала аналого-цифровой преобразователь выдает старшие и младшие разряды цифрового эквивалента, причем старшиеразряды в прямом коде, а младшие разряды в дополнительном коде. Прототип дает решение тоже во втором такте, но при одинаковой частоте счетных импульсов и при одинаковом количестве разрядов цифрового эквивалента аналогового сигнала период преобразователя прототипа равен Тпр t ц а у предлагаемого устройства Т 2/2.+1

Таким образом, данный аналогоцифровой преобразователь имеет быстродействие в К раз большее, чем прототип, где

К 1

..