Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H03K13/17 

1111 Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено для представления аналого вых сигналов в цифровой форме. Известен аналого-цифровой преобр зователь (А1Щ), содержащий компараторы, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответ ственно с выходами компараторов и с входами регистров старших и младших разрядов, выходы регистров - с выходными шинами устройства, а вход управления регистров подключены к одному выходу блока управления и к I выходам триггера тактов преобразования, входы которого соединены с другими выходами блока управления, дешифратор, входы и выходы которого подключены соответственно к выходам регистра старших разрядов и входам управления многопозиционного переклю чателя, первую цепь из последовател но включенных резисторов, вьюоды ко торой соединены с одними входами компараторов и с выходами многопозиционного переключателя, а крайние выводы этой цепи подключены также выходам первого и второго стабилиза торов тока, вторую цепь из последов тельно включенных резисторов, выводы которой соединены с другими входами компараторов, один из крайних выводов этой цепи - непосредственно с источником преобразуемого сигнала и через первый ключ с третьим стабилизатором тока, а второй крайний вьгеод подключен через второй ключ к четвертому стабилизатору тока, причем управляющие входы .первого и второго ключей соединены с выходами тактов преобразования. Данный АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму ,за два такта при-одном наборе компараторов и не содержит аналогового сумматора и цифроаналогового преобразователя обратной связи L1. К недостаткам данного устройства следует отнести: 1.Большое число последовательно включенных после компараторов узлов (преобразователь кода, регистр старших разрядов, дешифратор, многопозиционный переключатель) ,что увеличивает задержку в цепи обратной связи и след, снижает быстродействие преобразователя. 2.Преобразуемый сигнал проходит к другим входам компараторов через резисторы второй цепи из последовательно включенных резисторов. Совместно с входными емкостями компараторов резисторы указанной цепи образуют интегрирующие цепи с различными постоянными времени, что вызывает появление дополнительной и различной по величине для разных компараторов задержки в срабатывании и, следовательно, также снижает быстродействие преобразователя. Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий компараторы, первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выходы первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, авход переключателя - с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших .и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены С вьпсодами элементов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления, входы которогс Соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы старших разрядов соединены с выходными шинами 2 J. Однако применение в цифроаналоговом преобразователе известного устройства операционного усилителя увеличивает время преобразования, а использование разных источников для формирования напряжения грубой шкалы, сдйига точной шкалы и в цифроаналоговом преобразователе является неэкономичным. . Цель изобретения состоит в повьп нии быстродействия устройства и эк номичности . Указанная цель достигается тем что АЦП, содержащий компараторы, первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторо выводы которой подключены к вторьм входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый выход переклю чателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя - с выходсж второго гене ратора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно С выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, реги старших разрядов, входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, /ц роаналоговый преобразователь, цифровые входы ко торого подключены к выходам регист ра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом мла шего компаратора, триггер управления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с BbixopoM блока управления, а прямой и инверсный выходы подклю чены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шинами, введены третий и четвертый генераторы тока и ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с вы ходом третьего генератора тока непосредственно и через ключ - с выходом четвертого генератора тока, вход управления ключа - с прямьм выходом триггера управления, а шина токового питания цифрранало-г гового преобразователя подключена к второму выходу переключателя. На чертеже приведена структурная схема АЦП. АЦП содержит компараторы 1, последовательную цепь 2 из резисторо 3 и 4, источник 5 преобразуемого сигнала, первый 6 и второй 7 генераторы тока, переключатель 8, преобразователь 9 кода, элементы И 10 старших разрядов, элементы И 11 младших разрядов, регистр 12 старших разрядов, цифроаналоговый. преобразователь (ЦАП) 13, триггер 14 управления, элемент 15 задержки, блок 16 управления, выходные шины 17, третий генератор 18 тока, четвертый генератор 19 тока, ключ 20. Принцип действия аналого-цифрового преобразователя состоит в следзтощем. В исходном состоянии, когда напряжение на выходе источника 5 равно нулю, триггер 14 управления находится в нулевом состоянии, ключ 20 разомкнут, переключатель 8 находится в положении, когда ток генератора 7 тока проходит через второй выход переключателя 8 на вход ЦАП 13. Если выходные напряжейия регистра 12 старших разрядов соответствуют логическому нулю, то ток на выходе ЦАП 13 отсутствует. Таким образом, через резисторы 3 и 4 последовательной цепи 2 протекает ток генератора 6 тока, а через резистор 4 той же цепи 2 - ток от генератора 18 обратного знака. Указанные токи создают на резисторах последовательной цепи 2 опорные напряжения для Компараторов 1, причем значения опорных напряжений соответствуют точной шкале преобразова-г теля и для каждого последующего компаратора 1 отличаются от опорного напряжения предьщущего компаратора 1 на величину падения напряжения на резисторе 3 от протекания тока генератора 6 тока. Выходные напряжения всех компараторов 1 соответствуют логическс 1у нулю. При наличии напряжения источника 5 сигнала и поступлении импульса с блока 16 управления триггер 14 управления переходит в единичное состояние, что вызьтает изменение поло-i женин переключателя 8 и замыкание ключа 20. С единичного выхода триггера Т4 управления поступают разрешающие сигналы на вторые входы элементов И 10 старших разрядов и сигнал обнуления регистра 12 старших разрядов. Ток генератора 7 тока с первого выхода переключателя 8 протекает через резисторы 3 и 4 I1 последовательной цепи 2, а ток гене ратора - через резистор 4 той же це пи 2. Совместно с токами генераторо 19,6 и 18 тока подключенные токи фо мируют на резисторах последовательн цепи 2 опорные напряжения грубой шк лы преобразователя. В зависимости от величины напряжения источника 5 определенное числ компараторов 1 переходит в состояние логической единицы. Двоичный код старших разрядов с выходов преобразователя 9 кода проходит через1 элементы И 10 старших разрядов в регистр .12 и там запоминается. ЦАП 13 устанавливается выходными напряжениями регистра 12 в положение, со ответствующее коду старших разрядов Через время задержки элемента 15 задержки триггер 14 зшравления возвращается в нулевое положение, что вызывает переключение тока генерато ра 7 тока от последовательной цепи 2 к входу ЦАП 13 и отключение тока генератора 19 от резистора 4 последовательной цепи 2. При этом также появляются разрешающие сигналы на, вторьрс входах элементов И 1Г младши разрядов и запрещающие сигналы на вторых входах элементов И 10 старших разрядов. ЦАП 13, основанный на токовых делителях, питаемых одним источником тока, разделяет ток генератора 7 тока на несколько токов, число которых равно числу стар ших разрядов, а их значения пропорциональны весовым коэффициентам старших разрядов, в соответствии с чем часть тока генератора 7 тока, соответствующая числу логических единиц в старших разрядах и весов разрядов, проходит на резистор 4 последовательной цепи 2 и создает на резисторе 4 падение напряженияj равное грубо определенному на первом такте значению напряжения источника 5. Таким образом, токи генераторов 6 и 18 тока формируют на резисторах 3 и 4 опорные напряжения точной шкалы, а токи С выхода ЦАП 13 осуществляют сдвиг точной шкалы. В связи с этим на выходах компараторов 1 появится единичный код, соответйтвующий результату точного изме рения сигнала от источника 5. Этот код преобразуется преобразователем 9 кода в двоичный код к передается на выходные зажимы младших разрядов . С поступлением следующего импульса с блока 16 управления происходит переход к грубому преобразователю, а содержимое регистра 12 старших разрядов стирается. Работа преобразователя проходит аналогично. Направление токов генераторов 6, 18, 7 и 19 тока, соотношения их значений и соотношения между сопротивлениями резисторов 3 и 4 устанавливаются на основании следующих соображений. Параллельно-последовательный п-разрядный АЦП, использующий одни и те же компараторы в обоих тактах преобразователя, содержит ( 1) компараторов, где - число разрядов выходного кода, а отношение суммы токов генераторов 6 и 7 тока к значению тока генератора 6 тока равно отношению цены деления грубой шкдлы к цене деления точной шкалы, т.е. например. Для 8-разрядного АЦП число компараторов равно 15, ток генератора 7 тока содержит 15 частей, равных току генератора 6 тока. При указанном выборе соотношений токов создаются на резисторах 3 падения напряжения, необходимые для проведения преобразования на первом и на втором тактах. Для повьш1ения экономичности устройства сдвиг точной шкалы по результату грубого преобразования осуществляется с использованием тока генератора 7 тока путем его переключения на втором такте преобразования к шине питания ЦАП 13. Для случая 8-разрядного АЦП (4 старших грубых разряда) в ЦАП 13 ток генератора тока 7 делится на части, которые относятся одна к другой как 8:4:2:1. В соответствии с значением кода старших разрядов определенные части тока генератора 7 тока проходят с выхода ЦАП 13 к второму входу младшего компаратора 1 и создают на резисторе 4 напряжение сдвига точной шкалы, для чего сопротивление резистора 4 выбрано в раз, т.е. в 16 раз для 8-разрядного АЦП, больше сопротивления резистора 3 последовательной цепи 2. Такое техническое решение позволяет получить сдвиг точной.шкалы с токами в 16 раз меньше, чем в случае равенства сопротивлений резисторов 3 и 4. При этом формирование

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий компараторы,первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторьм входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый -выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя соединен с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов. входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших :разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шинами, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и экономичности, введены третий и четвертый генераторы тока и , ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом тре-г тьего генератора тока непосредственно и через ключ - с выходом четвер41 того генератора тока, вход управлесх ния ключа соединен с прямым выходом 00 триггера управления, J шина токового ;питания цифроаналогового) преобразователя подключена к второму выходу переключателя.