Преобразователь напряжения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

третьего фотоприемника и третьим входом лервого элемента ИЛИ, а выход через формирователь импульсов соединен с выходом первого блока преобразования временного интервала в код, выход каждого из М-1 блоков преобразования временного интервала в код через последовательно соединенные формирователь импульсов и второй элемент ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого«фотоприемника, причем оптический выход излучателя света через световод соединен с вторыми оптическими входами первых квантронов И -1 блоков преобразования временного интервала в код, а через первый и второй оптические жгуты с оптическими входами соответственно первого и второго электронно-оптических ключей, оптические выходы первого из которых оптически соединены соответственно с оптическими

входами первого и второго фотоприемников и через третьи электронно-оптические ключи - с вторыми оптическими входами квантронов первого блока преобразования временного интервала в код, а оптические выходы второго электронно-оптического ключа оптически соединены соответственно с оптическими входами третьего фотоприемника и через четвертые электронно-оптические ключи - с вторыми оптическими входами квантронов первого блока преобразования временного интервала в код, при этом вход первого электронно-оптического ключа и входы третьих электррннооптических ключей соединены с выходо второго элемента ИЛИ-НЕ, а вход второго электронно-оптического ключа и .входы четвертых электронно-оптических ключей соединены с выходами первого элемента ШШ-НЕ.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащий преобразователь напряжения Во временной интервал, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с в}содом блока задержки, основной формирователь импульсов сброса, и блоков преобразования временного интервала в код (л - число разрядов), каждый из которых содержит первый фотоприемник, формирователь импульсов, квантроны, оптический выход каждого из. последующих квантронов .оптически соединен с первым оптическим входом каждого предьщзпцего квантрона, в калвдом из И-1 блоков преобразования временного интервала в код оптический выход каждого предцдзщего квантрона соединен с вторым оптическим входом каждого последующего квантрона, а оптический выход последнего квантрона С опт1тческим входом первого фотоприемника, вход которого соединен с входами возбулщения квантронов и выходом предьздущего блока преобразования временного интервала в код, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования, в него введены элемент НЕ и световод, а в каждый блок преобразования временного интервала в код введены формирователь импульсов сброса, два элемента ИЛИ, а в первый блок преобразования временного интервала в код введены второй и третий фотоприемники, два элемента ИЛИ-НЕ, электронно-оптические ключи, два оптических жГута,. излучатель света, вход которого соединен с входом блока задержки, входами трех фотоприемников первого блока преобразования временного (Л интервала в код, первым входом перcz вого элемента ИЛИ всех блоков преобразования временного интервала в код, выход каждого первого элемента ИЛИ через формирователь femyjibcoB сброса соединен с первыми входами сброса всех квантронов, вторые вхо4 ды сброса которых, кроме квантронов ел старших разрядов, соединены с выхо4 дом основного форьшрователя импуль ч1 сов сброса, вход которого через эле00 мент НЕ соединен с выходом блока задержки и непосредственно - с первыми входами двух элементов ИЛИ-НЕ, второй вход первого элемента ШШ-HEj соединен с выходом первого фотоприемника 1, первого блокд преобразования временно-) Л го интервала в код а второй вход второго элемента ШШ-НЕ Ьоединен с выходом второго фотртфи мника, вторым входом первого элемента ИЛИ, и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения аналогокодовых преобразователей. Известен преобразователь напряжения в код, содержаний блок преобразования напряжения во временной интервал, блок задержки, светоизлучатель, управлякшщй элемент, формирователь импульса сброса, квантро развязьгоающий диод, диод, формирователь импульсов, фотоприемник, бло ки преобразования временного интервала в код 1 . Недостатком такого преобразователя являются большие погрешности квантования, обусловленные тем, что невозмо о достичь строго одинакового времени квантования и погр ность квантования может накапливать ся с каждым ofaroMt Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь напряжения в код, содержащий блок задержки, формирователь импульса сброса и блок преоб разования временного интервала в ко каждый из которых выполнен на фотоэлементе,формирователе импульсов, двух развязывающих диодах и квантронах, а также преобразователь напряжения во временной интервал, выход которого через блок задержки соединен с входом первого блока преобразования временного интервала в код, а через формирователь импульса сброса и первые развязывающие диоды соединен с входами сброса всех квантронов, кроме первых, оптический выход каждого предыдущего квантрона оптически соединен с первым опти- ческим входом каждрго последующего квантрона, а оптический выход последнего квантрона - с оптическим входом фотоэ темента выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а выход формирователя иьшульсов через второй развязывахщий диод соединен с входом второго блока преобразования временного интервала в код, оптоэлектронный элемент ШШ, а каждый блок преобразования временного интервала в код содержит элемент НЕ и блок контроля, причем вход каждого блока преобразования временного интервала в код соединен с входами установки всех квантpof oB и фотоэлемента, выход элемента НЕ соединенс входом сброса первого квантрона, а его вход - с входами сброса остальньк квантронов, оптический выход каждого квантрона оптически соединен соответственно с вторым оптическим входом каждого предьдущего квантрона и с Соответствующим входом блока контроля, оптические выходы первого и последнего квантронов оптически соединены соответственно с вторым и первым их оптическим входами, при этом выход каждого блока контроля оптически соединен с соответствующим входом оптоэлектронного элемента ИЛИ, а квант- рои выполнен на светодиоде, диоде, трех фотоприемниках и транзисторе, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через светодиод соединен с шиной питания и первым выводом первого фотоприемника, второй вывод которого соединен с базой транзистора, которая через второй фотоприемник соединена с общей шиной, через третий фотоприемник - с входом установки квантрона, а через диод - с входом сброса квантрона, причем оптические входы первого, второго и третьего фотоприемников .соединены соответственно с первым оптическим выводом светодиода и оптическим выходом квантрона, первым и вторым оптическими входами квантрона, а блок контроля выполнен на трех пороговых оптронах, каждый из которых вьтолнен.на светодиоде, транзисторе и фотоприемнике, кроме того, третий пороговый оптрон;содержит резистор, причем первый вывод фотоприемника каждого порогового оптрона подключен к базе его транзистора, а анод светодиода - к колле тору транзистора, вторые вьгооды фотоприемников и катоды светодиодов первого и второго пороговых оптронов а также катоды светодиодов первого , и второго пороговых оптронов, а также катоды светодиода и второй вывод резистора третьего пороговото оптрона подключены к источнику питания, первый вывод резистора соединен с базой транзистора третьего порогового оптрона, эмиттеры транзисторов и второй вывод фотоприенника третьего порогового оптрона подключены к общей .точке, оптические входы фотоприемников первого и третьего пороговых оптронов соответствено объединены, а оптические выходы светодиодов первого и третьего пороговых оптронов оптически соединены с первым и вторым входами фотоприемника второго порогового оптрона {2.

Недостатком преобразователя является то, что время возбуждения и гашения квантронов является нестабильным и погрешность квантования может накапливаться после каждого шага квантования, что отрицательно влияет на точность преобразования.

Цель изобретения - повьшение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в код, содержащий преобразователь напряжения во временной интервал, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с входом блока задержки, основной формирователь импульсов сброса, П блоков преобразования временного интервала в код (ц,- число разрядов), каждый из которых содержит первый фотоприемник, формирователь импульсов, квантроны, оптический выход каждого из последующих квантронов оптически соединен с первым оптическим входом каждого предыдущего квантрона, в каждом из П -1 блоков преобразования временного интервала в код, оптический выход каждого предьщущего квантрона соединен с вторым оптическим входом каждого последующего квантрона, оптический выход последнего квантрона - с оптическим входом первого фотоприемника, вход которого соединен с входами возбуждения квантроков и выходом предьщущего блока преобразования временного интервала в код, введены элемент НЕ и световод, а в каждь блок преобразования временного интервала в код введены формирователь импульсов сброса, два элемента ИЛИ, а в первый :блок преобразования временного интервала в код введены второй и третий фотоприемники, два элемента ИЛИ-НЕ, электронно-оптические ключи, два оптических жгута, излучатель света, вход которого соединен с вхог дом блока эадержки, входа ш трех фотоприемников первого блака преобразования временного интервала в код и первым входом первого элемента ИЛИ :всех блоков преобразования временного интервала в код, выход каядого первого элемента ИЛИ через формирователь импульсов сброса соединен с первыми входами сброса всех квантронов, вторые входы сброса которых, кроме квантронов старших разрядов,. соединены с выходом основного формиро вателя импульсов сброса, вход которого через элемент НЕ соединен с вы1 содом блока задержки и непосредственно с первыми входами двух элементов Ш1И-ЙЕ, второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого фотоприемника первого блока преобразования временного интервала в код, а второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго фотоприемника, вторым входом первого элемента ИЖ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего фотодриемника и третьим входом первого элемента ИЛИ, а выхо через формирователь импульсов соединен с выходом первого блока преоб разования временного интервала в ко выход каждого из П-1 блоков преоб разования временного интервала в ко через последовательно соединенные формирователь импульсов и второй элемент ИЛИ соединен с вторым входо первого элемента ИЛИ и выходом первого фотоприемника, причем оптическ выход излучателя света через световод соединен с вторыми оптическими входами первых квантронов п-1 блоков преобразования временного интервала в код, а через первый и второй оптические жгуты - с оптическими входами соответственно первого и второго электронно-оптических ключей, оптические выходы перво го из которых соединены соответстве но с оптическими входами первого и второго фотоприемников и через третьи электронно-оптические ключи с вторыми оптическими входами квант ронов и первого блока преобразовани временного интервала в код,а оптические выходы второго электроннооптического ключа оптически соединены соответственно с оптическими в дами третьего фотоприемника и через четвертые электронно-оптические ключи - с чторыми оптическими входа ми квантронов первого блока преобразования временного интервала в код, при этом вход первого электронно-оптического ключа и входы тре тьих электронно-оптических ключей соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, а вход второго электронно-оптического ключа и входы четвертых электронно-оптических ключей соединены с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ. На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2(а,б) структурные электрические схемы квантронов; на фиг.З - временная диаграмма работы преобразователя. Преобразователь напряжения в код содержит блоки 1 преобразования вреенного интервала в код, которые предназначены для хранения единичного позиционного кода, пропорционального преобразуемому напряжению, до следующего цикла преобразования, каждый блок представляет собой один разряд кода и содержит световор, 2, преобразователь 3 напряжения во временной интервал, вход которого является входом устройства, а выход параллельно соединен с входами фотоприемников 4, 5 и 6, предназначенных для преобразования светового сигнала в электрический, элементы ИЛИ-НЕ 8 и 9, блок to задержки, вход которого соединен с выходом преобразователя 3, а выход - с входом элемента НЕ П, выход которого соединен с первыми входами элементов ШШ-НЕ 8 и 9, второй вход элемента ШШ-НЕ 8 соеди- нен с выходом фотоприемника 4, а выход фотоприемника 5 соединен с вторым входом элемента ШШ-НЕ 9, выход преобразователя 3 соединен с nepsbtM входом элемента ИЛИ 12, второй вход которого соединен с выходом фотоприемника 5, вькоды фотоприемников 5 и 6 соединены с входами элеме нта ИЛИ 13, элементы ИЛИ 14 и 15, первый вход элемента ИЛИ 14 соединен с выходом преобразователя 3, второй вход - с вы:ходом фотоприемника 7 и входом элемента ИЛИ 15, выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом формирователя 16,импульсов сброса, выход элемента ИЛИ 14 - с входом формирователя 17 импульсов сброса, выход элемента НЕ 11 соединен с входом формирователя 18 импульсов сброса, квантроны 19-20, выход формирователя 16 соединен с первыми входами сброса квантронов 19-22,. а выход формирователя 17 - с первьвш входами сброса квантронов 23-26, выход формирователя 18 соединен с вторыми входами сброса квантронов 19, 20, 21, 23, 24 и 25, а оптические выходы каждого из последующих квантронов 20, 21, 22, 24, 25 и 26 соединены с первыми оптическими входами каждого предыдущего квантро на, вторые оптические входы квантронов 24-26 соединены соответственно с оптическими выходами квантронов 23-25, выход преобразователя 3 соединен также с входом излучателя света, оптический выход которого является оптическим входом оптических жгутов 28, выходы первого из ко торых соединены через электроннооптические ключи 29-33 соответствен но с вторыми оптическими входами квантронов 19-22, а выходы второго оптического жгута через электронно-оптические ключи 34 - 38 - соот ветственно с вторыми оптическими входами квантронов 19-23, второй оптический вход квантрона 23 соедин посредством световолокна с выходом излучателя 27 света, выход элемента ИПИ-НЕ 9 соединен с входами элек ронно-оптических клю11ей 29-34, а вы ход элемента ИЛИ-НЕ 8 соединен с входами ключей 35-38, электроннооптические ключи предназначены для разрешения или запрета пропускания света на оптические входы квантроно выход элемента ИЛИ 13 соединен с входом формирователя 39. импульсов, выход которого является выходом пер вого разряда преобразователя и соединен с входами возбуждения квантронов 23-26 и входом фотоприемника 7, выход элемента ИЛИ 15 соединен с входом формирователя 40 импульсов выход которого является выходом ВТО рого разряда преобразователя и може быть соединен с входом следующего разряда преобразователя, формирователи импульсов 39 и 40 предназначены для формирования импульса разреш ния возбуждения последущего еще не возбудившегося квантрона следующего разряда преобразователя, На фиг.2а представлена схема ква ронов 19, 20 и 21{ на фиг.26 - ква ронов 23, 24,и 25. Квантроны состоя -из диода 41(42), анод которого является первым входом 43(44) сброса квантронов, а катод подключен к ба транзистора 45(46), эмиттер которого подсоединен к общей пшне, а коллектор - к аноду светодиода 47(48), оптические выходы 49(50), 51(52) которого являются выходами квантронов, а катод светодиода подсоединён к минусу питания и к аноду фотоприемника 53(54), катод которого подсоединен к базе транзистора 45(46), к базе транзистора подключен один вывод фотоприемника 55(56), вход 57(58) фотоприемника 55(56) является вторым входом сброса, а первым оптическим входом является вход 59(60). Остальные квантроны преобразователя отличаются от квантронов 19-22 тем, что имеют в своем составе резистор 61 (фиг.26), вход 62 которого является входом возбуждения квантронов, а выход соединен с базой транзистора. Квантрон 22 отличается от квантронов 19, 20,и 21v а также квантрон 26 - от квантронов 23, 24 и 25, тем, что в квантронах 22 и 26 фотоприемник 55(56) отсутствует. Оптические входы 63(64) являются вторыми оптическими входами квантронов. На временной диаграмме (фиг.3) обозначены напряжения на выходах соответствующих блоков. Рассмотрим работу преобразователя, состоящего из двух блоков 1. На вход преобразователя 3 подается напряжение, которое преобразуется в пропорциональный по длительности импульс, который через элемент ИЛИ 12 и 14, формирователи 16 и 17 поступает на входы 43(44) квантронов и устанавливает их в нулевое, т.е. начальное, состояние. Квантроны работают следующим образом. При одновременной подаче электрического сигнала на вход 62 резистора 61 (фиг.26) и оптического сигнала на вход фотоприемника 53(54) транзистор 45(46) открывается, квантрон переходит в возбуязденное состояние, которое сохраняется сколь угод-но долго вследствие обратной оптической связи между светодиодом 47(48) и фотоприемником 53(54). Особенность квантронов 19-22 заключается в том, что для их возбуждения достаточйо присутствия сигнала на входе 63 фотоприемника 53. При воздействии сигнала на вход 43(44) или одновременно оптического и электрического сигналов на входы соответственно 57(58) и 59(60) фотоприемников 55(56), транзистор 45(6) закрывается, и хвантрон переходит в нулевое состояние. Пока происходит установка квантронов в начальное состояние, импульс временного интервала поступает на излучатель 27, свет которого попадает на входы всех световолокон оптических жгутов 28 и распространяется по их длине. Длины световолокон, через которые свет поступает на фотоприемники 53 квантронов 49-22, подобраны так, что на фотоприемник квантрона 19 свет попадает через время Т после начала преобразования, на фотоприемник квантрона 20 - через время 21 и т.д., т.е. если преобразование ведется в десятичной системе счислений (имеется девять - квантронов в каждом разряде), то на фотоприемник 53 квантрона 22 с.вет попадает через время 9 t , через 9 L свет может попадать и на фотоприемники 5 и 6 устройства. Через время i- инвертированный им пульс временного интервала через .блок 10 и элемент НЕ 11 попадает на элементы ИПИ-НЕ 8 и 9, открывай все электронно-оптические ключи, и свет попадает на фотоприемник 4, вход элемента ИЛИ-НЕ 8, посредством котор го закрываются электронно-оптические ключи 34-38. Квантрон 19 под воздействием света, который через световолокно и электронно-оптические ключи 29 и 30 попадает на фотоприемник 53, возбуждается через время 2 % после начала преобразования. Через время 3 1, возбуждается квантрон 20, Через время квант рон 22, через время 9 свет попадает, на фотоприемник 5. Посредством фотоприемника 5 и элемента ИЛИ 12, через время L формирователь 16 вырабатывает сигнал сброса, которьй, попадая на входы 43 квантронов 19-22 сбрасывает их в нулевое состояние. В это же время посредством фотоприемника 5 и элемента ШШ 13 формирова тель 39 импульсов вырабатывает импульс разрешения возбузвдения первого еще не возбужденного квантрона следующего разряда. Импульс, который вы рабатывает фотоприемник 5, попадая на элемент ИЛИ-НЕ 9, закрывает элект ронно-оптические ключи 29-33, после чего, посредством фотоприемника 4 и элемента ИЛИ-НЕ 8 открываются электронно-оптические ключи 34-38. устройство готово для дальнейших преобразований. Тепень возбуждение квантронов производится другим аналогичным оптическим жгутом 28 световолокон и электронно-оптическими ключами 34-38. После того как ключи 29 и 34 закрываются, свет еще распространяется по волноводам, и на оптических Входах ключей 3t и 36 свет присутствует еще не менее 1 Т времени, на входах ключей 32 и 37 - не менее 2 С времени и т.д. Поэтому для того, чтобы возбуждение квантронов не происходило после отключения ключей 29 и 34 по первому или второму жгуту световодов, применяются ключи 30-33 и 35-38. После поступления светового сигнала на фотоприемник 5 посредством элемента ШШ 13 формирователь 39 импульсов вырабатывает сигнал возбуждения следующего невозбужденного квантрона следующего разряда, а посредством элемента ИЛИ 12 формирователь 16 - импульс сброса, который сбрасывает квантроны 19-22. В это время поступление света на фотоприемник 5 прекращается, и с его выхода сигнал поступает на элемент ИЛИ-НЕ 9, посредством которого открываются электронно-оптические ключи 29-33. Фотоприемник 4, на вход которого поступает свет, вьфабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ-НЕ 8 закрывает электронно-оптические ключи 34-38. Дальнейшее-преобразование в блоке 1 производится аналогично описанному. При наличии оптического сигнала на оптическом входе и электрического сигнала на электрическом входе фотоприемник 7 вырабатывает сигнал, который поступает на элемент ИЖ 15 и формирователь 40 импульсов, который вырабатывает сигнал возбуждения последующего еще не возбудившегося „,.. , ..„ квантрона следующего разряда. Через элемент ИЛИ 14 с выхода фотоприемника 7 сигнал поступает на вход формирователя 17, который, вырабатывая импульс сброса, сбрасывает квантроны 23-26, подготавливая следукмций блок 1 к дальнейшему преобразованию. Последующие блоки 1 имеют такую же структурную схему, как

блок 1 преобразования, и работают аналогично.

По окончании преобразования через блок 10 и элемент НЕ 11 сигнал временного интервала поступает (с за- 5 ержкой L времени) на элементы ИЛИ-НЕ 8 и 9, посредством которых закрываются все электронно-оптические ключи, и поступление света на квантроны 19-22 прекращается; Ю (возбуждение квантронов завершено). После окончания временного интервала с преобразователя 3 через время L- возбуждение квантронов прекращается. Пусть в этот момент времени 5 находятся в возбужденном состоянии квантроны 19-21 и 23-25 (временной интервал длительностью 33 /- ,фиг.З). Через время L , после окончания временного интервала формирова- 20 тель 18 вырабатывает импульс длительностью L , который поступает на входы 57(58) квантронов. Квантроны 19, 20, 23 и 24 сбрасываются (переход из единичного кода в единично- 25 позиционный). Квантроны 21 и 25 остаются в возбужденном состоянии в связи с тем, что на входы 59 и 60 оптический сигнал через обратную оптическую связь не поступает, так как 30 квантроны 22 и 26 находятся в нулевом состоянии. Для перехода из единичного кода в единично-позиционный при хранении кода необходима обратная оптическая связь между квант- jj роками, например обратная оптическая связь с выхода квантрона 20 на вход квантрона 19.

Гашение предьщущих возбужденных квантронов происходит через время 40 Г после окончания временного интервала, когда все электронно-оптические ключи закрыты и свет на оптических вход 63(64) квантронов не постуает. Время задержки оптического 45 игнала определяется временем сраатывания квантрона. Время срабатываия квантрона определяется суммой ремени срабатывания фотодиода, транистора и светодиода. Известны све- 50 одиоды с временем срабатывания

не более 20 не, транзисторы - не более 10 НС и фотодиоды - не более 10 НС. Если время включения квантрона Т 50 не, то длина первого световода в оптическом жгуте

. . -

о-liL- J-fo -JPOOooKM/c , .„ . ч п 1.5где С - скорость света ,

П - показатель преломления

волокнау

20 м - длина второго световода, 100 м- длина десятого (последнего) световода. Сумма всех длин

...

Если используется световод с диаметром сердечника 50 мкм и наматьшается на стержень длиной 10 см и диаметром 1 см, то длина первого витка световода по всей дпине стержня

i,,.628.

Чтобы намотать на стержень световод длиной 550 м, нужно не более 100 ви ков по всей длине стержня, кажцьй виток толщиной 50 мкм. Следовательно, диаметр стержня с намотанным жгутом световодов ferine i j...w составит не более 2 см.

Применение предлагаемого устройства позволит увеличить точность пробразования напряжения в код вследствие использования световолокна в качестве элементов квантования врмени. Ввиду того, что время прохождения света через световолокно зависит лишь от длины последнего, можно добиться большей точности квантования временного сигнала, подбирая длину световолокна. К оптическому входу каждого квантрона первого блока 1 подсоединено лишь одно световолокно, что исключает зависимость моментов включения квантронов от нестабильности включения предьдущих квантронов.

X

JL

п

F

.г

,

63

- V r

51

.7 9

-A

-55

{Y

5

W

ЛЛ7 6

2

.

1/

..fh

f 60 S

J

52

«,

A

50

€)e

о (I Фаг 7