Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H03M1/34 

Изобретение относится к вычисли ельной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах с квадратичной характеристикой детектирования для вычисления срёднеквадратического значения напряжения из результата аналогового возведения в квадрат и усреднения. Известны устройства для извлечения квадратного корня, осуществляюише извлечение квадратного корня из результата квадрирования напряжения входного сигнала с помощью термопары включенной в цепь обратной связи выходного усилителя Cl 1. Недостатком такого устройства для извлечения квадратного корня является низкая температурная и временная стабильность, при этом для выражения результата измерения в цифровой форме на выходе прибора должен включать ся линейный аналого-цифровой преобразователь. Наиболее близким к предлагаемому является анапого-цифровой преобразователь, содержании п компараторов, первые входы которых объединены между собой и соединены с входной шиной (п-1) инвертор, (п-1) резистор, первые выводы которых объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения, (п-1) группу объединенных по первым выводам резисторов, каждая из которых содержит по (i-1) резистору (,2,3,...h), а вторые выводы одноименных резисторов объеди нены и соединены с вторым входом соответствующего компаратора t2. Недостатком устройства-прототипа являются его ограниченные возможности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, заключающееся в получении цифрового эквивалента пропор ционального значению корня квадратного из значения напряжения преобразуемого сигнала. Поставленная цель достигается тем что в аналого-цифровой преобразова тель, содержащий п компараторов по числу разрядов, первые входы которых объединены и соединены с входной ши;Ной, (ri-1) инвертор, () резистор, первые вьгооды которых объединены между собой и Соединены с выходом и точника опорного напряжения, (п-1) группу по ((-1) объединенных по пер

вым выводам резисторов в каждой, где i 1,2,3 ,...f, вторые выводы одноименных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (п-1) резисто. ров, введены дополнитепьный резистор и п операционных усилителей, п повтоп-1рителей напряжения, / .. дополJ.2 нительных групп по (j-1), объединенных по первым выводам резисторов в каждой,(п-гКп-2)/2 элементов И-НЕ и (п-1)+(-i)( аналоговых ключей, информационные входы которых объединены и соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (п-1) первых аналоговых ключей с выходами соответствующих инверторов, a(n-i)(n-2)/2 последующих - с выходами соответствующих элементов И-НЕ, а выходы - с соответствующими первыми выводами резисторов всех групп резисторов, вторые выводы одноименных резисторов до„олнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (n-l) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы всех операционных усилителей соединены с общей шиной, а выходы - с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы которых соединены с входами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами, выходы, кроме первого разряда - с входами соответствую цих инверторов, и выходы, кроме первого и второго разрядов, с первыми входами соответствующих элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходными шинами предыдущего младшего разряда, кроме первого, при этом первый вход, операционного усилителя старшего разряда через дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения . На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя. Преобразователь содержит компараторы 1-1-1-П, входную шину 2, инверторы 3-1-3(п-1), резисторы 4-1 4-(п-1), источник опорного напряжеНИН 5, первые группы резисторов 6-1 6(п-1), содержащих по п,-1 резисторов. где ,2,3,...n, операционные усили теля 7-1 - 7-ti, повторители напряжения 8-1 - 8-п, вторые группы резисто ров 9-1 - 9-(п-1)(п-2)/2, каждая из кото рых содержит П(-2 резисторов, причем количество групп с одинаковым числом резисторов определяется разностью между номером п старшего разряда уст ройства и .номером п: соответствующего младшего разряда, элементы И-НЕ (n--l|(.n-2l 10-1 - 10- .- , аналоговые КЛЮЧИ 11-1 - 11 ,резистор 12, выходные шины 13-1 - 13-п. Первые входы компараторов 1-1 1-гП объединены между собой и соедине ны со входной шиной 2 устройства, первые выводы инверторов 3-1 - 3-(пи резисторов 4-1 - 4-(п-1) объединены мезкду собой и подключены к выходу источника 5 опорного напряжения, каж дая группа резисторов 6-1 - 6(п-1), объединенных по первым выводам, содержит по (i-1) резисторов, а вторые выводы одноименных резисторов данных групп объединены между собой. Неинвертирующие входы операционных усилителей 7-1 - 7-п подключены к общей шине, инвертирующие входы усилителей 7-1 - 7-()-ко вторым выводам соответствуюпщх резисторов - 4(п-1), а этот вход усилителя п-го через резистор 12.- к выходу источника 5 опорного напряжения, выходы всех операционных усилителей 7-1 7-п соединены с вторыми входами соответствующих компараторов 1-1 1-п, выходы которых подключены к входам соответствующих повторителей 8-t - 8-п напряжения, выходы последних являются цифровыми выходными шинами 13-1 - 13-П устройства и, начиная со второго, подкпючены к входам инверторов 3-1 - 3(п-1), выходы которых соединены с управляющими вхо дами аналоговых ключей 11-1 - 11(п-1 подключенных выходами к объединенньм оьтодам резисторов соответствующих . групп резисторов 6-1 - 6(п-1)в порядке возрастания числа резисторов в группе, выход повторителей 8-2 - 8-п напряжения каждого старшего разряда устройства, кроме второго разряда, соединен с вторыми входами соответствующих элементов 10-1 - 10-((n-2)/ И-НЕ, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего повторителя 8-3 - 8-(п-1) напряжения соответствующего 1-1ладшего разряда, а выходы соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей 11-п - 11-(п-1) + tn-il(n-2l 2 выходы которых подключены к объединенным первым вьшодам резисторов соответствуюш11х из групп резисторов 9-1 - 9-(п-1)(п-2)/2 , вторые выводы одноимеиньк резисторов каждой из групп резисторов 9-1 - 9-(п-1)п-2)/2 объединены с вторыми выводами одноименных резисторов из групп резисторов 6-1 6-() и подключены к инвертирующему входу соответствующего операгщонного усилителя 7-1 - 7-п. Устройство работает следующим образом. Напряжение входного сигнала поступает на щину 2 устройства. Начальные пороговые напряжения компараторов 1-1 - 1-п задаются с помощью резисторов 4-1+4-(п-1) и 12 через операционные усилителя 7-1 - 7h. Начальное пороговое напряжение компаратора 1-1 создается резистором 4-1 с весовым коэффициентом 1 и принимается за величину U. Весовые коэффициенты резисторов 4-1 - 4-(п-1) и 12 выбираются по квадратичному двоичному закону, и начальные пороговые напряжения компараторов 1-1 - 1-г при этом имеют значения UQ , 4Uo , 16Uo, 2 U . При превышении значением напряжения входного сигнала величины Ц, срабатывает компаратор 1-1. Выходной код на цифровых выходных шинах 13-1 13-п устройства содержит единицу в младшем разряде. При превьщ|ении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 4Uo срабатьшает компаратор 1-2. Высокий потенциал с его выхода через повторитель 8-2 напряжения поступает, на вход инвертора 3-1. Низкий потенциал с выхода инвертора 3-1 включает аналоговый ключ 11-1, который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовьм коэффициентом 8 группы 6-1 резисторов на суммирующи вход операционного .усилителя 7-1, Пороговое напряжение, поступающее на второй вход компаратора 1-1-становитбя равным в сумме 9Uci, компаратор 1-1 при этом выключается. Выходной код на цифровых шинах 13-1 - 13-п устройства содержит единицу во второ разряде. Повторное-срабатывание компаратора 1-1 происходит при превышении значением напряжения, входного сигнала величины 9Ug. В этом случае выходной код на цифровых выходных ши нах 13-1 - 13-г устройства содержит единицы в двух младших разрядах. При превьшении значением напряжения входного сигнала величины порого вого напряжения 1611 срабатьшает ком паратор 1-3. Потенциал с его выхода через повторитель 8-3 напряжения и инвертор 3-2 включает аналоговый клю 11-2, коммутирующий напряжение от ис точника 5 на выходы операционных уси лителей 7-1 и 7-2 через резисторы группы 6-2 резисторов с весовыми коэффициентами 24 и 32 соответстве но. Пороговые напряжения компараторо 7-1 и 7-2 становятся соответственно равными 25Uo и 36Uo, что приводит к их выключению. Выходной код на цифро вых шинах 13-1 - 13-Г1 устройства содержит единицу в третьем разряде. Срабатывание компаратора 1-1 в третий раз происходит при превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 25Up.B этом случае выходной код на цифровых ши нах 13-1 - 13г устройства содержит единицы в первом и третьем разряде. При превышении значением напряжения входного сигнала величины порого вого напряжения ЗбИо повторно срабатывает компаратор 1-2. Потенциал с его выхода через повторитель 8-2 напряжения и инвертор 3-1, включает аналоговый ключ 11-1. Одновременно высокий потенциал с выхода повторите ля 8-3 напряжения поступает на первый вход элемента И-НК 10-1, на второй вход которого поступает высокий потенциал с выхода повторителя 8-2 напряжения. Низкий потенциал с выхода элемента 10-1 И-НЕ включает ключ 11-Т1, который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовым коэффициентом 16 группы 9-1 на вход onepaiJjioHHoro усилителя 7-1. Пороговое напряжение компаратора 1-1 становится равным 1Up + 8Uj|+24U5 + 16U 49Uo , что приводит к его включению. Выходной код на цифровых шинах 13-1 13-г устройства содержит единицы во втором и третьем разрядах. При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 49UQ срабатывает компаратор 1-1 в четвертый раз. При этом выходной код на цифровьк выходных шинах устройства содержит единицы в трех младших разрядах. Таким образом, срабатывание компараторов старших разрядов устройства приводит к изменению пороговых напряжений компараторов младших разрядов так, что цифровой эквивалент на цифровых выходах в двоичном коде пропорционален корню квадратному из значения напряжения входного сигнала. Технико-экономический эффект от применения предложенного устройства состоит в том, что введение операционных усилителей, работающих в режиме суммирования токов и обладающих при этом нулевым входным сопротивлением, повышает точность задания пороговых напряжений компараторов по сравнению с известным устройством, где это же производится на ко ечном входном сопротивлении компараторов.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий п компараторов по числу разрядов, первые входа которых объединены и соединены с входной шиной, (п-1) инвертор, (п-1) резистор, первые выводы которых объединены между собой и соединены с выходом источника опорного напряжения, (п-1) группу по (i-1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой, где ,2,3,... п, вторые выводы одноименных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (п-1) резисторов ,.отличающийся тем, что, с .целью расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительный резистор, п операционных усилителей, п повторителей напряП-1 женил, „.j) ) дополнительных групп j i по (J-O объединенных по первым выводам резисторов в каждой (п-1)(п-2)/2 элементов И-НЕ и (п-1)-Цп-1)(п-2)/2аналого; вых ключей, информационные входы которых объединены и соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (п-1) первых аналоговых ключей соединены с выходами соответствующих инверторов, a(n-i)(n-2| последующих - с выходами соответствующих элементов И-НЕ, а выходы - с соответствующими первыми выводами резисторов всех rijynn резисторов, вторые выводы одноименных резисторов дополнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (ti-1) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы (Л всех операционных усилителей соединес ны с общей шиной, а выходы - с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы KOTOpr.Dc соединены с входами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шиел о нами, выходы, кроме первого разряда с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго раза рядов - с первыми входами соответсто вующих элементов И-НЕ, вторые входы , которых соединены с соответствующими выходными шинами пр едыдущего младшего разряда, кроме первого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разряда через дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения.