Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H03M1/44 

дательного перепадов напряжения соединен с соответствующими -ми входами первой и второй групп входов каждого 1 -го блока управления коммутаторами, причем выход первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два через поиледовател но соединенные п -3 разностных усилителя с коэффициентом усиления два соединен с вторьм входом п-1-го разностного усилителя с коэффициентом усиления два, при этом третьи входы п-2 ключей соединены с выходом источника эталонного напряжения.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю |ц и и с я тем, что. блок управления коммутаторами выполнен двухканальным, а каждьй канал выполнен на последовательно соединенных элементах ИЛИ, ЗАПРЕТ и расширителе импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ противоположного канала, при этом входы расширителей импульсов соединены с выходами блока управления коммутаторами, первая и вторая группы входов которого подключены к входам соответствующих элементов ШШ первого и второго каналов.

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий п-1 раэностньрс усилителей с коэффициентом усиления два, где п - число разрядов преобразования, п-1 ключей, п компараторов, первые входы которых соединены с выходом источника эталонного напряжения и первьи в-ходрм первого ключа, второй вход первого компаратора соединен с выходом источника однополярного сигнала и первьм входом первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два, выходы всех компараторов соединены с выходными шинами, выход первого компаратора соединен с вторым входом первого ключа, а выходы ti-2 компараторов соединены соответственно с первьми входами соответствующих п-2 ключей, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих п-2 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, а выход первого ключа - с вторым входом первого разностного усилите«СЕСОШЗЙАЙ ЙАТрКГгШ SS:;:.-:a:-:| ESf ii i-v-Tr.. «.Аа.- ,;) К ; --и ля с коэффициентом усиления два, вторые входы п-2 ключей и третий вход первого ключа соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, введены п-1 формирователей импульсов из положительного перепада напряжения, п-1 формирователей импульсов из отрицательного перепада напряжения, п-2 блоков управления коммутаторами, п-1 коммутаторов, первые и вторые входы каждого из которых соединены соответственно с шиной питания и общей шиной, третьи и четвертые входы первого коммутатора соеди(Л нены соответственно через .первый формирователь импульсов из положительного перепада напряжения и первый формирователь импульсов из отрицательного перепада напряжения с выходом первого компаратора и непосредственно с первыми входами соответственно первой и второй групп входов блоков управления коммутаторами, а третий и четвертый входы остальных коммутаторов соединены соответственно с выходами соответствующих блоков управления коммутаторами, пятый вход каждого т-го коммутатора соединен соответственно с выходом каждого 1-го разност ного усилителя с коэффициентом усиления два, а выход - с вторым входом соответствующего -го компаратора, кроме первого компаратора, выход каждого i-ro компаратора, кроме первого и п-го компараторов, через соответствующие формирователи импульсов из положительного и отри

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в быстродействующих микроэлектронных аналого-цифровьтх преобразователях.

Известен аналого-цифровой преобразователь конвейерного Типа, содержащий блок задержки, три трехразмерных аналого-цифровых преобразователя, регистр сдвига U

Недостатком преобразователя является низкое быстродействие.

Наиболее близким к. изобретению по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь ,содержащий h компараторов, первые входы которых соединены с выходом источник эталонного напряжения, второй вход первого компаратора - с выходом источника однополярного сигнала и первым входом первого разностного усилителя, а вторые входы каждого из П--1 компараторов соединены с соответственно с выходом каждого разностного усилителя, выход каждого кс 1паратора соединен с соответствующей выходной шиной и первьм входом каждого из п ключей, второй вход первого ключа соединеи с выходом источника эталонного напряжения, а вторые входы остальных ключей соединены с выходом первого компаратора, третьи входы - с общей шиной, а выходы - с первыми входами соответствующих разностных усилителеи, кроме первого, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а второй вход каждого последующего разностного усилителя соединен с выходом каждого предыдущего компаратора О.

Недостатками преобразователя являются низкие быстродействие и надежность работы.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий п-1 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, где п- число разрядов преобразования, -1 ключей, п компараторов, первые входы которых соединены с выходом источника эталонного напряжения и первым входом первого ключа, второй вход первого компаратора соединен с выходом источника однополярного сигнала и первьм входом первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два, выходы всех компараторов соединены с выходными шинами, выход первого KCWпаратора соединен с вторьм входом первого ключа, а выходы компараторов соединены соответственно с первыми входами соответствующих п -2 ключей, выходы которых соединены с первыми входами соответствуюi x п-2 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, а выход

первого ключа - с вторьм входом первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два, вторые входы п-2 ключей и третий вход первого ключа соединены с общей шиной, введены h-1 формирователей импульсов из положительного перепада напряжения, п-1 формирователей ИМПУЛЬСОВ из отрицательного перепада напряжения -2 блоков управления коммутаторами,п-1 коммутаторов,первые и втрые входы каждого.из которых соединены соответственно с шиной питания и общей шиной,третьи и четвертые входы первого коммутатора соединены соответственно- через первый формирователь импульсов из положительного перепада напряжения и первый формирователь импульсов иэ отрицательного перепада напряжения с выходом первого компаратора и непосредственно с первьми входами соответственно первой и второй группы входов блока управления коммутаторами, а третий и четвертый входы остальных коммутаторов соединены соответственно с выходами соответствующих блоков управления коммутаторами, пятый вход i-ro коммутатора соединен соответственно с выходом каждого г-го разностного усилителя с коэффициентом усиления два, а выход - с вторым входом соответствующего i-ro компаратора, кроме первого компаратора, выход каждого i-ro компаратора, кроме первого и- компараторов, через соответствующие формирователи импульсов из положительного и отрицательного перепадов напряжения соединены с соответствующими t -ми входами первой и второй групп входов каждого i-ro блока управления коммутаторами, причем вькод первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два через последовательно соединенные п-3 разностных усилителя с коэффициентом усиления два соединен с вторым входом П-1-ГО разностного усилителя с коэффициентом усиления два, при этом третьи входы п-2 ключей соединены с выходом источника эталонного напряжения, а блок управления коммутаторами вьтолнен двухканальньм, и каждый канал выполнен на последовательно соединенных элементах ИЛИ, ЗАПРЕТ и расширитель шчпульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ противоположного кан4па, при этом вход расширителей импульсов соединены с выходами блока уп авления коммутаторами, первая и в- )рая группы входов которого подкя 4ены к входам соответствуннцих элементов ИЛИ первого и второго каналов.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема преобразователя на фнг.2 - структурная электрическая схема блока управления коммутаторов j на фиг.З - структурная электрическая схема коммутатора4 на фиг.4 - временная диаграмма, где а напряжение на входе усилителя 2; б - напряжение на выходе первого компаратора 3; в - напряжение на выходе первого формирователя 6-, г - напряжение на выходе формирователя 7i д - напряжение на выходе второго компаратора 3-, е,ж - напряжение на выходах первого блока 8; 3 - напряжение на выходе п-1-го компаратора 3.

Аналого-цифровой преобразователь содержит источник 1 однополярного сигнала п-1 последовательно включенных разностных усилителей 2 с коэффициентом усиления равным двум, п компараторов 3, источник 4 эталонного напряжения U, ключи 5 для подачи эталонного напряжения на соответствуюп е входы разностных усилителей, формирователи 6 импульсов из положительного перепада напряжения, формирователи 7 импульс9в иэ отрицательного перепада напряжения, блоки 8 управления коммутаторами, коммутаторы 9.

Блок 8 содержит элементы ИЛИ 10, элемент ЗАПРЕТ 11, расширители 12 импульсов. Коммутатор 9 содержит резистор t3 и два ключа 14.

Источник 1 соединен с входом первого ксжпаратора 3 и первого разностного усилитепя 2, которые соединены последовательно. Компараторы 3 соединены с ключами 5, коммутаторами 9 и источником 4. Формирователи 6 и 7 соединены с выходами компараторов 3, с коммутаторами 9, блоками 8.

В блоке 9 элементы 10 через элементы 11 соединены с расширителями 12.

В коммутаторе 9 резистор 13 соединен с ключами 14. Аналого-цифровой преобразователь работает следуюпдим образом. На сигнальный вход компаратора 3 i-Fo разряда, кроме п-1-го, подается напряжение 2Kui- ii. - значение разрядного коэф фициента i+1-го разряда (О или 1). Компаратор 3 сравнивает ) .д с эта лонным Up . Если Ua,7Ujj , то компаратор 3 срабатьгоает, и на его выходе устанавливается положительный потенциал, соответствующий 1 с данном разряде. Этот потенциал открывает ключ 5 следующего (младшего) разряда, и на соответствующий вход разностного усилителя 2 подается эталонное напряжение и , которое вычитается из Up,) . При сигналах, верхняя.частота которых не выше Cj, имеюпрге пере падов бесконечной крутизны), логика работы преобразователя такова, что всегда при срабатывании компаратора 3 какого-либо каскада все следующие (младшие) компараторы должны отпускать (например, код 00...0111 переходит в код 000...1000). И,наоборот. При отпускании данного компаратора 3 все следующие должны срабатывать (например, код 00...1000 переходит в код 00...0111). Учет этого обстоятельства позволяет повысить быстродействие преобразователя. Надо заставить срабатьшать следуювще компар торы параллельно, не дожидаясь, пока перепад напряжения от сработавшего компаратора пройдет последовательяо по каскадам разностных усилителей, вызьгеая волну срабатывания всех последующих компараторов 3 с задержками на каждой ступени. Из перепада напряжения на выходе сработавшего (отпустившего) компа ратора 3 формирователем 6(7) формируется импульс управления коммутато ром 9. Если импульс поступил с формирователя 6, то коммутатор замьпса ет вход компаратора на землю и он отпускает. Если импульс поступал с Формирователя 7, то коммутатор подает на вход компаратора а положи тельньй потенциал, достаточный для его срабатывания. Длительность импульсов должна быть достаточной для того, чтобы удерживать все следующи компараторы в нужном состоянии, пока перепад напряжения со входа разностных усилителей не установится на их выходе. Эту длительность можно определить по формуле J. - - 1 21Г{, где ip -: граничная частота усиления разностного усилителя На управляющие входы коммутатора 9 каждого разряда, кроме п-2-го, импульсы с фор в1рователей любого из предьщуи1их разрядов поступают через блок 8 данного разряда. На вход коммутатора п-2-го разряда импульсы поступают непосредственно с формирователей 6 и 7 п-1-го разряда. Блок 8 работает следующим образом. При срабатывании (от;т(ускании) компаратора 3 любого из предьщущих разрядов на один из входов элемента ИЛИ 10 данного разряда придет импульс от соответствующего формирователя 6 (7). С некоторой задержкой на входы другого элемента ИЛИ 10 придут импульсы от формирователей 7 (6) разрядов, находящихся между сработавшим (отпустившим) и данным. К коммутатору 9 пройдет через элемент ЗАПРЕТ 11 только первый импульс, так как импульсы, пришедшие с за,1ержкой на другой элемент 10, не пропустят элемент 11 (на его запрещающий вход уже поступил импульс с выхода первого элемента через расширитель 12). Расширители 12 нужны для того, чтобы держать закрытый элемент после того, как импульс,пришедший первым, уже закончился, а пришедшие с задержкой на другой элемент 10 еще не закончились. Время, на которое должен быть расширен импульс, равно приблизительно 10 не, что соответствует суммарному времени срабатывания коммутатора 9 и компаратора 3. Коммутатор работает следующим образом. При поступлении на управляющий вход импульса соответствующий ключ открывается и соединяет вход компаратора 3 либо с землей, либо с положительньм Напряжением. Технико-экономическое преимущество предлагаемого преобразователя по сравнению с известным заключается в повыпении быстродействия в

n-,1 раз за счет параллельного форси одним усилителем.и не зависит от рования работы усилителей и компа- числа разрядов АЦП. раторов всех разрядов, так как нре- Надежность работы повьппается мя преобразования в этом случае за счет исключения ложных срабатыопределяется задержкой фронта лишь5 ваний компараторов.

1152088