Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

Изобретение относится к области измерений характеристик случайных процессов, в частности к аналогоцифровым преобразователям напряжение-код. Целью изобретения является повышение быстродействия аналого-цифрового преобразователя, , На фИг,1 изображена блок-схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг,2 - схема реализации формирователя интервалов времени; на фиг,3 - преобразователь код-временной интервал; на фиг,4 - генератор линейно изменяющегося напряжения; на фиг.5 и 6 - временные диаграммы, поясняющие работу аналого-цифрового преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь содержит преобразователь 1 напряжение-время, зарядное устройство 2, формирователь 3 интервалов времени, счетчик 4 импульсов, элемент И 5, генератор 6 кодовых импульсов, преобразователь код-временной интервал 7, генератор 8 случайных чисел, цифровой сумматор 9, входную шину 10, шину 11 Начало измерения, шину 12 Формирование временного интервала и выход 13 преобразователя I. Формирователь 3 интервалов времени содержит вход 14, вход 15, первый триггер 16, генератор 17 линейно изменяющегося напряжения, компаратор элемент 19 задержки, второй триггер 20 и выход 21. Преобразователь код-временной интервал 7 содержит первый вход 25, второй вход 23, третий вход 24, четвертый вход 22, регистр 26, элемент И 27, элемент ИЛИ 28, счетчик 29, элемент 30 сравнения, триггер 31 и выход 32, Генератор 17 линейно изменяющегос напряжения содержит первый источник 33 опорного напряжения, резистор 34 второй источник 35 опорного напряжения, входную шину 36, ключ 37, конденсатор 38, операционный усилитель 39 и выходную шину 40, Аналого-цифровой преобразователь работает следзпощим образом, I По команде Начало измерения на зарядном устройстве 2 запоминается входное напряжение,в счетчик 4 импульсов записывается начальной код, а в цифровой сумматор 9 и преобразователь код-временной интервал записы вается случайное число с генератора 8 случайных чисел. По команде Формирование временного интервала формирователь 3 интервалов времени начинает формировать временной интервал, пропорциональный напряжению, запомненному на зарядном устройстве 2, а преобразователь код-временной интервал 7 формирует временной интервал из целого числа периодов генератора 6 кодовых импульсов, Дпительность этого временного интервала пропорциональна числу, принятому из генератора 8 случайных чисел. По заднему фронту временного интервала, сформированного преобразователем кодвременной интервал 7, импульсы с генератора 6 кодовых импульсов через элемент И 5 начинают Поступать на вход счетчика 4 и шyльcoв. С приходом заднего фронта временного интервала, сформированного формирователем 3 интервалов времени, импульсы прекращают поступать на вход счетчика 4 икшульсов. Таким образом, в Счетчике 4 будет записано чисяо, равное N4 (t,-t)fg,(1) где N - число, записанное в счетчике 4; t - интервал времени, сформированный формирователем 3 интервалов времени; t интервал времени, сформированный npieoepasosateлем код-временной интвр вал 7; f - частота генератора 6 кодовых импульсов, По заднему фронту временного интервала, сформированного форьшрователем 3 интервалов времениj число из счетчика 4 импульсов переписывается в цифровой су «матор 9, где к нему прибавляется случайное число Н g, . На выходе цифрового сумматора 9 по лучаетсячисло, равное N, ,-t,)f,+ Kg, (2) в учитывая,что получим (t,-)f,N, Vf. Временной интервал, формируе влй ормирователем. 3 интервалов времени, бычно складывается из временного нтервала пропорционального яапряения, запомненному на зарядном уст3ройстве 2(t.u) и временного интервала начального смещения (t,), т.е. t t,,j +t .

Формирователь 3 интервалов времени (фиг,2) работает следующим образом.С приходом на вход 15 команды Формирование временного интервала (и,5 на фиг.5) на триггере 20 формируется передний фронт временного интервала (U2,). Триггер 16 устанавливается в 1 и запускает генератор Г7 линейно изменяющегося, напряжения . При сравнении напряжения формируемого генератором 17 линейно изменяющегося (Uj ) с преобразуемым напряжением, поступающим на вход 14 (U|4)срабатьюает компаратор 18 и устанавливает в О триггер 20, тем самым формируя задний фронт временного интервала (U 2( ) Выходной сигнал компаратора 18 (U,g), пройдя через элемент 19 задержки, устанавливает в О триггер 16, который устанавливает в исходное состояние генератор 17 лийейно изменяющегося напряжения. В исходно -состоянии на выходе генератора 17 линейно изменяющегося напряжения - напряжение равно напряжению начального смещения (). Это напряжение устанавливается с по.мощью источника 35 опорного напряжения (фиг.4).

Преобразователь код-временной интервал 7, схема которого приведена на фиг.З, работает следующим образом.

00420Л

По команде Начало измерения, поступающей на вход 23, в регистр 26 записьгаается число, поступающее на вход 22 с генератора 8 случайных , чисел. По команде Формирование временного интервала, поступающей на вход 25, триггер 31 устанавливается в 1 и на его нулевом выходе формируется передний фронт временного тервала fвыход 32). Импульсы- генератора 6 кодовых импульсов, поступающие на вход 24, через элемент Е 27 начинают поступать на счетчик 29. При совпадении кода в счетчике 29 с кодом в регистре 26 на выходе

ts элемента 30 сравнения формируется уровень логической 1, который через элемент ИЛИ 28 устанавливает в О триггер 31. Таким образом, формируется задний фронт временного ин20тервала. Команда Формирование временного интервала формируется по заднему фронту команды Начало измерения.

Время преобразования известного

25 преобразователя равно

(4)

Тпр

+ t.

13 3 где Т„

время преобразования; случайный временной ин1тервал, формируемьш генератором 13 случайных интервалов времени; t, - временной интервал, формируемый формирователем 3 интервалов времени. Время преобразования предлагаеЫого устройства равно

(5)

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий преобразователь напряжение-время, выполненный на зарядном устройстве, первый вход которого является входной шиной, а выход соединен с первым входом формирователя интервалов времени, первый вход цифрового сумматора объединен с первым входом элемента И и соединен с выходом формирователя интервалов времени, второй вход элемента И соединен с выходом генератора кодовых импульсов, а выход с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого объединен с вторыми входами цифрового сумматора и зарядного устройства и является шиной Начало измерения, выход счетчика импульсов соединен с третьим входом цифрового сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом генератора случайных чисел, о тличающий ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены преобразователь кодвременный интервал и шина Формирование временного интервала, при этом первый вход преобразователя код-временной интервал объединен с вторым входом формирователя интервалов времени и является шиной Формирование временного интервала, второй вход преобразователя код-временной интервал объединен с вторым входом зарядного устройства, третий вход - с выходом генератора кодовых импульсов, а четвертый вход - с выходом генератора случайных чисел, выход преобразователя код-временной интервал соединен с третьим входом элемента И. 2. Преобразователь по п.1, о тличающийся тем, что преобс . разователь код-временной интервал, выполнен на регистре, элементе И, (Л элементе ИЛИ, счетчике, элементе сравнения, триггере, инверсный выход, которого является выходом преобразователя код-временной интервал, первый вход - nepBbiM входом преобразователя код-временнфй интервал, второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход регистра объединен с первым входом элемента ИЛИ и является вторым входом преобразователя код-временной интервал, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом ,элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом регистра, второй вход - с выходом счетчика, первый вход которого соединен с выходом элемента И, второй вход объединен с первым входом элемента И и соединен с прямым выходом триггера, второй вход элемента И является третьим выходом преобразователя код-временной интервал, второй вход регистра является четвертым входом преобразователя код-временной интервал.

Фиг.

п

Р