Конвейерный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/42 

(21) 4014504/24-24 :(22) 28.01.86 (46) 15.03.88. Бюл. № 10

(71)Винницкий политехнический институт

(72)А.П. Стахов, С.М. Арапов,

А.Д. Азаров, В.П. Волков и Е.М.Арапова (53) 681.325(088.8)

(56)Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М.: Энергия, 1975, с. 308.

Патент США № 4275386, кл. Н 03 К 13/02, опублик. 1981. (54) КОНВЕЙЕРНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые. Цель - повышение достоверности преобразования. Конвейерный аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 элементов разрядного кодировани5г,блок 2 источников опорных токов, переключатель 3, блок 4 управления, регистр 5, шифратор 6. Повышение достоверности преобразования достигается за счет введения режима метрологического контроля, в котором используются свойства симметричного измерительного двоичного кода при преобразовании дифференциального нулевого входного сигнала, при этом шифратор 6 обнаруживает запрещенные кодовые комбинации при ухудшении метрологических характеристик преобразования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

о

(/

С

zn

п /g.

о о

/.

С С

feJi

1138

Изобретение относится к нычисли- тельной и измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые .

Цель изобретения - повьшение достоверности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого конвейерного аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - функциональная схема блока элементов разрядного кодирова

ния; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления; на фиг. 4 - пример реализации шифратора, выполняющего функцию контроля кодов.

Конвейерный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит (фиг. 1) блок 1 элементов разрядного кодирования, блок 2 источников опорных токов, переключатель- 3, блок А управления, регистр 5, шифратор 6, выполняющий функцию контроля кодов, шину 7 Режим работы, входную шину 8, выходную шину 9 Контроль преобразования, выходные шины 10.

Блок 1 элементов разрядного кодирвания (фиг. 2)выполнен на п элементах 11 разрядного кодирования, каждый из которых выполнен на элементе 12 сравнения токов, первом и втором сумматорах 13 и 14 токов и переключателе 15.

Блок 4 управления (фиг, 3) выполнен на первом и втором триггерах 16 и 17, тактовом генераторе 18, элемен те И 19, счетчике 20, элементе 21 задержки.

Шифратор 6 (фиг. 4), выполняющий функцию контроля кодов, может быть выполнен на элементах 2И-ШШ 22 с соответствующими прямыми и инверсными входами, которые являются входами шифратора 6, выходы элементов 2И-ИЛИ 22, а также управляющий вход шифратора подключены к входам элемента И 23, выход которого является выходом шифратора 6.

Конвейерный аналого-цифровой пре- рбразователь работает следуюшд м образом.

Конвейерный АЦП должен быть выполнен на основе кода Фибоначчи или кода

золотой пропорции.

Работа конвейерного АЦП происходит в двух режимах: в режиме метрологического -жспресс-контроля линейности выходной характеристики и режиме не-

посредственного преобразования входного аналогового сигнала в цифровой код.

Применительно к конвейерным АЦП целесообразно использовать симметричный код золотой пропорции, в котором любое действительное число может быть представлено в виде:

N

L

a.al.

где a.e{T,1J - двоичный коэффициент (а 1 соответствует суммированию веса i-ro

разряда, а а, вычитанию); вес 1-го разряда; параметр кода.

20

Между весами разрядов существуют следующие соотношения:

Г « i-p-i-K bi- -iVj. 01 ;.,+ rf;

0 0.

(1)

Ha основе соотношений (1) производится контроль линейности выходной характеристики аналого-цифрового преобразователя.

Величины опорных токов формируются пропорционально весам разрядов кода золотой пропорции:

т

зт.

К-1

где i-й опорный (эталонньп) ток;

1э7- значение исходного опорного тока.

Процесс кодирования входной аналоговой величины Iд производится в соответствии с выражением:

I,- - а,

(2)

де I - - значение преобразуемого тока на входе (i+1) -го элемента 11 разрядного кодирования; значение преобразуемого тока на входе i-ro элемента 11 разрядного кодирования;

выходной сигнал i-ro элемента 12 сравнения токов, определяемый выражением: TT IBX + aj I,, J7,taj. I,,.

If

a,- 1, 1

tY

i:

i

aj l,Tj

rlla; I

(3)

T.)

где а.-е{1,1, a; e (,};

входной (преобразуемый) ток Результат преобразования на выходных шинах 10 представляет собой симметричный код золотой пропорции.

В режиме метрологического контрол осуществляется кодирование тока, равного току Ij, который с дополнительного выхода блока 2 через переключатель 3 подается на второй вход-блока 1,,обеспечивая тем самым нулевой дифференциальный входной ток первого элемента 11 разрядного кодирования. Результат кодирования по командам блока управления записывается в ре- гистр 5 и анализируется шифратором 6, Признаком наличия отклонений весов разрядов является нарушение соотношения (1), что приводит к появлению запрещенных кодовых комбинаций, Разрешенными, например, для кода золотой 1-й пропорции являются кодовые группы, состояние из трех разрядов вида: III или III, Не- вьтолнение этого условия является признаком увеличения погрешности преобразования Bbmie допустимого уровня. При переходе к режиму 1« ётрологи- ческого контроля сигнал Режим работы, поступающий по шине 7, перево- дит RS-триггер 16 в блоке А управления в единичное состояние, разрешая работу тактового генератора 18, первый импульс которого прреводит RS- Т иггер 17 в единичное состояние, обеспечивая состояние переключателя 3, соответствующее режиму метрологического контроля, и разрешая прохождение тактовых импульсов через элемент И 19 на счетный вход счетчика 20, коэффициент деления которого обеспечивает появление сигнала занесения результата преобразования в регистр 5 после завершения работы блока 1 элементов разрядного коди

рования. После записи р езультата преобразования в регистр 5 сигнал с выхода элемента 21 задержки разрешает работу шифратора 6 го обнаружению запрещенных комбинаций, свидетельствующих об увеличении погрешности преобразования вьш1е допустимого уровня.

Формула изобретения

0 о «

5

5

торого подключены к соответствующим первым входам блока элементов разрядного кодирования, выходы которого являются выходными шинами, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения достоверности преобразования, введены шифратор, регистр, переключатель, блок управления, вход которого является шиной Режим работы, первый выход подключен к управляющему входу шифратора, выход которого является выходной шиной Контроль преобразования, информационные входы подключены к соответствующим выходам регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам блока элементов разрядного кодирования, управля- щий вход подключен к второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к управляющему входу переключателя, первый информационный вход которого подключен к дополнительному выходу блока источников опорных токов, второй информационный вход является входной шиной, выход подключен к второму входу блока элементов разрядного кодирования.

2,Преобразователь по п,1, о т л и- чающийся тем, что блок элементов разрядного кодирования выполнен на п элементах разрядного кодирования, где п - число разрядов преобразователя, логические выходы которых являются соответствующими выходами блока, первый аналоговый выход i-ro элемента разрядного кодирования, подключен к первому входу (i+l)-ro элемента разрядного кодирования, первый вход первого элемеГ1та разрядного кодирования и вторые входы п элементов разрядного кодирования являются соответствующими первыми входами блока, третий вход первого элемента разрядного кодирования является вторым входом блока, второй аналоговый выход i-ro элеме нта разрядного кодирования подключен к третьему входу (i+1)-ro элемента разрядного кодирования, первый и второй аналоговые выходы п-го элемента разрядного кодирования подключены к Инне нулевого потенциала,

3,Преобразователь по ii,1, о т - лич-ающийся тем, что блок управления вьтолнен на тактовом генераторе, элементе И, счетчике, элементе задержки, первом и втором RSтриггерах, R-входы которых объединены и подключены к выходу элемента задержки и являются первым выходом блока управления, S-вход первого RS-триггера является входом блока управления,прямой выход подключен к управляющему входу тактового генератора, выход которого подключен к первому входу элемента И и. к S-входу второго КВ-тригге ра, прямой выход которого является третьим выходом блока управления и подключен к второму входу элемента И, выход.которого подключен к счетному

входу счетчика, выход которого являет- с та разрядного кодирования, первый и

ся вторым выходом блока управления и подключен к входу элемента задержки. 4. Преобразователь по п.2, о т л и- чающийся тем, что каждый элемент разрядного кодирования выполнен 20 на первом и втором сумматорах токов,

второй выходы подключены соответственно к вторьгм входам первого и второго сумматоров токов, выходы которы являются соответственно первым и вто рым аналоговыми выходами элемента разрядного кодирования.

(Рие, 2

о

1706, 6

переключателе и элементе сравнения токов, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора токов и является первым входом элемента разрядного кодирования, второй вход объединен с первым входом второго сумматора токов и является третьим входом элемента разрядного кодирования, выход является логическим выходом элемента разрядного кодирования и подключен к управляющему входу переключателя, информационный вход которого является вторым входом элемента разрядного кодирования, первый и

второй выходы подключены соответственно к вторьгм входам первого и второго сумматоров токов, выходы которых являются соответственно первым и вторым аналоговыми выходами элемента разрядного кодирования.

/5

18

/7

rHsLj

/5

20

} 2f

Фие. J