Многоканальный программируемый аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/18 

Изобретение относите. к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеизмерительны системах для измерения на подвижных и вращающихся объектах.

Цель изобретения - повышение быстродействия .

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя.

Многоканальный программируемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ссдержит шину 1 синхронизации шину 2 команд, входные шины 3„ аналоговый коммутатор 4; приемники 5 и 6, регистр 7 сдвига, мультиплексор 8, усилитель 9 с программих уемым коэффициентом усиления, блок 0 формирования пачек импульсов, анаггоговый сумматор 11, аналоговый инвертор 12, формирователь 13 импульсов аналоговые запоминающие блоки 14 и 15, преобразователь 16 напряжение-код, регистр 17 числа5 передатчик 18 выходную шину 19, перемножающие преобразо- ватели 20 и 21 код-напряжение рекурсивный фильтр 22.

Преобразователь работает следующим образом.

Команда 5 поступающая в последова- тельном коде по шине 2, представляет

собой двоичное слово. Согласно принятой команде помимо стартовой и стоповой посылок содержится инсоормация о номере измеряемого канала, зьабирае- мого аналоговыь ком ч-утато зом 4, требуемом коэффициенте усиления усилителя 9 и требуемой частоте среза рекур сивного фильтра 22. Размер командного слова, динамические диапагюны ампли- туд и частотные спектры входных сигналов известнь заранее, Нг: первом выходе блока 10 из синхроимпульсов, поступающ/ сх на его первый вход, формируется по1пледовательность импульсов сдвига регистра 7, число которых ра:е- но числу бит командного слова-, а их отсчет начинается со стартовой посылки з входящих в командное спово,, поступающих на второй з. блока 10. Командное слово записанное в регистр 7, хранится там до поступления с.тар- гоЕой посылки следующей команды; пе;;))зый его вход 5 является информаи,.ион - иьм, второй - синхронизирующим,

На первом выходе блока 10 вырабатывается импз льс, длительность которого совпадает с временем записи К - мандного слова в регистр 7, при это

5

fO

15

20 25

jg

,i- jO

Ь

в течение этого времени на третий вход мультиплексора 8 подается сиг- Hojij по которому на управляющие входы аналогового комг гутатора 4, усилителя 9 и рекурсивного фильтра 22 подаются нулевые сигналы, происходит об 1уление измерительной частя устройства, необходимое для устранения влияния финитного сигнала рекурсивного фильтра и подготовки к измерению входного сигнала. По окончанию записи команды в регистр 7 на втором выходе блока 10 вырабатьшается сигнал, по которому мультиплексор 8 пропускает на управляющие входы аналогового коммутатора 4 усилителя 9 и рекурсивного фильтра 22 сигналь; с выходов регистра 7, согласно которым выбирается требуе 1ый канал и устанавливается соответствующие входном г сигналу коэффициент усиления и частота среза. Усиленный и профильтрованный входной анал:оговый сигнал преобразуется в цифровой код преобразователем 16, на первом выходе которого по окончанию преобразования вырабатывается сигнал Готовность данных . По 3TOivry сигналу цифровая информация переписывается из преобразователя 16 в регистр 17 числа. Преобразователь 16 управляется синхронно с первым аналоговым запоминающим блоком 14, . когда он находится в режиме выборки, преобразователь 16 - в режиме гашения (подготовки) ,, а режим хранения соответствует режиг гу преобразования преобразователя 1Ь.

По сигналу Готовность дя), поступающему также на третий вход формирователя 13, на его третьем выходе появляются и пyльchJ сдвига. поступающие на управляющий вход регистра 17, через некоторое время, необходимое для записи информации в регистр 17; и информация с его вь-коца в последовате1льноь коде через передатчик 18 поступает на выходнз Ю шину 9, Число зтих импульсов сдвига равно числу разрядов информационного слова. На время приеь а формирование импульсов сдвига регистра 17 запрещается сигналомs поступающим из блока 10 на второй вход формирователя 13, и вывода инф1:;рма1; ии tra вы- чоднз ю шину не происходит.

Рекурсивный фильтр 22 является фильтром переогс порядка и служит ;1./1я р гулирования полосы пропускания

измерительного тракта в зависимости от частотного спектра входного сигнала .

Входной сигнал суммируется с сигналом отрицательной обратной связи на аналоговом сумматоре 11, причем коэффициент передачи входного напряжения опредепяется перемножающим преобразователем 20, а коэффициент передачи цепи обратной связи - перемножающим преобразователем 21. Инверсия сигнала обратной связи осуществляется аналоговым инвертором 12. Оба аналоговых запоминающих блока 14 и 15 управляются противофазно т.е. когда первый из них работает в режиме ры- борки, второй - в режиме хра 1ения5 и наоборот. Любая i-я выборка входного сигнала складывается из суммы мгно- венного значения входного напряжения рекурсивного фильтра 22 и проинверти- рованного напряжения (-1)-й выборки хранящегося в аналоговом запоминающем блоке 15.

Амплитудно-частотная характеристика рекурсивного фильтра 22 определяется выражением

К (w)

Н

Л -;- 2 Ь coscaT

е Нд коэфсЬициент передачи входного напряжения рекурсивного фильтра 22; Ь - коэффициент передачи цепи

обратной связи рекурсивного фильтра 22;

Т - период с педования управляющих импульсов. При w О, К(0)1, тогда -Ь и

к{:.). -°

VI + Ь - 2 Ь cos WT

Выходное напряжение перемножающих преобразователей 20 и 21 определяется выражением

аЫ х

TJ

(3)

где и..

напряжение,подаваемое на на вход опорного напряжения ;

Мр - масштаб выходного сигнала, - Пределяемый кодом О, изменяющимся от О до 1. Перемножающие преобразователи 20 и 21 с резистивной сеткой R-2R и

дig2о 25

016034

КМОП-ключами имеют два токовых выхода, причем при одном и ТОМ же управляющем коде с если масштабный коэффициент по первому вьгходу равен М.,, то но второму - (1-Mjj), поэтому при идентичности обоих перемнсх:;ающих преобразователей 20 и 21 коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте равен единице при любом Мр.

Полоса пропускания фильтра определяется из выражения

1 - Ь

V5 /

1 + Ь

2

2Ь cos W Т

откуда

ср

2(/Т

Л-i Ь+ ire cos (у-г) ,

где fc

ер частота среза рекурсивного

фильтра; Ь - коэффициент об ратной связи

рекурсивного фильтра; Т - период следования управляющих импульсов первого и второго аналоговых запоминающих блоков 14 и 15. Обнуление рекурсивного фильтра 22 осуществляется во время записи команды Б регистр 7, при этом на вход ре- к фсивного фильтра 22 поступает нулевое напряжение, а напряжение его обратной связи тоже равно нулю, так как на всех трех выходах мультиплексора 8 присутствуют логические нули. При нулевом управляющем коде на выходе усилителя 9 напряжение равно нулю, перемножающий преобразователь 20 имеет максимальный коэффициент передачи, близкий к единице 5 а коэффициент передачи второго перемножающего преобразователя 2 равен нулю. Напряжения на обоих входах аналогового сумматора 1 равны нулю и выходное напряжение фильтра тоже равно нулк. Таким образоь, так как обнуление рекурсивного фильтра 22 происходит во время приема команды, а фильтрация измеряемого сигнала осуществляется Е процессе измерения, а не после него, быстродействие устройства значительно повышается по сравнению с известным устройством.

о р м у л а и 3 о б р

е и и я

PJHO го канальный программируемый аналого-цифровой преобразователь, содержащий два приемника, г налогозый коммутатор, регистр сдвига культи- плексор., усилитель с программируемь. м коэффициентом усиления, аналоговый сум {атор, аналоговый инвертор,, фор-- г дарователь импульсов э преобразователь нагфяжение-кодS, два аналоговые запоминающих блока, регистр числа, пере- цатчиКа блок формирования пачек им- пульсов; первый вход которого и первый вход формирователя :чмпул:ьсов объединены и соединены с выходом первого приВ-мника вход которого является шиной синхронизации, нторой вход, блока формирования пачек импульсов и первый вход регистра сдвига объединены и соединены с выходо --: второго приемникаi вход которого является шиной команд, первый выход блока формн- ровання па-чек импульсов соединен с вторым входом регистра сдвига первый и второй вькодьг формирователя импульсов соединены соответственно- с управляющими входам - первого и второго аналоговых запоминающих блоков., третий выход соединен с первым управляющим вз :одок регистра числа, выход которого соединен с входом передатч И - ка,; вьжод которого является выходной Шиной.информационные входь; преобразов а теля напряжение-код и первогоансшогово го запоминающего блока объе.диненыи соединены с вы ходом второго аналогового запоминающего блока; ипфор1мациопный вход которого соединен с выходом аналогового сумматора,, выход первого аналогового запоминающего блока соединен с входом аналогового инвертора, информационные входы акалог ового

кг)ммутатора яв.чякп ся входными , а выход соединен с входом усилителя с программируемым коэффициентом усиления, первые входы мультиплексора соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, о тличаю- L4 и и с я тем, что, с нелью повьпие- ния быстродействия, в него введены и второй умножающие преобразо- ват(гли код-напряжение, управляющие входы которых поразрядно объединены и соединены с первыми выходами мультиплексора, аналоговые входы первого и второго умножающих преобразователей кОд-напряжение соединены соответственно с выходами усилителя с программируемым коэффициентом усиления и аналогового инвертора, а выходы соответственно с первым и вторым входами аналогового сумматора,причем второй и третий выходы мультиплексора соединены соответственно с управляющими входами аналогового коммутатора и усилителя с программируемым коэффициентом усиления, вторые входы мультиплексора являютсяоб- шиной, третий вход объединен с вторым входом формирователя импульсов и соединен с выходом блока формирования пачек импульсов, третий вход формирователя импульсов объединен с вторым управляющим входом регистра числа и соединен с первым выходом преобразователя напряжение-код, BTOpbte выходы которого сое,цинены соответственно с информационными входами регистра числа, управляющий вход преобразователя мапряжение-код объединены с управляющим входом BTOpoi o аналогового запо- г--шнающего блока.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеизмг;рительных системах для измерения на подвижных и вращающихся объектах. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в преобразо м; ватель, содержащий приемники 5, 6, блок 10 фop шpoвaния пачек импульсов, регистр 7 сдвига, мультиплексор 8, аналоговый коммутатор 4, усилитель 9 с программируемым коэффициентом усиления, формирователь 13 иьшульсов, аналоговый сумматор 11, аналоговый инвертор 12, аналоговь е запоминающие блоки 14; 15, преобразователь 16 напряжение-код, регистр 17 числа, передатчик 18, введены перемножающие преобразователи 20, 21 код-напряжение.