Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1989 года по МПК H03M1/38 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования непрерьюных сигналов в цифровой код в адаптивных устройствах , управления и преобразования информации.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона преобразования.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2- статическая характеристика преобразователя.

Преобразователь содержит компаратор 1, цифровой преобразователь 2, линейный декодирующий преобразователь .(ЛДП) 3, переключатель 4 полярности положительного +IS и отрицательного -Ug опорных напряжений, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 5 и 6, аналоговый сумматор 7 и блок 8 цифровых инверторов.

Преобразователь работает следующим образом.

До начала цикла кодирования преобразователь находится в исходном состоянии. При этом на аналоговый вход подано,: входное напряжение Ug , а на шины Управляющий вход значение кода Nupp, соответствующее заранее вычисленному для данного цикла значению коэфф.ициента i . В течение всего цикла кодирования изменяется. Этот код поступает на вход ЦАП 5, а обратный ему код

ел ю

01

с выходов блока 8 цифровых инверторов поступает на цифровой вход ЦАП 6, Величина напряжения на выходе ЦАП 5 равна

. NAICIKC

и,, oiU«,(D6

ex

Nj}ir p

N

макс

).()

Аналогично величина напряжения на выходе ЦАП 6 равна

15 П - rf 1 и N Jo оС; UQ.

макс

(2)

Согласно (1) и (2) величина напряжения Uj- на выходе сумматора 7

определяется соотношением

и o6Ug, + (l-o(,)Ut

(3)

В первом такте преобразования все триггеры цифрового преобразователя 2 поразрядного уравновешивания остаются в состоянии О, При этом напряже ние на выходе ЛДП 3 равно нулю и компаратор I определяет полярность (знак) входного напряжения. В случае положительного входного напряжения триггер разряда знака в преобразователе 2 устанавливается в состояние 1 и тем самым переключатель 4 полярности устанавливается в состояние +и, На аналоговый вход ЦАП 6 в этом случае поступает положительное

постоянное напряжение +и. Если Ug отрицательно, в триггер знака зано- сится О, переключатель полярности устанавливается в состояние -U и на вход ЦАП 6 поступает отрицательное напряжение

Со следующего такта начинается процедура поразрядного уравновешивания: триггер старшего разряда преобразователя 2, устанавливается в состояние 1, на выходе ЛДП 3 появляется компенсирующее напряжение, оно сравнивается компаратором 1с входным и так далее до определения цифры в последнем младшем разряде кода.

Отличие от принципа работы извест ных линейных цифровых преобразовате лей поразрядного уравновешивания следующее. Величина компенсирующего напряжения на выходе ЛДП 3 при определении цифры старшего разряда рав на

и

К(

,,+(l-ot) и„ (4)

1

а не и, как в линейном случае.

При определении цифры второго разряда

Ч ()Uol +

где а, цифра, записанная

в старшем разряде. Для обычного линейного преобразователя вместо (5) имеет место соотношение

1

I

,- о+.-д- и„

(6)

По окончании процедуры определения значения выходного кода аналогично (4) и (5) находят,

. Ug, (l-o)Uo N,,,, (7)

25

20

т .е.

N

UBX

ВЫ eCUBx+(l-ci)Uo

(8)

Теоретическая зависимость Njj,, mF(Ug) для предложенного преобразователя для фиксированного значения oi представлена возрастающей функцией на фиг.2.

Использование знания величины квантов приведенной нелинейной зависимости (8) позволяет получить количественную оценку увеличения динами- ческого диапазона устройства по сравнению с линейньм случаем,

Так, в линейном режиме при oi О всё кванты q; зависимости Ngj,, от и ах одинаковы, причем

q; ис-2Л

(9)

где п - число .двоичных разрядов.

Динамический диапазон в этом случае равен

РАЙН Uo/q.; 2.(10)

В случае oi О для минимального кванта

Чмин (1- о 2- и динамический диапазон

2: 1 -

(11)

В частности, при oi 0,9

2йели|Н

Q АНН

J

-«;

(12)

изо

р е т е н и я

равно 10, т.е. динамический диапазон нелинейной характеристики устройства в 1 О раз больше динамического диапазона линейного устройства.

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого дтреоб- разователя достигается за: счет того, что в нем при изменении устройства управляющего кода происходит автоматическое изменение крутизны нелинейной зависимости.вход-выход с соответствующим изменением динамического диапазона устройства, что позволяет без использования дополнительных устройств производить адаптивную (т.е. приспособленную к естественным изменениям) коррекцию не- линейностей датчиков в системах управления, производить автоматическое изменение функциональных шкал измерительных и регистрирующих приборов J обеспечивая совмещение процесса кодирования с одновременными вычислительными преобразованиями.

Формула

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом компаратора, а информационные выходы являются первой выходной шиной

1520657

устройства

и соединены с соответст

вующими .цифровыми входами линейного декодирующего преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является шиной преобразуемого сигнала,отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразования, в него введены два цифроаналоговых преобразователя, переключатель полярности опорных напряжений, аналоговый сумматор и блок цифровых инверторов, входы которого явл5ттся входной шиной кода управления и соединены соответственно с цифровыми входами первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого подключен к шине преобразуемого сигнала, а выход - к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго цифро- аналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами блока цифровых инверторов, а аналоговый вход - с выходом переключателя полярности опорных напряжений, к первому и второму аналоговым входам которого подключены соответственно выходы источников положительного и отрицательного опорных напряжений, управляющий вход переключателя полярности опорных напряжений соединен с выходом разряда знака цифрового преобразователя и является второй выходной шиной устройства, выход аналогового сумматора соединен с ана- логовьм входом линейного декодирующе- го преобразователя.

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования непрерывных сигналов в цифровой код в адаптивных устройствах управления и преобразования информации. Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразования. Устройство содержит компаратор, цифровой преобразователь, линейный декодирующий преобразователь. Для расширения динамического диапазона преобразования введены два цифроаналоговых преобразователя, аналоговый сумматор, переключатель полярности опорных напряжений и блок цифровых инверторов. 2 ил.

%.

ftoeJ

-%

ив.2

,

.

г/.

.