Вероятностный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1989 года по МПК H03M1/04 

1

(21)4375737/24-24

(22)07.12.87

(46) 23.12.89. Бюл. V 47

(71)Ленинградское научно-производственное объединение Электронмаш

(72)В.П.Волчок и В.Д.Остудим

(53)681.325(088.8)

(56)Билинский И.Я. и др. Стохастическая цифровая обработка непрерывных сигналов. Рига: Зинатне, 1983, с. 15.

Авторское свидетельство СССР К 1229950, кл. Н 03 М 1/04, 1984.

(54)ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к цифровой

измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности. Цель реализуется за счет использования в вероятностных аналого-цифровых преобразователях, содержащих генератор псевдослучайных чисел, компаратор, счетчики импульсов, в качестве цифроаналого- вого преобразователя одноразрядного емкостного цифроаналогового преобразователя по крайней мере на трех ключах, вьтолненных на полевых транзисторах, и двух конденсаторах одинаковой емкости. 1 табл. 1 ил.

S

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности. Цель реализуется за счет использования в вероятностных аналого-цифровых преобразователях, содержащих генератор псевдослучайных чисел, компаратор, счетчики импульсов, в качестве цифроаналогового преобразователя одноразрядного емкостного цифроаналогового преобразователя по крайней мере на трех ключах, выполненных на полевых транзисторах, и двух конденсаторах одинаковой емкости. 1 ил.

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Вероятностный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит шину 1 тактовых импульсов, генератор 2 псевдослучайных чисел, цифроаналого- вый преобразователь 3, компаратор 4, первый 5 и второй 6 счетчики импульсов, выходной регистр 7, первый 8 и второй 9 элементы НЕ, элементы И 10- 12, элемент 13 задержки, входную шину 14, выходную шину 15, шину 16

опорного напряжения и пину 17 нулевого потенциала.

Генератор 2 псевдослучайных чисел содержит п-разрядный сдвиговый регистр 18, дешифратор 19, элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, выход 21 генератор 2 псевдослучайных чисел, выход 22 дешифратора 19.

Цифроаналоговый преобразователь 3 (ЦАП) содержит три ключа, выполненные соответственно на первом 23, втором 24 и третьем 25 полевых транзисторах и первый 26 и второй 27 конденсаторы.

Устройство работает следующим образом.

С шины 1 тактовых импульсов на управляющий (синхронизирующий) вход генератора 2 псевдослучайных чисел

поступает последовательность прямоугольного импульсов Рд, при этом на сдвиговом регистре 19, содержащем п-двоичных разрядов, образуется последовательность чисел длиной 2 -1. При несовпадении информации с п-го и i-ro, где 1 i i п выходов сдвигового регистра срабатывает элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и сигнал 1 пос- тупает на информационный вход сдвигового регистра 18 и на первый выход генератора псевдослучайных чисел, депмфратор 19 выделяет одновременно одно из состояний сдвигового регистр 18 и передает его на вход счетчика 5

Сигналы с первого выхода генератора 2 псевдослучайных чисел через элементы 8-11 поступают на затворы транзисторов 23 и 24 в моменты дей- ствия F. При появлении логической 1 на затворе транзистора 23 (на затворе транзистора 24 в этот момент логической О) конденсатор 26 заряжается до величины опорного напряже- ния EJJ , при появлении логической 1 тса затворе транзистора 24 конденсато 26 разряжается на общую шину. Результирующее напряжение на конденсаторе 26 соответственно равно Е или О.

После окончания импульса F тран- янсторы 23 и 24 закрываются, а тран- iHcTop 25 открывается, происходит иа -иределение емкостей между конденсаторами 26 и 27, а следовательно, и деление.напряжений. При равенстве емкостей конденсаторов на параллепь- но соединенных конденсаторах уста- наиливается новое знамен :е напряжения

„ Ui « ЕО-К;.,

и

(1)

новое значение напряжения на конденсаторах; предыдущее значение на

45

конденсаторе 26; опорное напряжение; коэффициент, принимающий

значение 1 или О (в 50 зависимости от предыдущего состояния транзисторов 23 и 24). тактов иа сдвиговом ре- ;

станавливается число

55

Ки„. К-,

i +

+ « I

где К - - значение старшего разряда регистра в момент деления напряжения на конденсаторах 26 и 27, К. - значение младшего разряда сдвигового регистра в момент деления напряжения.

Так как операция сдвига двоичного числа в регистре есть деление кода числа на два, то между рядом на выходе цифроаналогового преобразователя 3 и кодом, накопившемся в сдвиговом регистре 18 устанавливает-;- ся взаимно однозначное соответствие. При достаточно большом п это соответствие устанавливается независимо от первоначального напряжения на конденсаторе 26, так как последовательность (2) есть цепная дробь

р V V V II - I п . о . и.п 2 4

j ЕО К.Чп-г j ЕС,К(

35 40

45

50 ;

55

и при достаточно большом п величина

Kj

-,, стремится к нулю.

Соответствие значений двоичной псевдослучайных последовательности чисел на выходе генератора 2 псевдослучайных чисел и напряжений на выходе цифроаналогового преобразователя 3 в предлагаемом устройстве иллюстрируется примером для п в 3, га 2 в виде таблицы.

Из таблицы следует, что значение напряжения на выходе 11ЛП с погрешностью, меньшей значения единицы младшего разряда, соответствует значению двоичного кода псевдослучайного числа, если за старший разряд кода принять его первый разряд.

На компаратсфе 4 сравниваются входные си гналы, поступившие по входной шине 14, и значение напряжения с выхода 1(АП 3, при этом выходной сигнал компаратора, появляюо ийся в моменты превышения напряжения с ЦАП 3 над входным сигналом, через элемент И 12 поступает в счетчик 5,

515

и по разрешению со счетчика 6 переписывается в выходной регистр, где хранится до завершения следующего цикла преобразования.

Следовательно, значение кода на выходной шине 15 пропорционально значению входного сигнала. Коэффициент пропорциональности зависит от величины источника опорного напряжения и числа повторной псевдослучайной последовательности.

Методическая погрешность преобразования складывается из ранее определенной погрешности ЦАП и погрешнос ти сравнения, равной половине значения единицы младшего разряда.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает предельную скорость преобразования псевдослучайных А1Щ, достижимую при использовании параллельных ЦАП, независимость скорости преобразования от разрядности псевдослучайного числа, увеличения разрядности и, соответственно, точ- ности АЦП без увеличения разрядности ЦАП, простоту реализации с минимальным количеством прецизионных элементов, возможность реализации псевдодовероятностных АЦП методом интегральной полупроводниковой технологии.

Формула изобретения

Вероятностный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компара- тор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, генератор псевдослучайных чисел, второй элемент И, шину тактовых импульсов, отличающийся тем что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в него введены два элемента НЕ, третий элемент И, элемент задержки и выходной регистр, генератор псевдослучайных чисел выполнен в виде п-разрядного сдвигового регистра.

-.

с

0 5

0

0

5

0

166

дешифратора и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а цифроаналоговый преобразователь выполнен в виде трех ключей на полевом транзисторе, каждьй из двух накопительных элементов на первом и втором конденсаторах одинаковой емкости, при этом затворы первого и второго полевых транзисторов подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов И, исток первого полевого транзистора соединен со стоком второго полевого транзистора, с первым выводом первого конден-, сатора и истоком третьего полевого транзистора, исток второго полевого транзистора подключен к второму выводу первого конденсатора и к первому выводу второго конденсатора и является шиной нулевого потенциала, сток первого полевого транзистора является шиной источника опорного напряжения, сток третьего полевого транзистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и является выходом цифроаналогового преобразователя, а его затвор - с выходом первого элемента НЕ и вторым входом первого элемента И, причем управляющий вход сдвигового регистра подключен к шине тактовых импульсов и объединен с входом первого элемента НЕ и первыми входами второго и третьего элементов Н, информа1Д1онный вход сдвигового регистра подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJH и объединен с вторым входом второго элемента И и через второй элемент НЕ - с вторым входом третьего элемента И, выходы п-разрядов сдвигового регистра соединены с соответствующими входаьш дешифратора, а выходы п-го и i-ro (где 1 i С п) разрядов - с соответствующими входами элемента ИСКдаЧАЮ- 1ЦЕЕ ИЛИ, выход дешифратора через второй счетчик импульсов подключен к первому входу выходного регистра и к входу элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с вторьм входом выходного регистра, выхо/ол которого являются выходной шиной.

100 110 011 101 010 001 000

4

6

3 5 2 1 О

бход

4 6

3,75 5,5

2 2,75 1,375 0,6873

О

О

+0,75 -ьО,5 0,75 +0,375 +0,6875