Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1990 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования в цифровой код напряжения постоянного тока низкого уровня.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг.1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг.2 - аналоговый ключ на полевых транзисторах.

Аналого-цифровой преобразователь содержит аналоговые ключи 1 и 2, усилитель 3 токоограничивающий элемент выполненный на резисторе 4, интегратор, выполненный на операционном усилителе 5 и накопительном элементе, выполненном на конденсаторе 6, аналоговые ключи 7 и 8, компаратор 9, источник 10 образцового напряжения (ИОН), токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 11, накопи-

1Ч

31 5

дельный элемент, выполненный на конденсаторе 12, аналоговый ключ 13, Генератор k счетных импульсов, формирователь 15 импульсов, элемент И 16, счетчик 17, формирователь 18 временных интервалов (ФВИ),, инвертор 19, элемент ИЛИ 20, токоограничивающий Элемент, выполненный на резисторе 21. и повторитель 22 напряжения, выполненный на операционном усилителе.

Аналоговые ключи 7, 8 и 13, содержат полевые транзисторы 23 и 2k и инвертор 25.

Г Аналого-цифроёой преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 1 закрыт, а ключи 2, 7, 8 и 13 открыты. За счет .действия источника 10 образцового напряжения и резисторов k и 11 на входе усилителя 5 интегратора образуется отрицательное смещение , которое (благодаря действию- отрицательной обратной связи через резистор 21 и ключ 13) запоминает- ся в конденсаторе 12. В начале цикла преобразования формирователь 18 временных интервалов производит сброс счетчика 17 и изменяет состояние своих выходов. При этом ключ 1 открывается, а ключи 2, 8 и 13 закрываются. В закрытых ключах 8 и 13 на подложку транзистора 2k (фиг.2) и че- рез открытый транзистор 23 на его сток поступает напряжение с выхода повторителя 22 напряжения. Так как вход повторителя 22 напряжения соединен с неинвертирующим входом интегратора, то напряжение его выхода равно напряжению, поступающему на истоки транзисторов 2k ключей 8 и 13. Токи, поступающие через резисторы 11 и 21 на входы ключей 8 и 13, компенсируются выходным током повторителя 22 напряжения, а токи утечки (сток-исток, сток-подложка, исток- подложка) через транзистор 2k практически отсутствуют, так как напряжения на его выводах равны.

Преобразуемое напряжение, усиленное усилителем 3, поступает через резистор k и ключ 7 на вход усилителя 5 интегратора, изменяя его выходное напряжение. Скорость изменени напряжения на выходе усилителя 5 зависит от значения и полярности преобразуемого напряжения. Отрицательное смещение на входе усилителя 5 должно выбираться более отрицательным, чем

0

5

0

5

0

5

0

45

50

55

максимальное усиленное усилителем 3 отрицательное преобразуемое напряжение, В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напряжения, скорость изменения напряжения на выходе интегратора будет минимальной, а при преобразовании максимального положительного напряжения - максимальной.

Нулевому преобразуемому напряжению соответствует скорость изменения выходного напряжения усилителя 5 интегратора, строго определяемая выходным напряжением ИОН 10 и сооноше- нием резисторов k и 11. Длительность первого такта (выбираемая из соображений обеспечения максимального подавления помех) определяется длительностью импульса на выходе 1 формирователя 18. После окончания первого такта ключи 1 и 7 закрываются, а ключи 2 и 8 открываются. При этом на вход закрытого ключа 7 поступает напряжение с положительного вывода ИОН 10, а на выход подается напряжение дрейфа, равное напряжению, запомненному в конденсаторе 12. Ток, обусловленный разницей подаваемых на закрытый ключ напряжений, проходя через токоогра- ничительный резистор k, компенсируется (через открытй полевой транзистор 23 ключа 7) выходным током повторителя 22 напряжения. При этом напряже- ние с выхода повторителя 22 напряжения поступает на сток и подложку закрытого полевого транзистора 2k ключа 7. Это обуславливает практическое отсутствие токов утечки (сток-исток исток-подложка, сток-подложка) на вход усилителя 5 интегратора, так как напряжения на выводах закрытого транзистора 2k равны. Работа закрытого ключа 7 аналогична работе закрытых ключей 8 и 13 в первом такте. Ключ 13 остается закрытым. При этом на вход усилителя 5 интегратора поступает отрицательное (относительно напряжения смещения на конденсаторе 12 дрейфа) напряжение ИОН 10. Направление изменения напряжения на выходе усилителя 5 интегратора изменяется на обратное, причем скорость изменения напряжения остается постоянной и определяется, кроме значения напряжения ИОН 10, соотношением сопротивлений резисторов k и 11 и значением сопротивления резистора 11. После достижения выходным напряжением уси515

лителя 5 интегратора исходного уровня срабатывает компаратор 9 и второй такт заканчивается. По сигналу компаратора 9 ФВИ 18 изменяет состояние своих выходов и переводит схему в исходное состояние, при котором ключ 1 закрыт, остальные ключи открыты, а на конденсаторе 12 дрейфа осуществляется запоминание напряжения смещения и дрейфа.

формирование отсчета в счетчике 17 происходит следующим образом.

Нулевому преобразуемому напряжению на входе соответствует строго задан- ная напряжением смещения скорость изменения напряжения на выходе интегратора как в первом, так и во втором

т.е. момент срабатывания компатакте, ратора вестей няется выхода

9 в этом случае заранее из- Именно в этот момент и изме- на противоположное состояние 2 формирователя 18 временных интервалов. Формирователь 15 импульсов реализует (по отношению к импуль- сам формирователя 18 и компаратора Э) функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При отрицательном преобразуемом напряжении компаратор 9 срабатывает раньше изменения состояния выхода формирователя 18. При уменьшении значения отрицательного преобразуемого напряжения момент срабатывания компаратора 9 приближается к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, чт вызывает уменьшение количества импульсов, поступивших на счетчик 17. При равенстве преобразуемого напряжения нуля моменты срабатывания совпадают и на счетчик 17 импульсы не поступают.

При преобразовании положительного напряжения момент срабатывания компаратора 9 запаздывает по отношению к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, что вызывает заполнение счетчика 17 соответствующим количеством импульсов.

0

5

5

0

5

Анализируя последовательность срабатывания компаратора 9 и выхода формирователя 18, можно определить полярность преобразуемого напряжения.. Коррекция дрейфа напряжения смещения на аходе усилителя 3 (а одновременно и операционных усилителей 5 интегратора и компаратора 9) осуществляется за счет запоминания состояния схемы в исходном состоянии и подключения ИОН 10 положительным выводом к выходу усилителя 3. Формула изобретения

1.Аналого-цифровой преобразователь по авт.св. № 141197, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования,

в него введены повторитель напряжения, выполненный на операционном усилителе, и токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, первый вывод которого подключен к выходу компаратора, а второй вывод - к информационному входу первого ключа, выход повторителя напряжения соединен с дополнительными входами первого, чет- вертого и пятого ключей, а его неинвертирующий вход - с неинвертирующим входом операционного усилителя интегратора, инвертирующий вход повторителя напряжения соединен с его выходом.

2.Преобразователь по п.1, от - личающийся тем, что первый, четвертый и пятый ключи выполнены на двух полевых транзисторах и инверторе каждый, причем стоки первого и второго транзисторов ооъединены и являются информационным входом ключа, подложка и исток первого транзистора соединены с подложкой второго тразис- тора и являются дополнительным входом ключа, затвор первого транзистора является управляющим входом ключа и через инвертор соединен с затвором второго транзистора, исток второго транзистора является выходом ключа.

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, в частности к устройствам для преобразования в цифровой код напряжения постоянного тока низкого уровня, и является усовершенствованием устройства по авт.св.N 1411974. Цель изобретения - повышение точности аналого-цифрового преобразования за счет исключения токов утечки ключей на полевых транзисторах. Устройство содержит усилитель с двумя ключами, источники преобразуемого и опорного напряжения, интегратор, выполненный на операционном усилителе с емкостной обратной связью, компаратор, третий, четвертый, пятый аналоговые ключи, формирователь импульсов, счетчик, формирователь временных импульсов, элемент ИЛИ, а также инвертор, вентиль, генератор счетных импульсов, выход которого подключен к формирователю временных импульсов и элементу И. Для исключения токов утечки ключей введены подключенный к неинвертирующему входу интегратора повторитель напряжения и токоограничительный резистор, один вывод которого подключен к выходу компаратора, входам формирователя временных интервалов и формирователя импульсов, а второй - ко входу первого ключа. Выход повторителя напряжения соединен со входами трех аналоговых ключей, которые выполнены на полевых транзисторах. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

% о

Фиг.2

Редактор А.Ревин

Составитель Н.Козлов Техред Л.Серднжова

Заказ 85

Тираж 668

ЙНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул.Гагарина, 101

«/X

i-o Кпобт.

Корректор В.Гирняк

Подписное