Способ аналого-цифрового преобразования электрического сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G02F7/00 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для построения быстродействующих аналого-циф- ровых преобразователей {АЦП) для микропроцессорных измерительных систем.. .

Известен способ преобразования электрического сигнала, основанный на параллельном сравнении внешнего электрического сигнала с известным эталонным электрическим сигналом и реализо- ванный на кремневой биполярной технологии в виде параллельно включенных компараторов, блока управления и . блока согласования с микропроцессором

т..

Недостатком известного способа является сложность реализации многоразрядных АЦП из-за конструктивных затруднений с реализацией множества компараторов на кремневой пластине и с отводом избытка тепла.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является интерферометриче- ский способ аналого-цифрового преобразования. Способ заключается в том, что пучок света, содержащий две монохроматические составляющие, делится на два пучка, один из которых направляют в электрооптический кристалл вдоль оптической оси, а другой минует кристалл, прикладывается внешнее электрическое поле к кристаллу, Под воздействием электрического поля изменяется фазовая скорость монохроматических составляющих первого луча и при последующем наложении на второй луч происходит интерференция соответствующих составляющих пучка света, далее производится разделение пучка на две монохроматические составляющие, например, с

VI 00

VI

ro

00

СА

помощью дифракционной решетки и регистрируется их интенсивность. С помощью пороговых элементов осуществляется кодирование интенсивностей.

Известно устройство для осуществления аналого-цифрового преобразования выше описанным способом, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит блок входного сигнала, электронно-оптический блок, блок полупроводниковых лазеров, блок разделения и сведения световых пучков, фотоприемный блок и кодирующий блок.( .

Недостатком известного способа и устройства является сложность создания многоразрядных АЦП.

Целью изобретения является увеличение разрядности аналого-цифрового. преобразований электрического сигнала.

На фиг, 1 представлена схема устройства для реализации способа аналого-цифрового преобразования; на фиг. 2 - схема способа аналого-цифрового преобразования; на фиг. 3 - схема одного из способов построения ЭОБ.

Устройство для реализации заявленного способа (фиг. 1) содержит блок полупроводниковых лазеров 1, блок 2 входного сигнала, электронно-оптический блок 3, блок 4 фотоприемников, блок 5 цифрового кодирования, блок 6 управления и согласования с микропроцессором, шину 7 данных. Блок 6 вырабатывает и принимает следующие сигналы;

ЗПР - запуск преобразования,

ГТ - готовность преобразования,

ЧТ - чтение,

ВУС - выбор устройства,

ОВВ - открыть входные ворота,

НЛ - номер лазера,

РЗЛ - разрешение работы лазера,

АВД - автоматический выбор диапазона,

ВБЯ - выбор ячейки блока цифрового кодирования,

СБР - сброс выбора ячейки,

СРВ - шина сигналов разрешения выбора из ячейки блока цифрового кодирования,

ВЩД - внутренняя шина данных,

ВЧТ - внутренний строб чтения.

Устройство работает следующим образом.«

При поступлении сигнала ЗПР блок 6 вырабатывает сигнал ОВВ, НЛ и РЗЛ, по сигналу ОВВ входной электрический сигнал поступает на вход блока 3, сигнал НЛ определяет номер лазера или группы лазеров, так как одновременно могут работать несколько лазеров, лучи которых расположены в разных оптических плоскостях. По сигналу РЗЛ лазер генерирует луч в блок 3, Луч лазера 1 (фиг. 2) попадает во входное окно кристалла 8 под углом оптической оси 0О. При отсутствии внешнего электрического поля от блока 2 на отражающих покрытиях 9 кристалл 8 оптически изотропен, т.е. луч лазера неразделен на обыкновенный 10 и необыкновенный 11 лучи, При подаче

внешнего электрического поля от блока 2 кристалл 8 становится оптически анизотропным, что приводит к расслоению луча лазера 1 на обыкновенный 10 и необыкновенный 11 лучи. Коэффициент преломления необыкновенного луча 11 зависит от величины внешнего электрического поля. При многократном отражении лучей от отражающих гтокрытий 8 на выходе кристалла 8 накапливается линейное (угловое) смещение между лучами, причем обыкновенный

луч 10 не изменяет свое пространственное

положение, Следовательно, ячейки блока 4

могут светиться только необыкновенным

лучом 10. Накопление линейного (углового)

смешения можно осуществить и при условий создания оптической системы из нескольких кристаллов с разными . оптическими характеристиками (фиг. 3), при этом происходит накопление смещения в

каждом кристалле и на границе оптических сред. Если смещение луча больше строки матрицы блока 4 (фиг. 1), то вырабатывается сигнал АВД, поступающий в блок 6, который вырабатывает следующую комбинацию сигнала НЛ. Этот процесс повторяется до тех- пор, пока луч не войдет в границы очередной строки. Элемент блока 4 выдает сигнал в шину СРВ, по этому сигналу блок 4 вырабатывает сигнал ВБЯ, поступающий в

блок б, который выдает сигнал ГТ. В блоке 5, представляющий собой ПЗУ, сигнал из шины СРВ разрешает одну мз ячеек памяти, в которой хранится код, соответствующий преобразуемой величине. При появлении на.

входах блока 6 сигнала ЧТ и ВУС блок 6 формирует сигнал ВЧТ, поступающий в блок 5, по которому из разрешенной ячейки блока 5 по шине ВШД поступает код в блок 6. Из блока 6 цифровой код словами или байтами поступает на шину 7. После передачи из блока -6 полного кода происходит снятие сигнала ГТ и формируется сигнал СБР, по которому блок 4 снимает сигнал на шине СРВ, После этого устройство готово к новому циклу преобразования.

Одним из недостатков предлагаемого

устройства является существенная зависимость электрооптических эффектов, положенных в основу способа, от температуры, Для устранения этого недостатка можно

включить в устройство схему термостабилизации электронно-оптического блока. Использование предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяет создать на базе существующих микроэлектронных технологий новый быстродействующий АЦП в виде интегральной микросхемы или микросборки, совместимый с микропроцессором. Это позволяет создать новые системы для управления и сбора информации в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, заключающийся в том, что по крайней мере один луч монохроматического излучения направляют в электрооптический кристалл, действуют на последний напряжением электрического сигнала, индуцируя изменение показателя преломления электрооптического кристалла для необыкновенного луча, регистрируют результирующее изменение выходного параметра монохроматического излучения и преобразуют его в цифровой код, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрядности преобразования, луч монохроматического излучения направляют наклонно к оптической оси кристалла, Ёыделяют необыкновенный луч, осуществляют многократные отражения последнего в объеме электрооптического кри- стадлаи результирующее пространственное смещение необыкновенного луча используют в качестве выходного параметра монохроматического излучения.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона преобразования, одновременно направляют не менее двух лучей монохроматического излучения в разные области объема электрооптического кристалла, действуя на последние неперекрывающимися между собой уровнями напряжения электрического сигнала.

3. Устройство для аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, содержащее последовательно оптически связанные по крайней мере один полупроводниковый лазер, снабженный блоком накачки, электрооптический кристалл, снабженный сигнальными электродами и фотоприемный блок, а также блок цифрового кодирования, вход которого подключен к

выходу фотоприемного блока, усилитель сигнала, выход которого подключен к Сигнальным электродам электрооптического кристалла, а вход усилителя сигнала является входом устройства, отличающееся

тем, что в устройство дополнительно введен блок управления, включающий в себя микропроцессор и постоянное запоминающее устройство, электрооптический кристалл выполнен с отражающими покрытиями на

его поверхности, оптическая ось электрооп- тИческого кристалла расположена под углом к направлению оптической оси канала излучения полупроводникового лазера, а фотоприемныйблок выполнен

позиционно-чувствительным, при этом порты блока управления подключены к соответствующим портам блока накачки, усилителя сигнала, фотоприемного блока и блока цифрового кодирования.

4. Устройство по п. 3, о т л и чающееся тем, что, с целью упрощения; отражающие покрытия электрооптического кристалла выполнены из токопроводящего материала и подключены к источнику входного сигнала.

Фиг. V

Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления относится к оптическим преобразователям аналоговых величин в цифровые. Сущность: в объеме злектрооптического кристалла осуществляют многократное отражение нео- быкновенного луча, действуя на соответствующий ему показатель преломления напряжением электрического сигнала, приложенным к сигнальным электродам на поверхности кристалла. Результирующее наведенное смещение необыкновенного луча регистрируют позиционно-чувствитель- ным фотоприемным блоком и преобразуют в цифровой код, используя при этом блок управления с микропроцессором и постоянным запоминающим устройством. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. f fe