АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1970 года по МПК H03M1/56 

Изобретение относится к аналого-цифровым нреобразователям непрерывны.х или импульсны.х случайиы.х сигналов, широко используемым в различных областях радиотехники и, в особенности, в ядерной радиоэлектронике в качестве в.ходиого устройства для многоканальных амплитудных анализаторов.

Известен аналого-цифровой преобразователь (ЛиП), сздержчщий лииейно-нролускающнй каскад, зарядное устройство, иодключениое к амплитудному компаратору, второй вход которого соединен с преобразователем цифрааналога, входы которого соединены е выходами регистра адреса, и содержащий также блок уменьшения дифференциальной нелинейности, включающий в себя донолнительный регистр, преобразователь, соединенный с этим регистром, причем выход преобразователя соеди} ен со входом суммирующего усилителя, включенного между лннейно-нропускающнм каскадом и зарядным устройством, а выходы регистра адреса и дополнительного регистра соединены со входами суммирующего регистра.

Недостатком этого преобразователя является его громоздкость и сложность.

Цель изобретения - упрощение схемы. Достигается это тем, что в иредложенном прсобразователе его выход через инвертор лодключен к одному из входов амилитудного

комнаратора, друго вход которого соедннсн с генератором иилообраз)юго напряжения, а выход комнаратора соединен с управляющим входом схемы пропускания н со входом запуска генератора пилообразного нанряжения через триггер, запускаемый снадом выходного импульса дискриминатора интервала разряда.

На фиг. 1 представлепа блок-схема предложенного АЦП; на фнг. 2 - электрическая схема линейно-пропускающего каскада, суммирующего усилителя и зарядного устройства; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу АЦП.

Линейно-нроиуекающий каекад / соединен со входом суммирующего усилителя 2, выход которого нодключен через зарядно-разрядное устройство 3 к дискриминатору 4 интервала разряда. Генератор 5 кодовых имиульеов и дискримииатор 4 подключены ко входам схемы 6 нропускаиия, выход 7 которой соединяется с адресным счетчиком. Регистр S связан с преобразователем 9 цифра-аналог, выход которого иодключен ко второму входу усилителя 2 и к инвертору 10. Инвертор 10 соединен с одним из входов амплитудного компаратора 11, выход которого соединен с триггером 12. Триггер 12 управляет генератором пилообразного напряжения 13, нодключенного своим выходом ко второму входу компаратора 11, и схемой 6 совпадения. Преобразователь работает следующим образом. Входной сигнал через линейно-пропускающий каскад 1 и суммирующий усилитель 2 поступает в зарядно-разрядное устройство 3. Дискриминатор 4 интервала разряда формирует импульс, длительность которого пропорциональна амплитуде входного сигнала. Выходы дискриминатора 4 и генератора 5 кодовых импульсов соединены со входами схемы пропускания, на выходе 7 которой образуется «пачка импульсов с частотой генератора 5, равиая по длительности импульсу дискримпнатора 4. Состояние регистра 8, т. е. код Л, записанный в нем, изменяется но пропзвольному закону. С выхода преобразователя 9 напряжение UD подается на второй вход суммирующего усилителя 2. Через инвертор 10 напряжение D поступает на амплитудный компаратор 11. Триггер 12 запускается дискриминатором 4, и от генератора 13 пилообразного напряжения на второй вход компаратора 11 начинает поступать линейно-изменяющееся напряжение UD в момент равенства напряже кий УП и 6о сигналом компаратора // триггер 12 возвращается в исходное состояние. Импульс, пропорциональный по длительности напряжению UD, поступает на третий вход схемы 6 н «пачка импульсов генератора 5 снова поступит на выход 7, который соединен со входом регистра адреса (на схеме не показан). Итак, мы вначале подали с выхода 7 в РА единичный последовательный код М+Д и затем, после окончания преобразоваиня сигнала Цч -i-t/D в код, добавили в РА код Д, ирнчем, в отличие от прототипа, в результате этого Б РА будет образовываться ие «истиниый кодМ, а код/И + Р, где Р -2, т. е. вся шкала АЦП «сдвинется вправо на 2 каналов, где п - число разрядов регистра 8. Этот сдвиг постоянен, не зависит от кода в регистре 8 и его легко учесть ирн регулировке соответствующим смещением начальной точки шкалы АЦП. Такое построение блока уменьшения дифференциальной нелинейности не требует большого количества оборудования и значительно проще известного. Вариант электрической схемы некоторых узлов предложенного АЦП, приведенный на фиг. 2, нредставляет интерес для рассмотрения работы преобразователя по блок-схеме фиг. 1. Входной сигнал отрицательной нолярности со входа через резистор 14 поступает в базу транзистора 15, который вместе с траизисторами 16, 17, 18 и 19 образует сумкирующий усилитель 2, линейно-ироиускающий каскад 3 и зарядное устройство. В исходном состоянии транзистор 16 открыт, г 19 - закрыт соответствующим потенциалом, управляющим пропусканием сигналов (вход 20-база транзистора 19. Благодаря 100%-ной отрнцатель-ной обратной связи (когда сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 21} коэффициент усиления суммирующего усилителя равеи 1. Резистор 22 онределяет коэффициент уснления для напряжения «добавки с выхода преобразователя 9 н его сопротивление обычно значительно больше сопротивления резисторов 14 и 21. Под воздействием внешиего управляюшего импульса в момент вершииы входного сигнала транзистор 19 открывается, и ток транзистора 23 нротекает теперь через диод 24. При этом иотеициал эмиттера транзистора 17 становится ниже исходиого (см. эпюру /на фиг. 3). Так как ток транзистора 19 больше тока транзистора 25 диод 26 закрывается и напряжение в эмиттере транзистора 18 возрастает до тех нор, пока оно не станет равно входному (на клемме 13). Резистор 27 имеет то же соиротивлеиие, что и резисторы 21 и 14. Этим обеспечивается иеизменность входного сонротивления схемы нри различных состояниях (иропускание или запрет-в зависимости от потенциала на входе 20), что существенно при новышенин загрузки, а также авто.матически обеспечивается постоянство коэффициента деления напряжения от преобразователя 9 на делителе: резистор 22 - входное сопротивление схемы. Эмиттерный ток транзистора 17 заряжает запоминающий конденсатор 28 через повторитель 29 тока. Генератор тока разряда на транзисторах 30 и 31 обеспечивает линейный разряд коиденсатора 28. Имнульс, пропорциональный но длительности амплитуде входного сигнала, формируется дискриминатором нптервала лннейного разряда 4 (см. элюру 2 на фиг. 3). От генератора кодовых имлульсов на схему 6 пропускания поступает непрерывная последовательность импульсов и только на время длительности импульса дискриминатора 4 схема 6 часть из них проиускает на выход 7, подключенный ко входу адресного счетчика (эпюры 3, 4 1 5). Задним фронтом импульса дискриминатора 4 запускается триггер 12 на туннельном диоде 32. Транзистор 33 открывается, и конденсатор 34 заряжается ностоянным током. Амплитудиый компаратор на транзисторах 35, 36 и 37 к исходном состоянии устанавливается так, чтобы проводил транзистор 36. При заряде конденсатора 34 коллекторным током транзистора 33 фиксирующий диод 38 закрывается, и напряжение на базе транзистора 35 возрастает но линейному закону до тех пор, пока транзистор 35 не откроется, что приводит к иеребросу триггера 12 в исходное состояние. Конденсатор 34 перезаряжается через резистор 39 до тех пор, пока диод 38 снова не откроется. Благодаря инвертору 10 временной интервал от иуска триггера 12 н генератора 13 до момента срабатывания компаратора и, следовательно, возврата триггера на туннельном диоде 32 в исходное состояние оказывается тем меньше, чем больше напряжение на выходе преобразователя 9. Длительность же импульса дискриминатора 4 наоборот становится тем больше, чем больше напряжение па выходе преобразователя 9. Временной интервал триггера 12 преобразуется в код на выходе схемы 6 аналогично тому, как это происходило с интервалом дискриминатора 4. Таким образом, мы по одной и той же цепи, независимо от состояния регистра 8, «досчитываем в адресном счетчике такую «пачку импульсов, которая в сумме с «лишпими (из-за добавления напряжения от преобразователя 9 через резистор 22) импульсами в коде амплитуды сигнала дает постоянную величину, не зависящую пи от амплитуды сигнала, ни от состояния регистра 8.

На фиг. 3 приведены эпюры для двух различных значений напряжепия па выходе цифро-апалогового преобразователя 9. Эпюры 7а и 76 показывают, что длительность импульса триггера 12 уменьшается при увеличении (б) напряжения «добавки от преобразователя 9.

Необходимо отметить еще одну особенность предложенного АЦП. Известно, что дифференциальная нелинейность АЦП по .методу взвешивания достигается даже при очень тшательном подборе элементов при числе уровней квантования (каналов) в несколько тысяч величииы порядка 30-40%. АЦП по методу последовательного счета прл том же числе каналов имеет дифференциальную нелинейность на норядок меньше (). Ноэтому для дальнейшего ее снижения (до 0,1 - 0,2%) достаточно иметь всего 4-ь5-разрядный регистр 8. Нри этом предполагается, что дифференциальная нелинейность преобразователя зависит главным образо1М от влияния коррелированных помех и паводок со стороны адресного счетчика на дискриминатор 4. Нроведенные исследования и эксперпмеиты подтверждают этот вывод. При 4-разрядном регистре 8 дифференциальная нелинейность уменьшается примерно в 10 раз. Если генератор 5 является ждущнм, то нмпульс триггера 12 подается на его повторпый запуск после окончания преобразовання каждого входного сигнала.

Предложенный АЦП может быть использоваи в качестве прецизионного входного устройства для многоканальных амнлптудных анализаторов ядерной физики, в особенности при работе с полупроводииковыми детектора.ми частиц и квантов.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащпй линейно-пропускающнй каскад, выход которого через суммирующий усилитель и зарядно-разрядную цепь запоминающего конденсатора соединеи со входом дпскримииатора интервала разряда: выход последнего подключен к управляющему входу схемы пронускания, соединенной с выходом генератора кодовых имиульсов, другой вход суммирующего усилителя подключен к выходу преобразователя цифра-аналог, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он содержит инвертор, компаратор, триггер и генератор пплообразного напряжения, причем выход иреобразователя цифра-аиалог через инвертор подключен к одному входу компаратора, другой вход которого соединен с генератором пплообразного напряжения, а выход - со входом триггера; другой вход иоследнего подключен к выходу дискриминатора, а выход-ко входу запуска генератора пилообразного напряжения н другому входу схемы нропускания.