АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1973 года по МПК H03M1/18 H03M1/48 

Изобретение относится к аналого-цифровой вычислительной технике и может применяться в качестве входных устройств цифровых машин.

Известны аналого-цифровые преобразователи, в которых применен способ поразрядного взвешивания. Преобразователи высокой точ;ности строят по замкнутой схеме, в которой применяют декодируюш;ий цифро-ана.толовый преобразователь. Напряжение на выходе преобразователя пропорционально набранно.му коду и непрерывно сравнивается со входным, лриче.м код иабирают поочередно, начиная со старшего разряда.

Устройство сравнения срабатывает один раз на каждый разряд. Таким образо.м, максимальное время преобразования равно времени «взвешивания каждого разряда, умноженному на (Количество раз1рядов. Для быстродействующих преобразователей (например 100000 преобразований в секунду) необходимое время «взвешивания каждого разряда достигает единиц микросекунд. Увеличение количества разрядов требует поэтому уменьшения времени «взвешивания.

Однако в -известных устройствах при уменьшении времени «вавешива.ния одного разряда в декодирующем преобразователе возникают дополнительные погрешности за

счет неточности срабатывания электронных ключей.

В цифро-аналоговых преобразователях в качестве ключей применяют диодные или транзисторные ключи. Транзисторные ключи в инверсном включении имеют малое остаточное напряжение открытого ключа, малое внутреннее сопротивление открытого ключа, однако из-за конечного времени рассасывания неосновных носителей время переключения таких ключей достигает нескольких микросекунд. Диодные КЛЮЧ71, обладая малы.м временем переключения, достигающим долей микросекунды, л.меют большие оста iочные

напряжения открытых ключей. Естественно, что в декодирующих преобразователях паразитные остаточные напряжен 1я открытого ключа ограничивают точность преобразования. Применение источников тока для устранения погрешности диодных ключей не дает большого выигрыша в точности из-за необходимости создания стабильных источников тока с внутренним сопротивлением в несколько десятков мегомов. Кроме того, зависимость погрешности сопротивления декодирующей сетки от частоты за счет конечного времени нарастания импульса напряжения на сетке ограничивает быстродействие декодирующего преобразователя. В лучших декодирующих сетках общее время нарастания напряжения до величины, соответствующей по преш«ости 0,03%, для четырех разрядов составляет две микросекунды. Для десятираз.рядной сетки это время нарастания составит величину порядка нескольких микросекунд. Известные быстродействующие преобразователи со временем преобразования меньще 20 мксек, работающие по способ} поразрядпого «взвещи.вания, имеют се.мь-восемь разрядов. Целью изобретения является повышение точности устройства. Для этого в преобразователь включена с.хема сравнения и реверсивный счетчик, выходы которого соединены со входами преобразователя точного отсчета, а вход усилителя подключен .к выходу схемы вычитания, ключи и генератор тактовых импульсов, подключенный к преобразователю грубого отсчета старщих разрядов, реверсивному счетчику и первым входам ключей, второй вход одного из которых соединен с выходом усилителя, а (ВЫХОД - со входо.м преобразователя грубого отсчета младших разрядов, вторые входы остальных ключей соединены с выходами преобразователя грубого отсчета старших разрядов, а выходы этих ключей - с соответствующими входами реверсивного счетчика. На чертеже приведена блок-схема преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь содержит преобразователь 1 грубого отсчета старших разрядов, схаму вычитания 2, усилитель 3 с малым дрейфом ил,и бездрейфовый, реверсивный счетчик 4, преобразователь 5 точного отсчета, схе.му сравнения 6, преобразователе 7 грубого отсчета младших разрядов, регистр памяти 5 старщих разрядов, ключ 9 для подачи сигнала на вход преобразователя грубого отсчета, гене,ратор 10 тактовых импульсов, регистр 11 младших разрядов, ключи 12 параллельного выхода преобразователя грубого отсчета старщих разрядов, разрядные ячейки 13, вентили 14. Вход преобразователя соединен с преобразователем / грубого отсчета младших разрядав и с одним из входов схемы вычитания 2. Полученный, па выходе преобразов ателя / код ,из п двоичных разрядов (в приведенном примере я-5) имеет погрешность квантования преобразователя /. Точность задания кванта младшего разряда невысокая. Реверсивный счетчик 4 представляет собой устройство, имеющее п параллельных входов и п параллельных выходов и выполняет функции регистра памяти, кроме того имеется один последовательный вход, как у реверсивного счетчика. Ячейки 13 реверсивного счетчика 4 отделены вентилями 14 так, что при работе в режиме регистра памяти, когда код поступает на па.раллельные входы через ключи 12, изменение кода в предыдущей разрядной ячейке не влияет на последующую. При работе в режиме счетч.ика сигнал поается на последовательный вход через вениль 14, 1КЛЮЧИ 12 отсоединяют счетчик 4 от реобразо1вателя -J, а вентили 14 подключаютя таким образом, чтобы счетчик 4 мог работать в режи1ме измепения зафиксированного кода на ± младшего разряда. Выход счетч.ика 4 имеет только параллельные каналы но числу, равному числу параллельпых входов, выходы соединены с регисто.м памяти 5 старших разрядов, а кроме того соединены с преобразователем 5 точного отсчета. Преобразователь 5 точного отсчета имеет количество разрядов, равное числу разрядов преобразователя /, но погрешность кванта младшего разряда соответствует требуе.мой погрещности всего аналого-цифрового преобразователя. Вход преобразователя соединен также с одним из входов схемы вычитания 2, другой вход которой соединен с выходом преобразователя 5, выход схемы вычитания 2 соединен с усилителем 3, выход усилителя соединен через ключ 9 с преобразователем 7, подключенным к регистру 11. Выход усилителя 3 соединен со схемой сравнения 6. Причем при выборе аналога должен учитываться коэффициент усиления усилителя 5. Выход схемы сравнения соединен с последовательным входом реверсивного счетчика 4. Выход преобразователя 7 соединен с регистро.м // младших разрядов. Генератор W та1ктовых импульсов управляет ключами 12 и вентилями 14. Генератор W тактовых импульсов управляет поочередно работой обоих преобразователей грубого отсчета. Аналого-цифровой преобразователь работает в два такта, задаваемых генератором 10 тактовых импульсов. В пе,рвом такте ключ 9 закрыт, вентили J4 закрыты, ключи 12 открыты. В этом случае преобразователь / производит грубое преобразование сигнала, счетчик 4 передает полученный код «а преобразователь 5, усилитель 3 усиливает разность между значением напряжения па входе и напряжения на выходе преобразователя 5, а схема сравнения 6 сравнивает оставшееся напряжение с эквивалентом точного значения кванта грубого преобразования. После окончания грубого преобразования и некоторой выдержки времени для окончательного установления напряжения на выходе преобразователя ключи 12 закрываются, .вентили 14 открываются и счетчик 4 работает в режиме изменения кода на ± 1 .или без из.менения, выходные и/мпульсы со счетчика поступают на регистр 8 старших разрядов. После .этого генератоо 10 тактовых импульсов подключает к работе преобразователь 7 |.младших раз1рядов и через генератор 10 оставшаяся разность подается для преобразования в младщие разряды.