Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1976 года по МПК H03K13/02 

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для использования в области вычислительной техники, а также в автоматических системах управления, в измерительной технике и технике связи для преобразования сигналов вида «аналог-код.

Известны АЦП с двоично-взвешенными приближениями. Характерной особенностью этих преобразователей является компромисс между точностью преобразования (отсчета) аналогового сигнала и быстродействием. За счет увеличения быстродействия эти АЦП проигрывают в точности преобразования 1.

Наиболее близким по технической сущности является АЦП, содержащий АЦП, выходы которых подключены к первым входам компараторов, вторые входы которых соединены со входной клеммой аналого-цифрового преобразователя, счетчики точного и грубого отсчета.

Недостатком этого АЦП является сложность реализации устройства из-за больщого количества оборудования. Например, для семиразрядного АЦП при сигналах только одной полярности требуется шесть линий задержки, семь компараторов, семь блоков АЦП и около тридцати триггеров для регистров. При двухполярных сигналах количество оборудования удваивается. Кроме того, недостатком данного АЦП является низкая точность преобразования за счет большого количества блоков цифро-аналоговых преобразователей, в основном определяющих погрешность АЦП в целом.

Целью изобретения является сокращение оборудования АЦП и повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в АЦП введены блок грубой зстановки счетчика

точного отсчета и блок управления счетчиком грубого отсчета, входы которого соединены с выходами соответствующих компараторов, а первый выход блока управления счетчиком грубого отсчета соединен со входами блока

грубой установки счетчика точного отсчета и счетчика грубого отсчета. Второй выход блока грубого отсчета соединен с первым входом счетчика точного отсчета, второй вход которого соединен с выходом блока грубой установки счетчика точного отсчета выходы счетчика точного отсчета подключены ко входам АЦП н к выходным клеммам АЦП, а выходы счетчика грубого отсчета соединены со входами блока грубой установки счетчика точного

отсчета.

Па фнг. 1 представлена функциональная схема АЦП; на фиг. 2 - диаграмма работы семиразрядного АЦП. АЦП состоит из компараторов 1, 2 н АЦП

3, 4 для положительного и отрицательного

аналоговых сигналов соответственно, блока управления счетчиком грубого отсчета 5, :блока грубой установки счетчика точного отсчета 6, счетчика грубого отсчета 7, счетчика точного отсчета 8, работающего на вычитание.

На первые входы компараторов 1, 2 поступает аналоговый эквивалент цифровой величины от АЦП 3, 4, а на вторые входы - входной аналоговый сигнал. Если аналоговый сигнал больше эквивалентного, то в зависимости от полярности входного сигнала срабатывает один из компараторов, сигнал рассогласования которого поступает на блок управления счетчиком грубого отсчета 5. Сигналы блока 5 с частотой тактирующего импульса (ТИ) управляют z-разрядным счетчиком грубого отсчета 7 и посредством блока грубой установки 6, п - разрядным счетчиком точного отсчета 8. При этом показания счетчика 8 будут приближаться к аналоговой величине посредством грубого (шагового) приближения через N градаций цифрового эквивалента (в данном случае ). Когда аналоговый сигнал станет меньше цифрового эквивалента, поступающего от блока АЦП, то с выхода блока управления счетчиком грубого отсчета 5 поступит сигнал, который закроет счетчик 7, блок грубой установки 6 и запустит счетчик 8. Счетчик, работающий на вычитание с тактовой частотой (ТИ), обработает такое количество тактов, которое необходимо для того, чтобы на выходе установился точный цифровой эквивалент аналоговой величины в параллельном коде.

Рассмотрим в качестве примера работу семиразрядного АЦП. Число возможных градаций N для представления аналогового сигнала при п 7 равно:

i n-l

N 2 2 +2-f

/ 0

+ 2 -f 24- 2 127

Число тактов т, необходимое для отображения аналогового сигнала в цифровом эквиваленте, определяется старшим разрядом преобразователя и равно т :|/2М Для каждого конкретного п-разрядного АЦП m const и равно m k-{-p, где k--число тактов грубого отсчета аналогового сигнала; р - число тактов точного отсчета аналогового сигнала.

Для наглядности на фиг. 2 представлена диаграмма работы семиразрядного преобразователя для выборки аналогового эквивалента числа 65, где а-амплитуда тактовых импульсов; б - выходное напряжение компаратора: в - диаграмма представления числа 65.

Счетчик 8 перед началом цикла устанавливается в начальное состояние (Ns), соответствующее . При первых трех тактах грубого приближения /Съ , Кз счетчик 8 посредством блока грубой установки 6 устанавливается в состояние, соответствующее , но т. к. в этих случаях , сигналы от компараторов не поступают. При четвертом такте Ki счетчик 8 устанавливается в положение, соответствующее , и в зависимости от полярности аналогового сигнала от одного из компараторов поступит сигнал, который закроет блок 6, счетчик 7, и запустит счетчик 8. После шести тактов точного отсчета счетчик 8 (работающего на вычитание) состояния выходов триггеров этого счетчика покажут цифровой эквивалент аналоговой величины в параллельном коде (минус единица счета).

Таким образом, для эквивалентного представления условного числа 65 необходимо четыре такта К грубого приближения и шесть тактов Р точного приближения. В общем случае цифровой эквивалент аналотового сигнала отслеживается за 16 тактов, т. е. сохраняется быстродействие того же порядка, что и в прототипе.

АЦП отличается от известных простотой выполнения при высокой точности н быстродействии.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий аналого-цифровые преобразователи,

выходы которых подключены к первым входам компараторов, вторые входы которых соединены с входной клеммой аналого-цифрового преобразователя, счетчики точного и грубого отсчетов, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности преобразователя, в него введены блок грубой установки счетчика точного отсчета и блок управления счетчиком грубого отсчета входы которого соединены с выходами соответствующих компараторов, а первый выход блока управления счетчиком грубого отсчета соединен со входами блока грубой установки счетчика точного отсчета и счетчика грубого отсчета, второй выход блока управления счетчиком грубого отсчета соединен с первым, входом счетчика точного отсчета, второй вход которого соединен с выходом блока грубой установки счетчика точного отсчета, выходы счетчика точного отсета подключены ко входам аналогоцифровых преобразователей и к выходным клеммам аналого-цифрового преобразователя, а выходы счетчика грубого отсчета соединены со входами .блока грубой установки счетчика точного отсчета.

Фиг: