Аналого-цифровой преобразователь параллельного действия Советский патент 1979 года по МПК H03K13/175 

1

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в качестве быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АДП) в приборах и системах для измерения различных быстропротекающих процессов, а также в системах автоматического управления и контроля .

Известен АЦП параллельного действия, содержащий компараторы на линейных интегральных элементах, подключенные к транзисторным ключам, диоды и резисторы 1.

В этих преобразователях компараторы выполнены на линейных интегральных схемах, что требует применения в схеме преобразователя отдельных от цепей компараторов схем сдвига и дешифрования, усложняющих схему преобразователя и уменьшающих его быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является АЦП параллельного действия, который представляет собой четырехразрядный параллельный аналого-цифровой преобразовате.ггь , содержащий компараторы, на основе линейных интегральных схем, транзисторы, ре-

зисторы, диоды клеммы питания, кодовые выходы и входную клемму 2.

Кроме многоэтапности преобразования, известный АЦП характеризуется большим количеством ТОЧНЕЛХ резисторов .

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя и упрощение устройства.

0

Достигается это тем, что в аналого-цифровом преобразователе параллельного действия, содержащем п компараторов на интегральных ткроэлементах и цепь сдвига уровней сраба5тьшания п-1 компараторов, подключенную к входу устройства, компараторы выполнены на .логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам

0 аналого-цифрового преобразователя, а цепь сдвига уровней срабатывания п-1 компараторов содержит последовательно соединенные между собой диоды и источник постоянного тока,

5 подключенный к общей шине.

В результате сокращается число задержек в распространении сигнала и отпадает надобность в применении множества точных резисторов и допол0нительных транзисторов, и так как время прохождения сигнала через такой преобразователь равняется времени прсхождения сигнала через составляюш.и-8 преобразователь интеграль ные логические вентили, то времена преобразования АЦП на логических интегральных схемах, в зависимости от применяемой серии интегральных схем, могут быть в диапазоне от десятков до сотен наносекунд. На чертеже дана структурная схема аналого-цифрового АЦП параллельного действия. АЦП содержит амплитудные компараторы на логических интегральных инверторах 1 и 2 с резисторами 3 и 4 обратной связи для кодового разряда 8, на микроэлементе 5 типа 2И-НЕ И инверторе 6 с резисторс1ми 7 и 8 ;аля кодового разряда 4, на микроэлементе 9 типа ЗИ-2И-2ИЛИ-НЕ к инверторе 10 с резисторами 11 и 12 для кодового разряда 2 на микро элемента 13 типа 4И-ЗИ-ЗИ-2И-И-5ИЛИ ЯЕ и инверторе 14с резисторами 15 и 16 ,цля кодового разряда 15 диоды клемму 27, питания, кодовые выходы 28-31, входную клемму 32, источник 33 входного преобразуемого напряжения, источник 34 постоян ного тока. Работа АЦП заключается в следующем. Входное преобразуемое напряжение с источника 33 через клемму 32 и диоды 17-26 поступает на компараторы кодовых разрядов 8, 4% 2 Так как входной преобразуемый ток проходит,через смещенную в прямом направлении диодную цепь из диодов 17--26j включенную между источником 33 входного напряжения и источником 34 постоянного тока,, а величина падения напряжения на смещенных в прямом направлении диодах при достаточной величине проходящего тока очень мало зависит от изменения вели чины проходящего тока, то применение такой входной цепи исключается влияние изменения входных токов логических микроэлементов и инверторов в за висимости от логического положения . микроэлементов и инвертора .на величины падения напряжения на элементах цепи подачи входного преобразуемого напряжения к компараторам Ввиду того, что потребление входного тока ло гических интегральных элементов силь но изменяется в зависимости от логического положения вентиля (в.пределах от нескольких микроампер до нескольких миллиампер)f формирование цепи подачи входного напряжения к компараторам из резисторов вызывало бы большие изменения падения напряжения на этих резисторах и ввело бы таким образом, э работу преобразова теля дополнительный источник погреш ности. По результатам экспериментальноо исследования АЦП на логических нтегральных ТТЛ-элементах примем ля конкретности уровень срабатываия компараторов равным 1,5В, а веичину квантования примем равной ,7В (величина падения напряжения а кремниевых диодах). При этих условиях полный диапазон ходного преобразуемого напряжения удет лежать в пределах - 7,8В, причем диапазон преобразования можно корригировать входным масштабным усилителем, являющимся составной частью любого преобразователя. В соответствии с кодом преобразования (1-2-4-8) начальные уровни срабатывания компараторов кодовых разрядов 1 , -2 , 4 , 8 являются, соответственно, следующими : компаратор, соответствующий весу и выполненный на микроэлементе 13, инверторе 14, резисторах 15 и 16, срабатывает при величине входного напряжения 1,5В; квадратор, соответствующий весу 2 и выполненный на микроэлементе 9, инверторе 10, резисторах 11 и 12, срабатывает при величине входного напряжения 2,2В; компаратор, соответствующий весу и выполненный на микроэлементе 5р инверторе 6, резисторах 7 и 8 срабатывает при величине входного напряжения 3,БВ; компаратор, соответствующий весу 8 и выполненный на инверторах 1 и 2, резисторах 3 и 4, срабатывает при величине входного напряжения 6, 4Во С выходов инвертора 1 и микроэлементов 5 и 9 снимаются инвертированные кодовые выходы соответственно используемые в процессе преобразования. Процесс преобразования в предлагаемом преобразователе происходит следующим образе. При превышении входным напряжением уровня 1,5В срабатывает компаратор с весом Ч и на клемме 31 получается выход кодовой . При превышении входным напряжением уровня 2,2В срабатывает компаратор с весом 2, на клемме 30 получается выход кодовой 2 , одновременно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом , и с клетлмы 31 исчезает выход кодовой . При повышении входньм напряжением уровня 2,9В срабатывает компаратор с весом , и на клемме .31 получается выход кодовой . Этому моменту соответствует код ООН (числовое значение 3 входного напряжения) на кодовых выходах 28, 29, 30, 31 соответственно. При превышении входным напряжением 3,6В срабатывает компаратор с весом 4, на клемме 29 получается выход кодовой 4 , одновременно с этим выходное напряжение микросхемы 5 через микро элементы 9 и 13 отключает компарато ры с весом и и с клемм 30, 31 исчезают выходы кодовых 2 и соответственно. На кодовых вьЬсодах (клеммы 28, 29, 30, 31) при этом зафиксировано 0100, что отража ет числовое значение 4 входного напряжения. Превышение входным, напряжением уровня 4,3В вызывает срабаты вание компаратора с весом 1 , на клемме 31 получается выход кодовой на кодовых выходах получается код 0101, соответствующий числовому значению 5 входного напряжения При превышении входным напряжением уровня 5,ОБ срабатывает компаратор с весом 2 , на клемме 30 получается выход кодовой 2 , одновре менно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом и с клеммы 31 исчезает выход кодовой . Это состояние АЦП отражается выходньм кодом оно или числовым значением б входного напряжения. Превышение входным напряжением уров ня 5,7В вызывает срабатывание компаратора с весом при этом на клемме 31 образуется выход кодовой , а выходной код имеет вид 011 что соответствует числовому значению 7 входного напряжения. При превьваении входным напряжением уровня б, 4В срабатывает компаратор с весом и на клемме 28 получается выход кодовой 8, одновременно с этим выходное напряжение инвертора отключает компаратор с весом 4 и с клеммы 29 исчезает выход кодовой 4; компаратор с весом 2 и с клеммы 30 исчезает выход кодовой 2 компаратор с весом и с клеммы 31 исчезает выход кодовой 1 . Данное состояние АЦП соответствует числовому значению 8 входного напряжения, а выходной код имеет вид 1000. Превышение входным напряЖением уровня 7,1В вызывает срабаты вание компаратора с весом , клемме 31 вновь появляется выход кодовой , а выходной код 1001 представляет собой числовое значв ние 9 входного напряжения Как видно из приведенного описания, в соответствии с кодом преобразования по мере срабатывания компараторов более старших разрядов вводятся запреты срабатывания компараторов более младших разрядов преобразователя. Выполнение параллельного АЦП на логических интегральньах элементах согласно схеме изобретения, в которой логические интегральные схемы используются по схеме амплитудного компаратора с одновременным выполнением теми же интегральными схемами функции сдвига уровней срабатывания компараторов (функция дешифрирования) , позволяет значительно повысить быстродействие параллельных АЦП с одновременным упрощением устройства в целом. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь параллельного действия, содержащий п компараторов на интегральных микроэлементах, и цепь сдвига уровней срабатывания п-1 компараторов, подключенную к входу устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, компараторы выполнены на логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам аналогоцифрового преобразователя, а цепь сдвига уровней.срабатывания п-1 компараторов содержит последовательно соединенные между собой диоды и источник постойнного тока, подключенный к общей шине. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3710377, л. 340-347f опублик. 21.09.71. 2.C.V.V. Pratapa, Reddy A-D Сопverter-A threshold lOgik Approach, . International Дэгпа of Electronics, 1974 V. 37, №3, p. 367, фиг. 3 (прототип).