Аналого-цифровой преобразователь считывания Советский патент 1979 года по МПК H03K13/18 

Изобретение отнсюится к ц ифровой измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных системах для преобразования сигналов в код в широком диапазоне уров ня и спектра этих сигналов. Известен аналого-цифровой преобразователь считывант я пара.п.иельнрпоследовательнбго действия, содержащий несколько групп компараторов, каждый из которых подсоединен к отдельному преобразователю кода в напряжение, преобразуемая величина п6дается одновременно на все компарато ры и сравнивается с уровнями образцового напряжения последовательно в каждой группе компараторов 1. Недостатками устройства являются снижение быстродействия и увеличение объема аппара1туры с увеличением числа уровней квантования. Известен аналого-цифровой преобра зователь считывания,, содержащий ряд компараторов, на входе каждого из ко торых включена двоично- суммирующая резисторная матрица соответствующей разрядности, каждая матрица через ан логовый ключ, управляемый компарато. ром данного разряда подсоединяется к общему образцовому источнику опорного Нс1пряжения, преобразуемая величина подается параллельно на измерительные входы всех компараторов и последовательно, разряд за разрядом, сравнивается с опорными уровнями 2. Недостатками устройства являются снижение быстродействия с повышением точности и расширением диапазона преобразования и необходимость увеличения при этом объема аппаратуры. Целью изобретения является повышение скорости аналогЬ-цифрового преобразователя сигналов в широком диапазоне изменения их уровня. Для этого в аналого-цифровой преобразователь считывания, содержащий информационный кодовый регистр, измерительные компараторы, блок преобразования и отображения кодов, ана- логовые ключи и образцовый источник опорного сигнала , введены масштабные компараторы, регистр кода масштаба, последовательный равноступенчатый делитель, входной делитель, элементы НЕ и элементы И, причем входы входного делителя соединены с измерительной входной шиной и общей шиной устройства, входы последовательного равноступенчатого делителя соединены с выходом образцового источника опорного сигнала и с общей шиной устройства, масштабные компараторы, кроме первого, подсоедин.ены первыми входами к соответствующим выходам входного делителя, а первый вход первого масштаб ного компаратора подсоединен к измерительной входной шине, вторые вхог ды всех масштабных компараторов подсо единены к выходу образцового источника опорного сигнала, выходы масштабных компараторов, кроме первого масштабного компаратора, подсоединены к соответствующим входам регистра кода масштаба и через-последовательно соединеннйе элементы НЕ и элементы И к первым входам аналоговых ключей, вторые входы которьйс соединены с соответ ствующими выходами входного делителя, кроме первого аналогового ключа, выход первого масштабного компаратора через элемент НЕ соединен с первым входом первого аналогового ключа, вто рой вход которого соединен с измерительной входной шиной сравнивающие входы каждого последующего элемента И соединены с выходами каждого предыдущего масштабного компаратора, выходы всех аналоговых ключей объединены и соединены с первыми входами измерительных компараторов, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами последовательного разноступенчатого делителя, выход регистра кода масштаба соединен с вторым входом блока преобразования и отображения кодов, выход которого соединен со стробирующими входами информационного кодового регистра и регистра кода масштаба. . Структурная электрическая схема устройства приведена на чертеже. Устройство содержит измерительную входную щину 1, входной делитель 2, образцовый источник 3 опорного сигнала; масштабные компараторы 4, элементы ЙЕ 5, элементы И 6, аналоговые ключи 7, измерительные компараторы 8, последовательный равноступенчатый делитель 9, регистр 10 кода масштаба информационный кодовый регистр 11, блок 12 преобразования и отображения кодов. Устройство работает следующим образом. Преобразуемая величина, поступающая на измерительную входную шину 1 через ступени входного делителя 2 передается на все масштабные ксмпараторы 4, в которых сравнивается с опор ным сигналом образцового источника 3 Число декадных ступеней входного делителя 2 выбирают, исходя из требуемого количества услрвных пределов ил диапазона преобразования, а величину ступеней - в соответствии с уровнем опорного сигнала образцового источни.ка 3, равного величине условного млад шего предела.- До постуйления преобра a ertOf 6 ййг на ла все а на л огоЖыё к лючи 7,- за исключением аналогового ключа, 9Дсоединенного непосредственно к изерительной входной шине 1, разомкнуты в соответствии с нулевыми сигналами на вЕлходе масштабных компара- , торов 4 и используемой логикой на вхое аналоговых ключей 7. При этом аналоговый ключ 7 на входе 1 замкнут единичным инвертированным сигналом масштабного компаратора 4 данной цепи, а на аналоговые ключи 7 в цепях остал ных масштабных компараторов 4 поступают нулевые сигналы. Указанное со-стояние аналоговых ключей 7 не изменяется, если преобразуемая величина не превышает значения условного младшего предела, то есть уровня образцового источника 3. При этом ни один из масштабных компараторов 4 не срабатывает, и все измерительные компараторы 8 оказываются подключенными через соответствующий замкнутый аналоговый ключ 7 к входу. Сигнал образцового источника 3 равномерно, с единичным приращением, распределяется по ступеням последовательного равноступенчатого делителя 9, чем обеспечивается формирование постоянной равномерной.шкалы уровней квантования. Уровни соседних измерительных компараторов 8 отличаются между собой при этомна величину кванта. Величина кванта выбирается, исходя из допустимой погрешности преобразования, а задается включением соответствующего числа ступеней в последовательном равное тупенчатом делителе 9. Входная преобразуемая величина сравнивается в измерительных компараторах 8 с.набором единичных уровней квантования, при этом часть измерительных компараторов 8 срабатывает, и их сигналы записываются в информационный регистр 11 в виде позиционного единичного кода. Число сработавших компараторов 8 равно с точностью ± 1 квант значению входной преобразуемой величины. В регистре 10 при этом содержимое будет равно нулю, что указывает на то, что входная величина находится в границах младшего условного предела. Если преобразуемая величина превысит значение младшего условного предела, то часть масштабныхкомпараторов 4 начиная с первого, срабатывает. Если срабатывает Р компараторов, то единичным инвертированным сигналом (Р+1)-го компаратора и единичным сигналом Р-го компаратора, переданными, через соответствующий элемент И, замкнется аналоговый ключ 7 в цепи (Р+1)-го масштабного компаратора 4, и измерительные компараторы 8 окажутся подключенными к Р-й ступени входного делителя 2..При этом сигналы сработавших масштабных компараторов 4 в виде единичного кода будут записаны в регистр 10, а на измерительные компаратора 8 через Р-ю сту пень входного делителя 2 будет пода на часть преобразуемой величины на уровне младшего условного предела. Число сработавших измерительных ком параторов 8, сигналы которых в виде единичного кода передаются в информа ционный регистр 11, и единичный код масштаба,записанный в регистре 10, соответствуют текущему значению преобразуемой величины. Так как полученные коды масштаба и информационный являются единичными, эти коды преобразуются блоком 12, например, в двоичный и передаются для отображения или машинной обработки. Устройство непрерывно следит за изменением входной, величины, поэтому на время считывания кода из ре гистра 10 и информационного регистра 11входы указанных регистров блокируются сигналом стробирования блока 12во избежание неоднозначности считывания и ошибок декодирования. Так как данное устройство является следящим, то его эффективное быст родействие в системе можно повысить дополнительно счЕитыванием только при ращений кода. Благодаря использовани для уравновешивания параллельной шка лы уровней квантования с единичными приращениями, соседних уровней и единичного кода, случайный сбой измерительного компаратора или ячейки реги стра не всегда приведет к потере информации в данном разряде. Эта инфор мация может быть восстановлена по си налам соседних разрядов. Систематический отказ при этом легко диагностируется по результатам нескольких циклов преобразования. Предложенное устройство обладает повышенной инфор мативной надежностью-и отличается вы сокой степенью регулярности структуры, что обеспечивает технологичность его производства в виде больших интегральных схем. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь считывания, содержащий информационный кодовый регистр, входы которого соединены с выходами измерительных компараторов, а выход соединен с пер вым входом блока преобразования и отображения кодов, аналоговые ключи и образцовый источник опорного сигна ла, отлича19щийся тем, что, с целью повышения скорости аналого-цифрового преобразования сигналов в широком диапазоне изменения их уровня, введены масштабные компараторы, регистр кода масштаба, последовательный равноступенчатый делитель, входной делитель, элементы НЕ и элементы И, причем входы входного делителя соединены с измерительной входной шиной и общей шиной устройства, входы последовательного равноступенчатого делителя соединены с выходом образцового источника опорного сигнала и с общей шиной устройства, масштабные компараторы, кроме первого, подсоединены первыми входами к соответствующим выходам входного делителя, а первый вход первого масштабно- . го компаратора подсоединен к измерительной входной шине, вторые входы всех масштабных компараторов подсоединены к-выходу образцового источника опорного сигнала, выходы масштабных компараторов, кроме первого масштабного компаратора, подсоединены к соответствующим входам регистра кода м&сштаба и через последовательно соединенные элементы НЕ иэлементы И к первым входам аналоговых ключей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами входного делителя, кроме первого аналогового ключа, выход первого масштабного компаратора через элемент НЕ соединен с первым входом первого аналогового ключа, второй вход которого соединен с измерительной входной шиной, сравнивающие входы каждого последующего элемента И соединены с выходами каждого предыдущего масштабного компаратора, выходы всех аналоговых ключей объединены и соединены-с первыми входами измерительных компараторов, вторые входы которых соединены с соответствующими Выходами последовательного равноступенчатого делителя, выход регистра кода масштаба соединен с вторым входом блока преобразования и отображения кодов, выход которого соединен со стробирующими входами информационного кодового регистра и регистра кода масштаба. Источники информацииf принятые во внимание при экспертизе 1.Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., Энергия, 1975, с, 316-320, рис. 7-11&. 2.Галушкин А. И. и др. Оперативная обработка экспериментальной инормации. М., Энергия, 1972, . 34-37, рис. 1-11.