Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/17 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

раторов, а так же введены источник опорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опорного сигнах(а соединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы которых соединены с общей шиной устройства, выходы первого аналогового ключа через конденсаторы соединены с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговых ключей соединены через конденсаторы соответствующими выходами блока Формирователей сигналов- перестройки.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, компараторы 2,3,4, конденсаторы 5, аналоговые ключи 6-11, источник 12 опорного сигнала, блок 13 триггеров, шифратор 14, де1Шфратор 15, блок триггеров 16, регистр 17 старших разрядов кода/ регистр 18 млад1иих разрядов кода, блок 1.9 управления, сегнетоэлектрический пьезотрансформатор 20, состоящий из входных электродов 21, пьезокерамической пластины 22,. экранирующего электрода 23, пьеэокерамической пластины 24, выходного электрода 25, формирователей 26,27,28,

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Двоичный код N, ,.эквивалентный выборке преобразуемого сигнала X, о.пределяется в результате сравнения ее последовательно с грубой и составной шкалами эталонов. Эталонные уровни каждой из шкал формируются непосредственно в компараторах 2т4 путем масштабного изменения в соответствии с амплитудами коэффициентов передачи задействованных сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов и суммирования сиг налов, поступающих на опорные входы каждого из компараторов 2т4, Одновре менно с этим эталонные уровни сравниваются с выборкой преобразуемого сигнала X, Амплитуды коэффициентов передачи сегиетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 являются следующи ми: .

входу ВХ1 к

И

по входу ВХ2 к

гл

ПО входу ВХЗ К, ; ,l/4 по входу ВХ4 К4 3/1б

К42-1/8

.1/16

Указанные значения коэффициентов передачи сегнатоэлектрических пьезотрансформаторов 20 приведены в ОТНОСИтельных единицах для частного случая, когда преобразование является линейным, а величина опорного сигнала равна допустимому максимальному значению преобразуемого сигнала Хм , В

общем случае данные коэффиценты ; передачи могут принимать различные значения как по величиг{8,так и по знаку и определяются уровнем и направлением спонтанной поляризации участков пьезокерамики под входными электродами 21, Электрическая перестройка с запоминанием для аналогоцифрового преобразования по различным функциональным зависимостям осуществляется в преобразователе путем изменения по амплитуде и по знаку коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансФорматоров 20 по их входам, достигаемого в результате управления уровнем и направлением спонтанной поляризации участков пьезокерамики под входными электродами 21 при помоши воздействия электрического поля. Управляющие сигналы требуемой амплитуды, полярности, длительности, частоты следования, количества импульсов в пачке вырабатывает блок 1, Входным сигналом X для предлагаемого преобразователя могут являться напряжение, ток и временной интервал, представленный длительностью импульса тока фиксированной амплитуды. Величина амплитуды входного сигнала Х( выбирается такой, чтобы амплитуда импульса напряжения, прикладываемого при этом ко входам сегнетозлектрических пьезотрансформаторов 21, была значительно меньше амплитуды напряжения переполяризации пьезокерамической пластины 22. Вследствие этого значения коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 не изменяются в процессе многокр..атного аналого-циАрового преобразования, т.е. не разрушается информация об эталонных уровнях, причем эта информация может храниться без разрушения, пра.ктически, скол угодно долго и при полном отключении питающих напряжений. В начальном положении аналоговые ключи 6711 соединяют с корпусом устройства все входы компараторов 274, т.к. триггеры управления блока 16 находятся в состоянии О. Период преобразования выборки входного сигнала состоит из четырех тактов. В первом такте через аналоговый ключ 6 производится выборка преобразуемого сигнала Xj, а через аналоговые ключи 7 и 8 опорный сигнал подается на соответствующие входы компараторо 274. При этом в компараторах 2t4 формируются эталоны грубой шкалы, а именно: в компараторе 2 - эталон с весом (1/2 + 1/4)Xf, .так как задействованы входы ВХ2 и ВХЗ; в компараторе 3-1/2Х|,, так как задействован вход ВХ2; в компараторе 4-1/4Хмг так как задействован вход ВХЗ.Одновременно с этим данные эталонсравниваются с выборкой X,, поступившей на входы ВХ1. Если Xj в каком-либо из компараторов 2f4 превыша эталонный уровень с точностью до величины зоны нечувствительности, то в результате сравнения на его выходе появляется импульс стандартной амплитуды. Импульсы со сработавших KONmaраторов переводят соответствующие триггерыблока 13 в состояние 1, Кроме того, в конце первого такта преобразуемый и опорный сигналы отключаются от компараторов 27-4, Во втором такте периода преобразования происходит формирование старших разрядов выходного кода N; в шифраторе 14, а также управляющих уровней - в дешифраторе 15. В третьем такте код с шифратора 14 записывается в регист 17, опорный сигнал подается через аналоговый ключ 11 на входы каждого из компараторов 274. Этим обеспечивается формирование эталонов точной шкалы: в компараторе 2 эталона с-весом 3/16Xj, в компараторе 3-1/8Хи. в компараторе 4-1/16Хм. В каждом из компараторов 274 Формируется наибольший по весу эталон грубой шкалы, среди тех эталонов, веса которых оказались меньше выборки Х( . Это реализуется при помощи аналоговых ключей 7т10, которые позволяют сформировать любой из эталонов грубой шкалы в каждом из компараторов 2-г4, Одновременно с формированием эталонов происходит их суммирование, а также сравнение новой составной шкалы с выборкой входного сигнала X,. Выходные .импульсы, сработавпшх в результате сравнения компараторов, регистрируются в соответствующих триггерах блока 13. После этого входной и опорный сигналы отключаются от компараторов . В четвертом такте периода преобразования выборки Х происходит формирование в шифраторе 14 младших разрядов кода N, . в начале следующего периода преобразования код с шифратора 14 записываемого в регистр 18, после чего двоичный код N{ г эквивалентный выборке входного сигнала Х ( , можно считывать с регистров 17 и 18. Кроме того,начинается преобразование следуюшей выборки Х и т.д. Устройство отличается высокой технологичностью, так как задание тех или иных функциональных особенно.стей при изготовлении достигается последующей электрической обработкой его узлов (компараторов) , а электрическая перестрока преобразователя может происходить непосредственно в процессе его функцонирования. Существенно повьлиается надежность аналого-цифрового преобразователя, поскольку в нем отсутствуют механические элементы настройки, а все узлы выполнены в виде интегральных микросхем. Кроме того.

благодаря указанным отличиям существенно упрощается схема аналого-цифрового преобразователя, так как отпадает необходимость в использовании суммирующих схем или цифро-аналогового преобразователя, а также за счет уменьшения количества применяемых ключей для KOMivsyTamiH аналоговых сигналов.

0

Формула изобретения

1.. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, управляющие выходы которого соединены

5 с управляющими входами двух блоков триггеров, шифратора, дешифратора, регистра младших разрядов кода и регистра старших разрядов кода, компараторов , информационные входные

0 ttmriu которых объединены, а выходные шины через первый блок триггеров соединены с входами шифратора и дешифратора, выход которого через второй блок триггеров соединен с

5 цифровыми входами аналоговых ключей, а выходы шифратора соединены с входами регистров младших и старших разрядов кода, отличающийся тем, что, с целью введения

0 электрической перестройки с запоминанием для аналого-цифровогопреобразования по различным функциональным зависимостям, повышения технологичности и надежности, введены блок формирователей сигналов пере5стройки эталонных уровней, сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи, причем входы блоков формирователей сигналов перестройки эталонных уровней соединены с выход0ной шиной источника напряжения поляризации и выходными блока управления, а выходы подсоединены к информационным входным шинам и опорным входным шинам компараторов, которые

5 через сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи соединены с выходными шинами компараторов .

0

2. Аналого-цифровой преобразователь по пункту 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в него введены источник опорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опор5ного сигнала соединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы .которых соединены с общей шиной устройства, В1ЛХОДЫ первого аналогового ключа через конденсаторы соединены

0 с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговых ключей соединены через конденсаторы с соответствующими выходами блока формирователей сиг5налов перестройки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Гитис Э.И. Преобразователи ии оомации для электронных цифровых

вычислительных устройств. М., Энергия, 1975, с.50-270.

2. Авторское свидетельство СССР W 200873, кл.С Об F, 1967 (прототип) .