Преобразователь напряжения в циклический код Советский патент 1980 года по МПК H03K13/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦИКЛИЧЕСКИЙ Изобретение относлтся к технике преобразования аналоговых величин в цифревые и может быть использовано в качест ве устройств связи источников аналоговой .информации с ЦВМ. Известен преобразователь напряжения в-код (ПИК), выполняющий преобразование входного напряжения в циклический двоичный код, содержащий нуль-орган в каждом разряде. Уравновешивание преобразуемого напряжения опорными весовыми напр я же ни я ми осущ ест вляетс я при помощи ряда последовательно включенных операционных суммирующих и инвертирую щих усилителей, число которых равно 2 N , где Ы - число разрядов преобразователя l3 . , Недостатком преобразователя является малое быстродействие, Гак как время преобразования в нем определяе тся временем прохожденияя сигнала через 2N операционных усилителей с учетом Bp€fмени затухания переходных процессов в них с необходимой точностью.

КОД Наиболее близким по технической сущности является преобразователь напряжения в циклический код, содержащий в каждом из последовательно соединенньгх разрядов первый эталонный источник, выход которого соедийей со входом нуль-органа t2 . Однако и этот преобразователь не обеспечивает достаточного быстродейст «Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя напряжения в код. : Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в циклический код, содержащий в каждом из последовательно соединённых разрядов первый эталонный источник, выход которого соединён со входом нуль-органа, дополнительно введен преобразователь напряжения в ток и в каждый разряд - четыре повторителя тока ft BtSpo и эталонный источник, гфйчём выходы первого и второго повторителей тока данного разряда соединены / с входами второго и третьего повторителей тока и выходом второго эталонного источника последующего разряда, выходы третьего и четвертого повторителей тока данного разряда соединены со входами пе вого и четвертого повторителей тока и вы .ходом первого эталонного источника последующего разряда, входы первого и четвертого повторителей тока старшего разряда подключены к первому, а входы второго и третьего повторителей тока старшего разряда - к второму выходу преобразователя напряжения в ток, вход которого подключен к входной шине, выходы первого и второго повторителей тока младшего разряда соединены с первой, а третьего и четвертого - с второй шинами питания. .( На фиг. 1 представленаструктурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 пример конкретной реализации устройства, ПНК содержит преобразователь 1 вход ного напряжешя в ток (ПНТ) с выходами пбложительного и отрицательного таков (направления токов указаны стрелками). В каждом разряде ПНТ содержит два эталонных источника 2, 3, 4, 5, 6, 7 весовых токов положительного и отрицательного, повторители токов (положйтельных) 8,9,10,11,,,.,: 12,13 и повторители токов (отрицательных ) 14,15,16, 17,,.,18,19. Величина весовых токов рав «« , где п. - номер разряда ПНК, начиная со старшего. Входы нуль -органов 20,21,..,22 t;oeдинены, соответственно, с выходами эталонных источников весовых токов 2, 4,..., 6 или 3,5 ,,.., 7.

738144 -Выходы нуль-органов являются выходными щинами ПНК. Работа ПНК осуществляется следующим образом. . Входное напряжение Uoy подается на вход преобразователя 1, где оно преобразуется одновременно в пропорциональные положительный и отрицательный токи. В старшем разряде ПНК происходит сравнение (вычитаний) входных токов и весовых токов противоположной долярности. Разностные токи старшего разряда, в зависимости от знака проходят через соответствующие повторители таким образом, чтобы в следующем разряде снова происходило их сравнение с весовыми токами противоположной полярности. РазHOCTHbje токи второго разряда через соответствующие повторители проходят для, дальнейшего сравнения с весовыми токами третьего разряда и т.д. Выходы первого и второго повторителей тока младшего разряда соединены с первой, а третьего и четвертого - с второй шинами питания. Значения каждого разряда определяются Нуль-органами по знаку разностных токов (полярности напряжений) в суммирукяцих точках, т.е. на выходах эталонных источников весовых токов каждого разряда. Результаты кодирования представлены в таблице, при кодировании напряжения tsx. 54,5 В, крутизне ПНТ равной + Ши цене младшего разряда 1 ма.

Код на выходе нуль-органов.- циклический код

SSt e: rr -;ft e-iVi..i--v..--.-j v -i-iviA.:- ..--Г.--. :,-- - -:-: .- - - ----- -:-- - Двоичньтй ПОЗИЦИОННЫЙ код

tSl-l yi-s ii /:- -О

О

О

о

о 5 Как видно из таблицы, на выходе нул органов формируется ци сличёский двсичный код, соответствующий величине вход ного напряжения. Переход к позиционному двоичному коду осуществляется при помощи зависимостейк.,,..., а,, ),и-2,4,б,.., q - разряды озйционного двоичного кода; разряды циклического кода; номер разряда, причем разря ды пронумерованы слева направо от старшего разряда к младшему. Суммирование производится по модулю два. Если циклический код, как указано в таблице, равен 110010, то соответст вующий ему позиционный двоичный коп .равен 110110. На фиг. 2 представлен один из возможных вариантов реализации схемы, на пример трехразрядного ПНК. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: { - .входное преобразуемое напряОлПНТ - преобразователь напряжения в ток; входные токи старшего разряда преобразователя, пропорцио нальные входному напряжению -2 - значения токов эталлонных но- точников; - транзисторы п-р-п тип . (повторители тока); 2 5Л 10 1 транзисторы р-п-р тип (повторители тока); напряжения смешения, при этом т,1Тс.ГК|--. . источники напряжения питания повторителей младшего разряда; : НО - нуль-органы. Работа ПНК осуществляется следующим образом. Положительный и отрицательный токи + 1ех Бх вытекающие из выходов ПНТ, сравниваются, соответственно, с опорными токами старшего разряда, ПНК Т ч- -Если I |°| по модупЦ то в суммирующих точках, т.е. на эмит44герах трвнзисторов Т., Т,, относительно их соединенных баз, существует положительное; напряжение, равное по величине паденщо, напряжения на открытом базовом переходе. На эмиттерах транзисторов Т, Т. относительно их соединенных баз при этом будет напряжние -Ugj. Если llftnl l Ьто на эмиттерах травзисторов Tj,T2 относительно 5аз су шествуют, напряжения, соответственно -Ugj переходе значения тока Г g через значение равное - на эмиттерах транзисторов Tj Т и относительно баз происходит скачкообразное изменение, напряжения от 4(J-3j до-и или наоборот. Таким образом, по знаку напряжений на эмиттерах транзисторов относительно баз, можно судить о знаке разностных :токов в суммирующих точках.1 Для опре:двления знака разностных токов (знака ;напряжения Ugj) установлен нуль-орган, выполненный в виде дифференциального ycfaiyetejiyi, постоянного тока, один вход которого соединен с суммирующей точкой, а второй с базами транзисторов Т , ТлНуль-орган усиливает напряжение в суммирующей точке до величины, достаточной для срабатывания стандартного лоГического элемента. Напряжения на выходах э алонных источников положительного и от|жцательтого тока (в суммирующих точках) в каждом разряде изменяются соверщенно симметрично, поэтому в каждом разряде достаточно установить Один нуль-орган. Если ) bl (по модулюг), то разностные токи ПрЬтёкают однонаправленные повторители тока, выполненные на основе транзисторов Тп, Тд, включенных по схеме с общей базой. . .Повторители тока, выполненные на транзисторах Т, этом закрыты. Если llenl l liTo отк1ьгваются транзисторы Т, Т/ а Т„, Т,дакрываются:. Если пренебречь величиной токов, ответвляющихся в базе транзисторов Т - Тц , то можно считать,.что через объединенный выход транзисторов Тд, всегда протекает ток -v | |,а через объединенный выход транзисторов Т Т протекает ток - 1 токи . поступаю на выХ6д в гброго разряда эбразователя, где сравниваются с опорныи токами - - и Работа второго и последующих разрядов происходит совершенно аналогично работе первого разряда. Однонаправленные повторители токов (т.е. повторители, которые пропускают ток только одного определенного знака), .выполнение на транзисторах Т,- Т. одновременно являются и автоматическими (нетребующими дополнительных устройств (управления) коммутаторами разностных токов, причем коммутация происходит с автоматическим учетом знака разностньтх токов таким образом, чтобы в каждом ра ряда происходит сравнение токов противоположного знака. Нупь-органы не принимают непосредственного участия в процессе кодировани а являются лишь индикатор1амй знаков раз ностных токов в каждом разряде. Таким образом, время преобразования в предлагаемом ПИК определяется временем преобразованная входного напряжения в ток и временем прохождения разHocfных токов через N последовательно соединенных транзисторов, включенных по схеме с общей базой, где N - количество разрядов ПНК. Так как время преобразования входного напряжения в ток соизмеримо с временем прохождения сигнала через один операционный усилитель, а время прохождения его через N повторителей тока, выполненных, например, на основе состав ного или одиночного транзистора, вкяю-, ченного по схеме с обшей базой, значи- тельно (в десятки раз) меньше времени прохождения его через 2 N операционных усилителей, то очевидно, что быстродейст вие предлагаемого ПНК на порядок выше чем у известного. 73 4 1Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я Преобразователь напряжения в циклический код, содержащий в каждом из последовательно соединенных разрядов первый эталонный источник, выход которого соединен со входом нуль-органа, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введен преобразователЬНапряжения в ток и в каждый разряд- четыре повторителя тока и второй эталонный источник, причем выходы nejiBoro и второго повторителей тока данного разряда соединены с входами второго и третьего повторителей тока и выходом второго эта- лонногЬ источника последующего разряда, выходы третьего и четвертого повторителей тока данного разряда соединены с входами первого и четвертого повторителей тока и выходом первого эталонного источника последуюшегоразряда, входы перового и четвертого повтори теле и тока старшего разряда подключенык первому, а входы второго и третьего повторителе и тока старшего разяда - к второму выходу преобразователя напряжения в ток, вход которого подключен к входной шине, выходы первого и второго повторителей тока младшего разряда соединены с первой, а третьего и четвертого - с второй шинами питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i.E&ect -onicI5esio-n, №26, с. 71-73, 1968. 2. Авторское свидетельство по заявке № 1916094/21, кл. Н 03 К 13/02, 11.05.73 (прототип).

i

fJ

L:«

°k

--- /.---й;;.

I

.

ij

p

-®

f