Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/02 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

I

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, и может быть использовано для преобразования напряжения в дафровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два запоминающих, конденсатора, устройство, задающее порог, устройство сравнения и ключи 1.

Этот аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования в код быстро меняющегося напряжения, которое в каждом такте запоминается на запоминающем конденсаторе и в следующем такте сравниваетсясо вх6днь1м напряжением. Если при этом разница сравниваемых напряжений больше напря- ,5 жения, определяемого устройством, задающим порог, то выходной код получает единичное приращение, а если разница сравниваерлых напряжений меньще порогового напряжения, то выходной код остается без измеиений.jO

Недостатком известного преобразователя заключается в том, что в случае медленно меняющегося напряжения из-за утечек в запоми-i нающих конденсаторах снижается точность;

при этом невозможно преобразование в код постоянных напряжений.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель с резисторами во входной цепи и в цепи обратной связи, входной ключ, два запоминающих конденсатора с ключами в цепи заряда и устройство сравнения 2.

В этом преобразователе реализован алгоритм последовательного уравновешивания, причем элементом удвоения входного напряжения и вычитания опорного напряжения является сумматор на операционном усилителе, содержащем прецизионные резисторы. Промежуточные напряжения запоминаются потактно на двух запоминающих конденсаторах. Выходная информация представляется в виде последовательного

тока.

Недостатком известного аналого-цифрового

преобразователя является невысокая точность. Целью изобретения является повьш1ение

точности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известньга аналого-цифровой преобразователь, соде|ржаший входной ключ, подключенный ко входу усилителя, устройство сравнения, один Из входов которого соединен с выходом усилителя, другой вход - с первым внешним ис точником опорного напряжения, выход - с выходом преобразователя, первый и второй ключи, один из входов которых соединен со входом усилителя, другие входы - с выходом усилителя, а выходы - с одной из обкладок .соответственно первого и второго -запомйнаюишх конденсаторов, третий ключ, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала, а другой вход - со вторым внешним ИСТОЧНИКОМ опорного напряжения, введены пят ключей и два дополнительнь1Х запоминающих конденсатора. Одни из входов четвертого и пятого ключей соединены с выходом усилителя, другие входы - с одними из входов соответственно шестого и седьмого ключей, а выходы - с одной из обкладок соответствующих дополнительных запоминающих конденсаторов, другие обкладки которых соединены с выхода ми соответственно третьего и восьмого ключей Один из входов восьмого ключа соединен со вторым внеишим источником опорного напряж ния, другой вход - с шиной нулевого потенциала и другим входом седьмого ключа, а выхода шестого и седьмого ключей соединены с другими обкладками соответственно первого и iBTOporo запоминающих конденсаторов. На чертеже представлена электрическая схема устройства. Устройство содержит ключ 1, входной ключ 2, усилитель 3, устройство сравнения 4, ключи 5, 6, запоминающие конденсаторы 7-10 и ключи 11-15. Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Для реализации алгоритма последовательного поразрядного кодирования входное напряжение и„ должно сравниваться с опорным на, пряжением U. , paBHbJM половине опорного 0,5 и,з . Если напряжения (Jr. входное напряжение меньше опорного напряже ния и , то старшему разряду кода присваивается нулевое значение, а напряжение удваивается и снова сравнивается с напряжени ем и. .Если входное напряжение больше опорного напряжения Uj , то старшему разряду кода присваивается единичное значение, напряжение U удваивается и из него вычитается опорное напряжение Ug . Разность этих напряжений снова сравнивается с опорным напряжением U,. Таким образом, в каждом такте напряжение, поданное на вход преобразователя, сравнивается с опорным напряжением Uj и удваивается, если определяемый код в данном такте paiBeH нулю, или удваивается и из этргб удвоенного напряжения вычитается опорное напряжение Ug , если код равен единице Получаемое напряжение снйва подается на вход преобразователя для определения кода в следующем такте. В предлагаемом преобразователе процесс удвоения напряжения и вычитания из него опорного напряжения происходит на запоминающих ковденсаторах и заключается в следующем. Если два конденсатора зарядить до напряжения и , а затем включить их последовательно между шиной нулевого потенциала и усилителем с единичным коэффиилентом передачи, то ; .на выходе усилителя установится напряжение 2 (J . Если зти же конденсаторы включить последовательно с щиной опорного напряжения, имеющего ту же полярность, что и напряжение U , то на выходе усилителя установится напряжение U -20-1), где UQ - напряжение истош1ика опорного напряжения. Таким образом, при помощи конденсаторов можно с высокой точностью удваивать напряжение, либо удваивать и вычитать опорное напряжение. При этом номиналы конденсаторов, их разброс и разброс параметров ключей не влияют на тошю.сть выполнения зтих операций. , В первом такте происходят следующие коммутации. Входной ключ 2 замыкается и соединяет внешний источник входного сигнала со входом усилителя 3, имеющего единичный коэффициент усиления (например, операционный усилитель с большим входным сопротивлением, включенный в режиме повторителя напряжений) . Напряжение U - U с выхода усилителя поступает на один из входов устройства сравнения 4 и на запоминающие конденсаторы 7 и 9, которые включены при помощи ключей 5, 13 и 11, 1 между выходом усилителем 3 и щиной нулевого потенциала. Эти конденсаторы в этом такте заряжаются до напряжения и и„ . На устройстве сравнения 4 определяется старший разряд кода. Если и и, старший разряд кода равен нулю, если U Ui, то единице. Во втором такте входной ключ 2 размыкается, а запоминающие конденсаторы 7 и 9 включаются последовательно при помощи ключей 5, J3 и 11, 1 между входом усилителя 3 и шиной нулевого потенциала, если значение кода в предьщущем разряде равнялось нулю, или между входом усилителя 3 и шиной второго внешнего опорного напряжения 0 , если значение кода равнялось единице. При этом в первом спучае на вход усилителя 3 подается напряжение 2 U , а во втором случае , апряжение 2U - U,,- Эго напряжение через

усилитель 3 поступает на вход устройства сравиения 4 для определения следующего разряда кода и заряжает запоминающие конденсаторы 8 и 10, которые в этом такте подключаются при помощи ключей 6, 14 и 12, 15 между выходом усилителя 3 и цпшой нулевого потенциала.

В следующем, третьем, такте запоминающие конденсаторы 8 и 12 подключаются последовательно при помощи ключей 6, 14 и 12, 15 между входом усилителя 3 и шиной нулевого потенциала, если разряд кода, определяемый во втором такте, равен нулю, или между входом усилителя 3 и щиной опорного напряжения и 2 , если разряд кода, определяемый во втором такте, равен единице. Запоминающие конденсаторы 7 и в этом такте включаются между выходом усилиТеля 3 и щиной Нулевого потенциала.

В следующих тактах процесс повторяется, т.е. если запоминающие конденсаторы 7 и 9 подключаются последовательно со входом усилителя 3, то запоминающие конденсаторы В и 10 подключаются к выходу усилителя 3 И наоборот.

Таким образом, устройство реализует алгоритм последовательного поразрядного кодирования.

В предложенном аналого-цифровом преобразователе не содержится ни одного прецизионного элемента и переходное сопротивление ключей не влияет на точность работы устройства. При высокой точности преобразования входного напряжения в код преобразователь не требует никакой предварительной подгонки по точности, и разброс номиналов элементов, входящих в него не влияет на точность преобразования.

Предлагаемое техническое рещение по сравнению с известным устройством позволяет повысшь точность за счет выбора режима работы элементов, разброс и величина параметров, которых не влияют на точность преобразования.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной ключ, подключенньга ко входу усилителя, устройство сравнения, один из входов которого соединен с выходом усилителя, другой вход - с первым внешним источником опорного напряжения, а выход - с выходом преобразователя, первый и второй

ключи, один из входов которых соединены со входом усилителя, другие входы - с выходом усилителя, а выходы - с одной из обкдадок соответственно первого и второго запоминающих конденсаторов, третий ключ, один из

входов Которого соединен с щиной нулевого потенциала, а -другой вход - со вторым внещним источником опорного напряжения, о тличающийся тем, что, с целью повышеиия точности, в него дбполнительно введены

пять ключей и два дополнительных запомин иощих конденсатора, при этом одни из входов четвертого и пятого ключей соединены с выходом усилителя, другие входы - с одними из входов соответственно щестого и седьмого

ключей, а вь1ходы - с одной из обкладок соответствующих дополнительных запоминающих конденсаторов, другие обкладки которых соединены с выходами соответственно ; третьего и восьмого ключей, один из входов восьмого ключа соединен со вторым внещним источииком опорного напряжения, другой вход - с щиной нулевого потенциала и другим входом седьмого ключа, а выходы щестоГо и седьмого ключей соединены с другими обкладками соответственно первого и второго запоминающих конденсаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 474930, кл. Н 03 К 13/02, 1972.

739732