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

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в качестве измерительного прибора, внешнего 5 устройства для специализированных и универсальных электронных вычислительных машин, обеспечивающего пре- образование аналоговых сигналов в цифровые в широком динамическом Q диапазоне.

Известны аналоговые преобразователи, содержащие регистр мантиссы, преобразователь код-напряжение мантиссы, датчик преобразуемого напря- е женин, блок сравнения, регистр порядка, блок управления, генератор тактов, дешифратор, преобразователь код-напряжение порядка, источник эталонного напряжения и комбинацион- 20 ную схему 1 .

Однако такой аналого-цифровой преобразователь имеет недостаточную точность преобразования.

Из известных устройств, наибо- 25 лее близким по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий регистр порядка, блок Формирования порядка, блок сравнения,JQ

блрк форм ирования мантиссы,. преоб-. разователь код-напряжение, регистр памяти 2 .

Недостатком таких преобразователей с плавающей запятой является значительная погрешность квантования, максимальное значение которой достигает величина шага квантования по амплитуде.

Цель изобретения - увеличение точности .

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий блок формирования порядка, вход которого соединен с шиной входного сигнала, аналоговый выход - с первым входом блока сравнения, а цифровые ВЕЛХОДЫ с входами регистра порядка, блок формирования мантиссы, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выходы - к входам регистра памяти, выходы последнего соединены с входами преобразователя код-напряжение, дополнительно введены сумматор напряжений и блок формирования напряжения смещения, входы которого соединены с выходами регистра порядка, а выход - с первым входом сумматора напряжений, второй вход которого под ключен к выходу преобразователя коднапряжение, а выход - ко второму входу блока сравнения. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие его работу. Характерная Особенность аналогоцифровых преобразователей состоит в том, что преобразуемый ими сигнал и представляется числовым кодом К}.. Максимальное число разрядов кода ограничено, поэтому Сигнал представл ется с помощью дискретных уровней (квантов) с некоторым шагом квантова ния. Квантование по уровню удобно рассматривать как процесс преобразовани сигнала нелинейным звеном со ступенчатой характеристикой. Вид передаточной характеристики известных аналого-цифровых преобразователей с пла вающей запятой представлен на фиг. 1 для трехрязрядной мантиссы. Ошибкой квантования в преобразователях является разность функции K)(-f(Ux), пред ставленной на фиг. 2а, и линейной функции Kj( Ux Величина погрешности обусловленной квантованием входного сигнала, изменяется от нуля до величины , где т-номер младшего разряда кода мантиссы, q-основание системы счисления, р-код порядка (график этой зависимости приведен на фиг. 16). Анализ характеристики К -К f(U (см. фиг. 1б) показывает, что для уменьшения максимального значения ошибки квантования при каждом значении кода порядка следует осуществлять смещение передаточной характеристики на некоторую величину L, явл ющуюся функцией кода порядка, т. е. (p). Причем при L -| qP максимальное значение ошибки квантования становится минимально возможным. Зависимость величины от кода порядка далее дл5 кратности будет называться следящее смещение. Следует подчеркнуть, что при смене величины кода порядка на единицу величины напряжения смещения tJc.; мeЙч (ч -ч1: няется на величину Передаточная характеристика предложенного преобразователя, реализующего новый метод следящее смещение, позволякяций в два раза уменьшить мак симальную ошибку квантования для любого значения кода порядка, изображена на фиг. 2 а. На фиг. 2 б представлена зависимость погрешности квантования А(А К - Ку) от величины входного сигнала и фиг. 3 представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя с плаванидей запятой. Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой содержит последовательно включенные регистр порядка 1,- блок формирования порядка 2, блок сравнения 3, блок формирования мантиссы 4, регистр мантиссы 5, преобразователь код-напряжение б, выход которого подключен ко второму входу сумматора напряжения 7, первый выход которого подключен к выходу блока формирования напряжения смещения 8, а выход - ко второму входу блока 3. Функционирование преобразователя происходит следующим образом. Исследуемый сигнал Ux поступает на вход блока 2, который является входом устройства в целом. Блок формирования порядка 2 формирует необходимый код порядка, который фиксируется на регистре порядка 1. В соответствии со значением кода порядка блок 8 формирования напряжения смещения однозначно формирует величину U.д, равную половине шага квантования (определяется кодом порядка). С аналогового выхода блока 2 на первый вход блока сравнения поступает сигнал Их q, где q - основание системы счисления выходного кода, р - код порядка (моЖет быть положительный и отрицательный). Блок сравнение 3 сравнивает величины Ux - qPи UK+ Uj и в зависимости от знака их разности формирует сигнал, соответствующий значениям логического нуля или единицы. Блок формирования мантиссы 4 на основе сигналов, поступающих с выхода блока сравнения 3, формирует код мантиссы, который фиксируется на регистре мантиссы 5. Преобразователь код-напряжение 6 вырабатывает компенсирующее напряжение и, которое, суммируясь (с учетом знаков) с величиной U, поступает на второй вход блока ср&внения 3. Цикл преобразования U в кодовый эквивалент, записанный в форме с плавающей запятой, заканчивается после определения значения самого младшего разряда регистра мантиссы, После считывания информации с регистров порядка и мантиссы устройство устанавливается в исходное состояние. Таким образом введение блока формирования напряжения смещения и сумматора напряжений, обеспечивающих использование метода следящего смещения, позволяет уменьшить, величину погрешности квантования с qPдo i.. q- qP, т. е, в два раза. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий блЬк формирования порядка, вход которогосоединенс шиной входного сигнала.

аналоговый выход - с первым входом блока сравнения, а цифровые выходы со входами регистра порядка, блок формирования мантиссы, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выходы - ко входам регистра пё1мяти, выходы последнего соединены со входами преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности в него дополнительно введены сумматор напряжения и блок формирования напряжения смещения, входы которого соединены с выходами регистра порядка, а выход -с первым входом сумматора напряжений второй вход которого подключен к выходу преобраэо

вателя код-напряжение, а выход - ко второму входу блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №364091, кл. Н 03 К 13/17, 1965.

2,Дубицкий Л. А., Швецкий В. И., Юзевич Ю. В. Пути обеспечения широкого динамического диапазона быстродействующего АЦП. Материалы регионёшьного научно-технического семинара

0

по статистическому анализу, моделированию и автоматизации контроля объектов с конструктивно сложной структурой. Выпуск 6. Вопросы преобразования информации, Таганрог,

5 1976 (прототип).

«

.

V

N

«CN

,-..,J

i/cM

UCM

5

-з.-г

иф Ит-/ г

фаг. 2

Уд

х