Быстродействующий аналогоцифровой преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для равноточного преобразования быстроизменяющихся напряжений в цифровой код.

Известен равноточный резисторный аналого-цифровой преобразователь, содержащий резистивные делители напряжения , сравнивающее устройство и ключи, причем эталонные напряжения через ключи подключены на первый вход сравнивающего устройства, второй вход которого через ключи -соединен с входным резисторным делителем, на который подается преобразуемое напряжение, величины сопротивлений резисторов делителей подчиняются закону геометрической прогрессии 1 .

Недостатком этого аналого-цифрового преобразователя является, несмотря на его высокую и равную по всему диапазону преобразования точность, низкое быстродействие.

Известен также быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий делитель эталонного напряжения на последовательно соединенных резисторах ,подключенный к источнику эталонного напряжения, группа из п -1 сравнивающих устройств, первые входы которых объединены и подсоединены к источнику эталонного напряжения, группа из п сравнивающих устройств, первые входы которых подключены к соединениям между резисторами делителя эталонного напряжения , дешифратор результата преобразования,

10 входы которого подключены к выходам П сравнивающих устройств и источник питания,подсоединенный к цепям питания активных элементов преобразователя 22 f

15

Недостаток этого преобразователя состоит в том, что в нем невозможно получить равноточные изменения по всему диапазону преобразования ,

20

Цель предлагаемого изобретения - выравнивание относительной погрешности результатов преобразования по всему диапазону и повышение точности измерения при сохранении

25 высокого быстродействия.

Поставленная цель достигается за счет того, что в быстродействующий аналого-цифровой преобра30 .зователь, содержащий делитель

напряжения из последовательно соединенных резисторов, подключенный к источнику эталоннога напряжения, группа из п -1 сранивающих устройств, первые входщ которых объединены и подсоединены к источнику эталонного напряжения,группа из п сравнивающих устройств, певые входы которых подключены к соответствующим выходам делителя эталонного напряжения, дешифратор результта преобразования, входы которого подключены к выходам п сравнивающи устройств, введены дополнительный дешифратор, п параллельно включенных делителей преобразуемого напряжения с коэффициентами передачи, соответствующими членам геометрической прогрессии и состоящих из двух последовательно включенных резисторов, с значениями сопротивлений, соответствующими членами геометрической прогрессии, п ключей, причем вторые входы п-1 сравнивающих устройств подключены к соответствующим выходам делителей преобразуемого напряжения и через ключи подсоединены к объединенным между собой входам п сравнивающих устройств, выходы n-i сравнивающих устройств подключены ко входам дополнительного дешифратора, выходы которого подсоединены к управляющим входам ключей и к входам дешифратора результата преобразования, входы делителей преобразуемого напряжения подключены к источнику преобразуемого напряжения через повторитель напряжения.

На фиг. 1 изображена функциональ ная схема предлагаемого аналогоцифрового преобразователя;на фит.2 пилообразная характеристика преобразователя (зависимость промежуточного напряжения U от значений преобразуемого напряжения входе преобразователя),

Предлагаемый аналого-цифровой преобразователь содержит делитель эталонного напряжения на последовательно соединенных резисторах 1, 2, 3 подключенный к источнику эталонного напряжения U . Первые входы сравнивающих устройств 4, 5, б, определяющих знак неравенства между эталонными напряжениями UQI, Uo2. UQ-J , образующихся на резисторах 1, 2, 3 . и масштабированным напряжением Uy , подключены к соединениям между резисторами 1, 2, 3, вторые входы этих сравнивающих устройств соединены вместе и через ключи 7, 8, 9, подключены к первым входам сравнивающих устройств 10, 11, определяющих знак неравенства между напряжением UQ и напряжением U и к паралельно соединенным делителям, составленным из резисторов 12 и 13; 14 и 15; 16 и 17 измеряемого напряжения , которые подключены через повторитель 18 напряжения к клеммам, Выходы сравнивающих устройств 10,11 подключены ко входам дешифратора 19, первые п-1 выходы которого соединены с управляющими входами ключей 7, 8, 9, а последний п-и - с первым входом дешифратора 20 результата преобразования, другие входы которого соединены с выходами сравнивающих устройств 4,5,6,Дешифратор 20 выдает результаты либо в значениях преобразуемого напряжения, либо в их целочисленных логарифмах.

Делитель из двух резисторов 16, 17 с наименьшим коэффициентом передачи не имеет сравнивающего устройства. Количество резисторов 1, 2, 3 и,следовательно, количество сравнивающих устройств 4, 5, б, участвующих в преобразовании напряжения Uy в код, зависят от заданных точности и динамического диапазона отдельнох о предела измерения. Количество делителей п на резисторах 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17 и количество сравнивающих устройств 10, 11 п-1 зависит от общего динамического диапазона преобразуемого значения напряжения УХ (и X moix-U,, ) и динамического диапазона отдельного предела измерения (Urncix nt Цепи питания элементов преобразователя на чертеже не показаны.

Работа преобразователя начинается с подключения напряжения питания, эталонного напряжения UQ и измеряемого напряжения U,- . При функционировании резисторов 12-17 сравнивающих устройств 10, 11, дешифратора 19 и ключей 7, 8, 9 на выходе последних относительно общей шины осуществляется масштабирование преобразуемого напряжения. Передаточная характеристика указанной совокупности узлов обозначена как ломаная (фиг,2). и на первом участке (при замкнутом ключе 7) она линейно поднимается под углом оси иX до значения Ux Umax Р Ux-Ui .Это обусловлено, в данном частном случае,выбором величины сопротивления резистора 12, равным нулю (поэтому его можно не показывать,оставив только провод), а величина сопротивления резистора 13 при этом Может быть любой, не равной нулю, например равной бесконечности, когда и резистор и провода его соединяющие излишни. В общем случае величины сопротивлений резисторов 12 и 1-3 могут быть любыми конечными величинами, определяющими наклон первого участка характеристики блока масштабирования, отличный от 45°. После того как напряжение Uj. снимаемое с резистора 13 становится равным Q, ключ 7 размыкается, а ключ в замыкается. Напряжение U на 5 конце первого участка характеристики,снимаясь уже с точки связи резне торов 14, 15 мгновенно спадает до величины Umin и далее нарастает, с увеличением и по прямой в а раз медленнее чем на 1 участке (от нуля до и I ) вновь до величины . При срабатывает сравнивающее устройство 11 и дешифратор 19, ключ 8 размыкается, а ключ 9 замыкается, Uy снимается с резистора 18, упав при U -Ug с Umin . Дальнейшее увеличение преобразуемого напряжения повышает Ij, в а раз медленнее, чем на предшествующем(втором)участке и в а2 раз медленнее, чем на первом участке характеристики. Масштабированное значение напряжения и ,соответствующее преобразу емому напряжению U ,поступая на входы всех сравнивающих устройств 4, 5, 6, заставляет определенную их часть, младшую по номеру, сработать при значении U U oi (где UQI частные эталонные значения напряжения, образуемые на резисторах 1, 2, 3 соответственно U 01, и 02 , IJ оэ) °Д чиняющиеся соотношениям геометриче кой пргрессиио Остальная часть срав нивающих устройств, где в Uj UQ; , не сработает выходные сигналы сравнивающих устройств 4, 5, 6, непосредственно и выходные сигналы сравнивающих устройств 10,11через дешиф ратор 19 поступают на вход дешифратора 20 и обеспечивают последнему выдачу результата преобразования ли бо в дискретных значениях напряжени либо в их целочисленных логарифмах. Формула изобретения Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий делитель эталонного напряжения из пос ледовательно соединенных резисторов подключенный к источнику эталонного напряжения, группа;из п-1 сравниваюших устройств, первые входы которых объединены и подсоединены к источнику эталонного напряжения,- ipynna из п сравнивающих устройств, первые входы которых подключены к соответствующим выходам делителя эталонного напряжения, дешифратор результата преобразования, входы которого подключены к выходам п сравнивающих устройств, отличающийся тем, что, с целью выравнивания относительной погрешности результатов преобразования по всему диапазону и повышения точности, в него введены дополнительный дешифратор, п паралельно включенных делителей преобра-зуемого напряжения с коэффициентами передачи, соответствующими членам геометрической прогрессии и состоящих из двух последовательно включенных резисторов, с значениями сопротивлений, соответствующими членам геометрической прогрессии, п ключей, причем вторые входы n-i сравнивающих устройств подключены к соответствующим выходам делителей преобразуемого напряжения и через ключи подсоединены к объединенным между собой входам 11 сравнивающих устройств, выходы n-i сравнивающих устройств подключены ко входам дополнительного дешифратора, выходы которого подсоединены к управляющим входам ключей и к входам деилифратора результата преобразования, входы делителей преобразуемого напряжения подключены к источнику преобразуемого напряжения через повторитель напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Филиппов Н.А. Построение аналого-цифрового преобразователя с постоянной относительной погрешност-ыо. Измерительная техника , 1975, № 12. 2.А.АгЬе( und R. ADC,,ZentraeEaboratoren iur EEectroiuc КГА 2517 JiJBich West Germany,Februor,1975 (протошп).

.(

О

-

j

со

фиг./

1/.,

л.

If:

фиг 2