Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к импульсной технике и, в частности, к аналого-цифровым преобразователям с промежуточным преобразованием в длительность импульсов с последующим под-5 счетом.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в котором запускаемый генератор пилообразного сигнала соединен через компаратор и триггер с ло- tO гическим элементом.И, пропускающим импульсы с выхода генератора импульсов на счетный вход счетчика, на вы- ходах которого образуется код результата преобразования

Недостатком этого АЦП является низкая точность преобразования из-за влияния .нелинейности начального уча- стия выходного сигнала запускаемого генератора.20

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного сигнала, первый и второй компараторы, генератор импульсов, счетчик, источник опорного напряже- 25 имя, триггер, первый элемент И, элемент ИЛИ и блок управления, при этом вход генератора пилообразного сигнала соединен с первьм выходом блока управления, .выход и.сточника опорного 30

напряжения соединен с неинвертирующим вхрдом первого компаратора, инвертирующий вход второго компаратора соединен с шиной входного сигнала, счетный вход счетчика через первый элемент И соединен с выходом генератора импульсов,, который входом сброса соединен со вторым выходом блока управления, со входом гашения счетчика и с первым входом элемента ИЛИ, выходом соединенного с нулевым входом триггера/ выход которого соединен со вторым входом первого элемента И и ,со входом блока управления, вторые. ;входы обоих компараторов соединены с выходом генератора пилообразного сигнала, запускающий вход генератора ,импульсов соединен .с первым выходом блока управления, а второй триггер служит триггером знака преобразующего сигнала 2.

(В этом АЦП устранен недостаток, присущий ранее указанному преобразователюр путем использования второго компаратора. Однако и в нем точность преобразования недостаточна из-за отрицательного влияния теплового эффекта, присущего быстродействующим аналоговьал компараторам дифференци:ального типа, которые являются наиболее распространенными среди ин- тегральных компараторов и в технике аналого-цифрового преобразования. При работе АЦП на входе компаратора леизбежно присутствует значительный дифференциальный сигнал, выэвшающий разогрев одного из входных его транзисторов и соответствующее изменение остаточного входного напряжения компаратора. Это приводит к потере нсэ минальной чувствительности компаратора, к дополнительной ошибке при выполнении преобразования, величину которой не удается учесть, так как время воздействия дифференциального сигнала зависит от величины неизвест ного входного сигнала, т.е. является случайным.: ; Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигатеся тем что в аналого Цифровой преобразоваТель, содержащий .генератор: пилообраз ного сигнала, первый вход которого соединен с первым выходом блока упра ления, при этом выкод источника опор ного напряжения соединен с первым входом первого компаратора, а первый вход второго компаратора соединен с шиной входного сигнала, причем счетный вход счетчика через перв-ый элеме И соединен с выходом генератора импу сов, который входом сброса соединен со вторым выходом блока управления, со входом гашения счетчика и с первы входом элемента ИЛИ, выходом соединенного с нулевым входом триггера, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И и со входо блока управления, в него введены третий компаратор, первый и второй аналоговые переключатели.,, блок смещения аналогового сигнала, превый и второй одновибраторы,первый и второй формирователи импульсов и второй и третий элементы И, причем выход генератора пилообразного сигнала соединен с. первыми входами первого и; второго аналоговых переключателей 1 и через блок смещения аналогового си нала - с первым входом третьего, компаратора, второй вход которого соединен, с первым входом второго компаратора и со вторьЛм входом второго аналогового переключателя, а его выход .соединен со входом первого одновибратора, выходом, соединенного с третьим входом второго аналогового п рек1 п чателя, с. первым входом второго элемента И и через первый формирователь ;1мпульсов - со вторым входом этого элемента И, третьим входом и выходом соединенного соответственно с выходом чторогр компаратора и со вторьм входом элемента ИЛИ, при этом первый выход блока управления соединен через второй одновибратор со вто рым входом первого аналогового перек пoчaтeля, с первым входом третьегр элемента И и через второй формирователь импульсов - со вторым входом этого элемента И, третьим входом соединенного с выходе первого компарат, тора и выходом - с запускающим входом;, генератора импульсов ис единичным входом триггера, при этом второй вход первого компаратора соединен с выходом первого аналогового переключателя, третьим входом соединенного с выходом источника опорного напряжения, а второй вход второго компаратора соединен с выходом второго аналогового переключателя. , На фиг. 1 представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя,- на фиг. 2 - временная диаграмма работы преобразователя. Устройство содержит генератор 1 пилообразного сигнала, первый и второй компараторы 2 и 3, генератор 4 импульсов, счетчик 5, источник 6 опорного напряжения, триггер 7, первый элемент И 8,элемент ИЛИ 9,блок 10 управления, шину входного сигнала 11,третий ком- i паратор 12, первый И второй аналоговые переключатели 13 и 14, блок 15 смещения аналогового сигнала, первый и второй одновибраторы 16 и 17, первый и второй формирователи 18 и 19 импуль СОВ, второй и третий элементы И 20 и 21, интерфейсные шины 22 управления и выходные информационные шины 23, На фиг. 2 даны следующие обозначения: 24- выходной сигнал генератора 1, 25- выходной сигнал блока 15, 26 сигнал на шине входного сигнала, 27- импульс начала преобразования, 28- импульс запуска генератора 1, 29- выходной сигнал второго одновибратора 17, 30 - выходной сигнал первого переключателя 13, 31 - выходной сигнал второго формирователя 19, 32 выходной сигнал первого компаратора 2, 33- выходной сигнал триггера 7, 34- выходные импульсы первого элемента И 8, 35;- выходной сигнал третьего компаратора 12, 36 - выходной сигнал первого .одновибратора 16, 37 - выходной сигнал второго переключателя 14,38 - выходной сигнал первого фор,мирователя 18,39 - выходной сигнал второго компаратора 3, 40 -. импульс окончания преобразования на выходе шины 22 блока 10. Устройство работает следующим образом. При поступлении внешнего импульса 27 начала преобразования на вход шины 22 блока,10 управления последний вырабатывает сигнал исходного состояния, поступающий на вход сброса генератора 4, на вход гашения счетч:нка 5 и на нулевой вход триггера 7 через элемент 9, Затем блок 10 вырабатывает импульс 28 по которому генератор 1 формирует пилообразный сигнал 24. Этот сигнал проходит через переключатель 13 на вход кс 1паратора 2, так как импульс 28 запускает также и одновибратор 17, по сигналу которого переключатв;1ь 13 отсоединяет инвертирующий; вход компаратора 2 от выхода источника 6 опорного напряжения и подключает его к выходу генератора 1. Компаратор 2 вырабатывает сигналы 32 при превышении сигналом 24 уровня опорного напряжения. Выбросы в сигнале 30 от переходных процессов в переключателе 13 могут вызвать ложное срабатьшание компаратора 2 (первый импульс 32). Поэтому с помощью формирователя 19, вырабатывающего сиг- . .нал 31 стробирования, и элемента 21 это ложное срабатывание запрещается.. Запуск генератора 4 импульсов и трчггера 7 осуществляется только от второ го импульса сигналов 32,после чего начинается подсчет импульсов в счетчи;ке 5. Окончание подсчета, импульсов осуществляется при помощи компаратора 3. При этом включение его в режим сравнения сигналов 24 и 26 происходит с помощью переключателя .14, одновибратбра 16 и компаратора 12, Компаратор непрерывно сравнивает сигналы 26 и 25 последний из которых сформирован из сигнала 24 с помощью блока 15, и с момента.их равенства вырабатывает сигнал 35, Этот :сигнал запускает одновибратор 16, выходным сигналом 36 от которого упраляется переключатель 14,отсоединяющий неинвертирующий вход компаратора 3 от шины 11 и подключающий его к выходу генератора 1 пилообразного сигнала.Исключение влияния выбросов сигнал 37 на работу преобразователя осуществляется так же,как и для сигнала 30, но с помощью формирователя 18 и элемента 20 (сигналы-38,39) .По выходному сигналу элемента И 20 триггер 7 уста,навливается в нулевое состояние, подсчет импульсов в счетчике 5 заканчивается, и блок 10 управления вырабатывает импульс Окончания преобразования по которому с выходных шин 23 снимается результат преобразования.

Таким образом, компараторы 2 и 3, определяющие точность преобразования входного аналогйэого сигнала в код, включаются в режим сравнения сигналов 26 и 24 только на короткие интервалы времени в соответствии с сигналами 29 и 36, Остальное время их инверти,рукщкЛ и неинвертирующий входы закорочены и дифференциальные входные сигналы отсутствуют. Такое управление функционированием преобразователя позволяет обеспечивать режии основных измерительных компараторов 2 и 3 практически без наличия значительного дифференциального сигнала, вызывающего потерю чувствительности от теплового дифференциального эффекта, и тем самым повысить точность преобрааагэания,

Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного сигнала, первый вход которого соединен с п,ервым выходом блока управления при этом выход источника опорного напряжения соединен с первым входом первого компаратора, а первый вход iBTOporo компаратора соединен с шиной входного сигнала, причем счетный вход счетчика через первый элемент И соединен с выходом генератора импульсов, который входом сброса-соединен со / :Вторым выходом блока управления, cd входом гашения счетчика и с первьам входом элемента ИЛИ, выходом соединен ного с нулевым входом триггера, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И и со входом блока управления, о т л--и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него вверены третий компаратор, первый и рторой аналоговые переключатели, блок /смещения аналогового сигнала, первый и второй одновибраторы, шервый и второй формирователи импульсов и второй и третий элементы И, причем выход генератора,, пилообразного сигнала соединен с первыми входами первого и второго аналоговых переключателей и через- блок смещения аналогового - с первым входом третьего комtiapaTopa, второй вход которого соединен Ci первым входом второго компарагора и со вторым входомвторого анаfioroBoro переключателя, а его выход роединен со входом первого однови,Вратора, выходом соединенного с третьим входом второго аналогового переключателя, с Первым входом второго элемента И и через первый ФормироваТель импульсов - со вторым входом |этого элемента И, третьим входом и |выходом соединенного соответственно с выходом второго компаратора и со |вторым входом элемента ИЛИ, при этом первый выход блока управления соединей второй одновибраторсо вторым входом первого аналогового переключателя, с первым входом третьего элемента И и через второй формирователь импульсов - со вторым входом этого элемента И, третьим входом у .соединенного с выходом первого комшара тора и выходом - с запускающим ;Входом генератора импульсов и с еди1НИЧНЫМ входом триггера, при этом второй вход nepBofo компаратора соединен с выходом первого аналогового переключателя, третьим входом соединенного с выходом источника опорного напряжения, а второй вход второго компаратора соединен с вьхходом второго аналогового переключателя. . .. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. .Гитис Э.И. Преобразователи информации для;электронных цифровых

вычислительных устройств, м,, ЭнерГИЯ ,-1975, с. 292, рис. 7-5 в.

2. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных ус.тройствах и системах. Под ред. Г.М.Петрова. М., Машиностроение 1973, с. 234, рис. 90 /прототип) .

Ы

-ГТ

JUL

t i

t

i

i

JiniM

t

и:

fPue.2