Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/175 

t

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования высокочастотных сигналов в цифровой код.. .

Известен аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных каскадов с V-образной функцией преобразования, каждый из которых содержит дифференциальный усилитель с опорным источником напряжения к базе- одного из транзисторов, источников тока, диодного моста,резисторов нагрузки. В таком каскаде входное напряжение преобразуется в дифференциальном усилителе в ток (), цалее ализуется V-образная функция преобразования, затем ток преобразуется в напряжение (). Kpoide того, для согласования каскадов мехщу собой (как в статике,так и в динамике) необходим эмиттерный повторитель fl.

Устройство упростится, если в качестве носителя инфО «ации использовать только ток, без промежуточных преобразований напряжения в ток и,наоборот. Данный АЦП имеет низкое быстродействие за счет того, что носителем информации является напряжение

и кроме того, код каждого разряда определяется последовательно во времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является анало,го-цифррвой преобразователь , состоящий из каскадов, каждый из которых содержит источник тока, выход которого соединен со входом

10 каскада, компаратор, входы которого присоединены к выводам резистора R, два преобразователя тока, входы которых соединены с одним из выводом резистора R, второй ;вывод которого

15 соединен со входом каскада, а выходы преобразователей тока соединены со входами последующих каскадов 2.

Недостатками являются наличие 2 1 каскадов, где п число определяемых

20 разрядов, поэтому при п 7 4 аппаратурные затраты неоправданно велики и реализовать такой АЦП затруднительно, кроме того низкое быстродействие по Сравнению с предлагаемым устройством,

25 так как каждый разряд определяется последовательно во времени.

Цель изобретения - повышение быстродействия. .

Поставленная цель достигается тем, 30 что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий в каждом каскаде ис точник тока, выход которого соединен со входом каскада, преобразователь тока и компаратор, введены на группу каскадов дешифратор, преобразователь тока группы каскадов, в каждый каскад - три диода, дополнительный источник тока, а в каждый четный каскад - дополнительный компаратор, причем анод первого диода каждого каскада соединен со входом преобразователя тока, первьам входом компаратора и входом каскада, катод второго диода каждого каскада соединен с шиной питания и первым входом дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, анод третьего диода подключен к общему выходу группы каскадов,который соединен со входом преобразователя тока последующей группы каскадов , катод первого и третьего и анод второго диодов объединены и присоединены к выходу дополнительного источника тока, выходу преобразователя тока, второму входу компаратора и ко второму входу дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, при этом выходы всех компараторов соединены с соответствующими входами дешифратора, а входы калодого каска,да соединены с соответствукядими выходами преобразователя тока группы каскадов.

На фиг. 1 представлена структурна схема аналого-цифрового преобразователя-, на фиг. 2а - функции преобразования

вых-4 х вь(С2

ьыкъ- Д; вы)(4-5.гО, каждого из четырех каскадов, входящих в состав группы каскадов, определякжцих старшие разр5зды, где Igbix

1выч2. 1вь1кэ,1в1,.х4- вы одные токи каждого каскада, а ly - входной ток, cf- функция преобразования группы

каскадов Пх) Яе вых ходной ток группы каскадов, определякчоий старшие разряды, Ъ- функция преобразования группы каскадов 1в„, f (TX) . где 1вых выходной ток группы каскадов, определяющих младшие разряды; на фиг. 3 - перепады напряжений на диодах Д1 каждого каскада и на диодах Д2 четных каскадов , в за висимости от значений входного тока Т.-. Характеристики диодов принимались за идеальные, на фиг. 4с, 5 - простейшие схемы преобразователя тока и преобразователя тока группы каскадов соответственно, в которых выходные токи с точностью, обусловленной идентичностью параметров транзисторов Т , Т,.. ., Т, пов торяют входной тока 1.

в каждом каскаде схема преобразователя содержит источник тока 1, преобразователь тока 2, компаратор 3,

дешифратор 4, преобразователь тока 5 группы каскадов, дополнительный компаратор б в каждом четном каскаде, дополнительный источник тока 7 и диодом Д1, Д2, ДЗ в каждом каскаде. Выход источника тока 1 соединен со входом каскада. Со входом каскада также соединены вход преобразователя тока 2, анод диода Д , один из входов компаратора 3 и соответствующий выход преобразователя 5 тока

группы каскадов. Выход преобразователя тока 2 соединен с выходом дополнительного источника тока 7, катодами диодов Д и Дз/ вторым входом компаратора 3 , одним входом дополнительного компаратора 6 в каждом четном каскаде и анодом диода д.Катод диода .Д|, каз(дого каскада и второй вход дополнительного компаратора б в каждом четном каскаде присоединен к шине

0 питания. Аноды диодов д объединены и

присоединены .к. общему выходу группы каскадов /который соединен со входом последующего преобразователя тока группы каскадов. Выходы компараторов 3 в

каждом каскаде и компараторов- б в

каждом четном каскаде соединены со входами дешифратора 4. Входная величина подается на вход преобразователя тока 5 группы каскадов.

Функция преобразования каждого

каскада реализуется следующим образом. Входной ток 1 поступает на вход преобразователя тока 5 группы каскадов и в соответствии с изложенным выходные токи его равны входному

1 и параллельно подаются на входы каскадов. На фиг. 1 представлена группа каскадов, определяющая три старших разряда. Значения тока источника тока 1 каждого каскада выбираются равными 1о, 31о 51, 7lo, где

ID lj(i)ianl2 /8I max (Ри двоичном выходном коде). Значение тока дополнительных источников тока 7 ка;кдого каскада выбирается равным IQ. При

входном токе 1с, О, весь , выбираемый источником тока 1, через преобразователь тока 2 компенсируется дополнительным источником тока 7, и ток, через все диоды,

равен нулю. До мере роста входного тока I, ток, поступающий в дополнительный источник тока 7, через преобразователь .тока 2, уменьшается, так как через преобразователь тока 2 протекает ток, равный разности 1,-Зх

(для первого каскада).Недостающую часть т-ока до значения 3,.дополнительный источник тока 7 потребляет через диод ДЗ, и значение этого . тока Iв, как легко заметить, равно

1х т.е. имеет мес.то линейно возрастающая функция, как только ,ток через преобразователь тока 2 отсутствует, так как О и весь ток, потребляемый дополнительнЕЛМ источником тока 7, протекает через диод

-I

j 1х- При I V 7lo нат.е.

выx

VT.

правление разности TQKOB такоД1 и во, что открывается диод Д1 и через

него протекает ток, равный значению этой разности. При дальнейшем увеличении тока 1 ток, протекающий через диод Д1, увеличивается, а через диод -Д - уменьшается, так как сумма токов, протекающих через эти диоды одновременно, всегда равна Т.Как только 1 21о, через диод Д1 начинает протекать ток, равный разности входного тока и тока, вырабатываемого источником 1, т.е. IQ, и этот ток весь компенсируется дополнительным источником тока 7. Таким образом, выходной ток 1щ,щ становится равным 0. При дальнейшем увеличении входного тока I у, ( 2TO ) открывается диод Д первого каскада, и тока через диод ДЗ не будет. Функция преобразования остальных каскадов формируется аналогичным образом, с той лишь разницей, что вершина ее соответствует значению источ-ника тока 1 в каждом каскаде, т.е. 3 1о -SIo lo максимальная амплитуда выходного тока каладого каскада определяется значением тока дополнительного источника тока 7 (значением IQ) В результате функция преобразования группы каскадов l f (х имеет вид, изображенный на фиг. 2с, т.е. максимальное значение выходного тока группы каскадов равно младшей ступени

квантования I о /вХ щах- С выход группы каскадов соединить со входом следующего преобразователи тока 5 группы каскадов, определякядих младшие разряды, источники тока t кото рых вырабатывают токи равные 1р и

31{з, где 1о - /41вь,ху„е,х /321хгиаХ то функция преобразования будет иметь вид,.изображенный на фиг. 2.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть 1х 1о- В этом случае (фиг. 2 ) течет ток через диод ,ДЗ первого каскада и через диоды Д2 остальных каскадов, через диоды Д1 всех каскадов ток отсутствует.Ток, протекающий через диоды Д четных каскадов, создает на них падение напряжения ид-.и иД2д, и дополнитель-, ные компараторы 6 установят ся в единичное состояние. На фиг. 3 представлены перепады напряжений на диодах Д1 всех каскадов и диодах Д2 четных каскадов, которые строго соответствуют .изменениям состояний на выходах вйех компараторов . При 1у Т.. Q протекает ток через диод Д1 первого, каскада, и компаратор 3 этого каскада вьщает единицу. Состояния остальных диодов (а соответственно и компараторов) не изменяется. Как только 21о it IQ .диод Д2 второго каскада закрывается, и дополнительный компаратор б в этом каскаде выдает ноль

остальные элементы хранят предьодущее состояние. При , открывается диод Д1 второго каскада, и компаратор 3 этого каскада устанавливается в единичное состояние. Далее .преобразователь работает аналогично. Как видно из фиг. 4, перепады напряжений диодов (а значит и состояния компаратороа,так как они присоединены к этим диодам) изменяются через значения входного тока, равные млад0шей ступени квантования, т.,е. ТоСледовательно, происходит кодирование входной величины с точностью,равной младшей ступени квантования.Группа каскадов-,, определяющая младшие

5 разряды, работает аналогично, только диапазон изменения входного тока для этих каскадов равен значению l.

Таким образом, три разряда определяются четырьмя каскадами, четыре 0восемью каскадами, т.е. число каскадов определяется формулой 2 , С целью уменьшения количества каскадов можно применить параллельно-последовательный способ 11реобразования,т.е. выход группы каскадов, определяющих

5 старшие разряды, подать на вход следующего преобразователя тока группы каскадов 5, определяющих младшие разряды. Число каскадов в этом случае определится формулой + , где

D п и п 2 - число старших и младших разрядов. У известного устройства число каскадов определяется формулой 2 -- . В устройстве сигнал параллельно подается на входы всех каскадов.

5 Задержк 1 в преобразователе тока группы каскадов пренебрежимо мала, по сравнению с задержкой целого каскада. При организации параллельно-последовательного способа преобразования

0 выигрыш в быстродействии устройства по сравнению с известным ощутим, например, при 2-х группах каскадов сигнал прохбдит последовательно всего два каскада: каскад в старшей группе и параллельно подается на каскады,оп5ределяющие лладшие разряды. Т.е.предлагаемое устройство в любом случае имеет большее быстродействие, чем известное..

Преобразователь тока|, 2 (преобразо0ватель тока 5 группы каскадов) электронное полупроводниковое устройство, выходной ток (токи) которого имеет (имеют) то же направление,что и входной ток о.тносительно общего вы5вбда,причем по абсолютной величине выходной ток (токи) равен (равны) входному или соответствуют ему по ряду параметров. Выходной ток (токи) на фиг. 40,сГ равен (равны) входному с точностью, обусловленной родентич0ностью параметров транзисторов Т1,

Xdd .,.,....

Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь/

5 содержащий в каждом каскаде источник тока, выход которого соединен со входом каскада, преобразователь тока и компаратор, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены на группу каскадов дешифратор, преобразователь тока группы каскадов, в каждый каскад - три диода, дополнительный источник тока, а в каждый четный каскад - дополнительный компаратор, причем анод первого диода каждого каскада соединен со входом преобразователя-тока, первым входом компаратора и входом каскада, катод второго диода каждого каскада соединен с шиной питания и первьп входом дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, анод третьего диода подключен к общему выходу группы каскадов,который соединен со входом преобразователя тока последующей группы каскс1дов, катод первого и третьего и анод второго диодов объединены и присоединены к выходу дополнительного источни

тока, выходу преобразователя тока, второму входу компаратора и ко второму входу дополнительного компара.тора в казвдом четном каскаде,при этом выходы всех компараторов соединены,с соответствующими входами дешифратора, а входы каждого каскада соединены с соответствующими выходами преобразователя тока группы каскадов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США №4005410, кл. 340-347, АД, 1979.

2,HerЬегt Kosciel nick , und Dteter Seitzez.Eine neue Struktur fur schnelie. Ana log/DigitaiUmgetzez u, 1 chtentechtt. Z29, 1976, H.7Vc.535-537.

ebtxaSffot/MoS Фаг.1