Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/17 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и аналогоцифровой вычислительной технике и предназначено для аналого-цифрового преобразования напряжения в цифрово Известен аналого-цифровой преобр зователь, содержгиций входной усилитель, быстродействующий ключ, усилитель, токозадающий резистор, нульорган, цифроаналоговый преобразователь и устройство управления 1. Недостатком данного устройства является невысокая точность, завйсящая от большого дрейфа нуля компа ратора. Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной измерительный преобразователь,цифроан логовый преобразователь,состоящий и источников разрядных токов на резис рах и разрядных токовых ключей, токозадающий резистор KO, ОЛск коррекции погрешностей, два ограничительных диода, компаратор ji блок уп равления 2 . Недостатком зтого преобразователя является низкая точность преобра зования. Цель изобретения-повышение точности преобразования; Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащй входной измерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходу подключен первый вывод токозадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов .цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядньае токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей цифроаналогового преобразователя, введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен со входом ксжпаратора и через прсадежуточный измерительный преобразователь подключен ко второму выводу токозадающего резистора, причем катод пер вого и анод второго диодов через соответствующие источники напряжений соединены с общей шиной. На фиг. 1 представлена структур,ная электрическая схема аналого-ци фрового преобразователя. Предлагаемое устройство содержит блок 1 коррекции погрешностей, вход ной измерительный преобразователь 2 компаратор 3, блок 4 управления, пр межуточнЕлй измерительный преобразователь 5, токозсщающий резистор б, цифроаналоговый преобразователь 7, состоящий из разрядных источников 8 токов и разрядных токовых ключей 9, резистор 10 нагрузки, первый и второй ограничительные диоды 11 и 12, первый и второй источники напряжений 13 и 14. Введение новых блоков позволяет получить величину кванта по напряжению в суммирующем узле такой, что бы практически полностью исключить влияние дрейфа напряжения нуля компаратора на погрешность всего аналого-цифрового преобразователя. Устройство работает следующим об разом. Входной сигнал Ux поступает на вход входного измерительного преобразователя 2. Выходное напряжение преобразователя 2 преобразуется в ток с помощью токозсщающего резисто ра б. Ток, соответствующий входному сигналу Ux, поступает на вход промежуточного измерительного преобраз вателя 5, выход которого является г нератором тока. В начальном состоянии выходные цифровые сигналы блока 4 управления таковы, что разрядные источники 8 тока цифроаналогового преобразователя 7 отключены от суммирующего узла, т.е. узла, где соед няются выходы разрядных токовых клю чей 9, выход промежуточного измерительного преобразователя 5, вход ко паратора 3, катод и анод ограничительных диодов 11 и 12 и первый вывод резистора 10 нагрузки. На первом такте с первого выхода блока 4 управления на первый управляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает цифровой сигнал, под воздействием которого ключ подключает к суммирую щему узлу соответствующий разрядный источник 8 тока. Так как к этому же .лу с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 поступает ток, противоположный по зна ку току разрядного источника тока, зависящий от значения входного сигнала Ux, то в суммирующем узле происходит вычитание токов. Разност ный ток создает на резисторе 10 наг рузки падение напряжения, под воздействием которого на выходе компар тора 3 проявляются уровни сигналов, поступающие по цепи обратной связи на вход блока 4 управления. Если входной сигнал Ux таков, что зависящий от него ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположный по знаку выходной ток разрядного источника тока, то падение напряжение на резисторе 10 нагрузки приводит к появлению на выходе компаратора 3 такого сигнала, в соответствии с которым разрядный источник тока остается подключенным к суммирующему узлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал Ux таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем выходной ток разрядного источника тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым разрядный источник тока отключается от суммирующего узла. Если разностный ток образует на резисторе 10 нагрузки падение напряжения больше, чем -(E/i + и) - +(Е + U2) , то это напряжение ограничивается схемой ограничения из диодов Д, Д и источников напряжений Е и E( падение напряжений на открытом ограничительном диоде). На втором такте со второго выхода блока 4 управления на управляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает такой цифровой сигнал, который подключает к суммирующему узлу выход соответствующего разрядного источника 8 тока. Если первый разрядный источник тока остается подключенным к суммирующему узлу, то к нему протекает сумма токов от первого и второго разрядных источников 8 токов, а также ток, зависящий от входного сигнала Ux и протекающий с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5. Если входной сигнал их таков, что зависящий от него ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположная по знаку сумма выходных токов первых двух разрядных источников В тока, то разностный ток создает на резисторе 10 нагрузки падение напряжения, которое воздействует на вход компаратора 3 и. приводит к тому, что на его выходе появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник 8 тока остается подключенным к суммирующему узлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал Ux таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем сумма выходных токов первых двух разрядных источников тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник тока отключается от суммирующего узла. На следующих тактах происходит процесс компенсации тока, зависящего от входного сигнала Ux и протека ющего с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 путем включения и в зависимости от выходн го сигнала на выходе компаратора 3 ключения разрядных источников 8 токов разрядными токовыми ключами 9 о суммирующего узла преобразователя. При измерении температуры окружающей среды блок 1 коррекции погрешностей поддерживает такое выходное напряжение, чтобы токи, поступа щие от разрядных источников 8 тока через токовые ключи 9 в суммирующий узел, оставались неизменными. На фиг. 2 приведена одна из возможных схем промежуточного измерительного преобразователя 5. Промежуточный измерительный преобразователь состоит из двух аналогичных каналов: канала управляемого генератора тока с отрицательным выходным током и канала генератора то ка смещения с положительным выходны током. В связи с необходимостью обеспечить высокую линейность и ста бильность коэффициента передачи оба канала построены на основе следящих схем с опрерационными усилителями 1 и 16 в цепях обратной связи по току Канал генератора тока смещения введ для того,чтобы при J через транзисторы 17 и 18 протекали токи см что исключает неустойчивую работу следящей схемы на основе усилителя транзистора 17 датчика и эмиттерного резистора 21. Управляемый генератор 1-ока состо ит из операционного усилителя 15, резистора 19 смещения, компенсирующего резистора 2U, транзистора 17, датчика с эмиттерным резистором 21 и выходного транзистора 18 с эмиттерным резистором 22. Вход промежут ного измерительного преобразователя 5 соединен с неинвертирующим входом усилителя 15, первым выводом резистора 19 смещения и коллектором тра зистора 17 датчика. Второй вывод ре зистора 19 подсоединен к отрицатель ному выводу источника опорного напряжения. Инвертирующий вход усилителя 15 подключен к первому выводу компенсирукицего резистора 20, второй вывод которого подключен к общей шине. Выход усилителя 15 соединен с базами транзисторов 17 и 18. Эмиттеры транзисторов 17 и 18 подкл чены к первым выводам резисторов 21 и 22 соответственно. Вторые выводы этих резисторов соединены с положительным выводом источника питания . В суммирующем узле на неинвёртирующем входе усилителя 15 осуществляется суммирование токов 3 х,3с,:з и поддерживается отрицательной обПРИ изменении Ux изменяется С х и для сохранения на данном входе потенциала земли выходное напряжение ligeix ч становится таким, что изменение J компенсирует изменение 3J. Таким образом, изменение 0, а .затем Эх приводит к равному изменению . Параметры транзисторов 17 и 18, а также резисторов 21 и 22 одинаковы (например, если транзисторы и резисторы расположены на одном кристалле или подложке), поэтому соответственно изменяется и т.е. выходной ток управляемого генератора тока. При изменении коллекторного тока DUT из-за изменения напряжения питания Un,T-t и параметров транзистора 17 с температурой и временем напряжение Ujj,. изменяется так, чтобы под- держивать постоянный ток7xT t и, как следствие, выходной ток KTJ управляемого генератора тока. Канал генератора тока смещения работает аналогичным образом. В преобразователе масштаб преобразования входного сигнала в ток определяет токозадающий резистор 6. Преобразование разностного тока во входное напряжение компаратора происходит на резисторае 10, так как с введением промежуточного измерительного преобразователя выходные ;сопротивления ветвей, подключенных к суммирующему узлу, весьма велики. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входнойизмерительный преобразбватель, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходуподключен первый вывод токозадакяцего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей цифЕюаналогового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй его вывод соединен со входом компаратора и через промежуточный измерительный преобразователь подключен ко второму выводу токозадающего резистора, причем катод первого и анод второго (ДИОДОВ через соответствующие источники напряжений соединены с рбщей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Автометрия, 1970, 2, с. 44, рис. 7.