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

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к вычисли- тельной и информационно-измерительиой технике и предназначено для использования в устройствах преобразования (кодирования) аналоговых величин.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий счетчик , цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), компаратор, ключ и генератор тактовых импульсов 1.

Этот АЦП сложен и имеет низкое быстродействие, которое определяется ско ростью работы счетчика, ЦАП и компаратора. Причем устройства, обеспечивающие работу АЦП на отдельных этапах, работают в ключевых режимах, что также снижает скорость работы АЦП.

Известен аналого-цифровой прео0разователь, содержащий прерыватель, блок изменения уровней напряжения на постоянную величину, выпрямители, усилители и нуль-органы. При этом входом АЦП является прерыватель, выход которого соединен со входом первого каскада преобразования, состоящего из последовательно соединенных блока измениния уровня напряжения н постоянную величину, выпрямителя и усилителя, выход усилителя является

входом следующего точно такого же преобразования и т..д. Кроме того, в каждом каскаде выхода блока иэменемия уровня напряжения на постоянную величину соединены сх входами нуль-оргаиов, выходы последних являются выходами всего устройства {2 .

О Недостатке данного АЦП является наличие в нем N последовательно соединенных каскадов преобразования, кёикдый из которых состоит из устройства изменения уровня напряжения на

15 постоянную величину, выпрямителя и усилителя. Поскольку отдельные элементы каскадов преобразования в этом устройстве не являются идентичными, то дингииическая ошибка преобразования растет по мере увеличения каскадов (разрядов) АЦП за счет разбросов параметров устройств изменения уровня напряжения на постоянную величину (коэффициентов передачи),

25 ;выпряштелей (начальные участки, крутизна) и усилителей (коэффициент усиления). При большом количестве каскадов N, разброс параметров этих элементов приведет к увеличению

30 ошибки преобразования, что является существенным недостатком данного N-разрядного АЦП. Цель изобретения-увеличение точности преобразования. Поставленная цель достиг,ается тем что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий переключатель, пер вый вход которого соединен со входной шиной, усилитель, выход которог соединен с первым входом вычитр1ющег блока, и фазовый детектор, выход ко.торого соединен со входом нуль-органа, введены ограничитель и блок управления, выход которого соединен со вторым входом переключателя, третий вход которого соединен с выходом вычитающего блока и первым входом дете тора, а выход подключен ко входу уси лителя и через ограничитель ко второму входу вычитающего блока и второму вхбду фазового детектора. На чертеже представлена структурная схема аналого-цифрового преобра вателя. Предлагаемое устройство содержит переключатель 1, ограничитель 2, усилитель 3, вычитающий блок 4, фазовый детектор 5, нуль-орган б, бло 7 управления, входную шину 8. Устройство работает следующим образом. На вход АЦП поступает непрерьшный комплексный радиосигнал, являющийся аддитивной смесью полезного сигнала и шума UJ(t))(i В начале цикла работы АЦП вход усилителя 3 в течении времени v , не обходимого для преобразования в кас каде, состоящем из ограничителя 2, усилителя 3, вычитающего блрка 4 и фазового детектора 5, соединен со входом АЦП через переключатель 1 На выходе амплитудного ограничителя 2 имеем напряжение ) (bUo cos lUgi+tfCt) где У (7 - уровень ограничителя 2, ко торый выбираем равным максимальному значению амплитуды А входного сигнала, а коэффициент усиления К усилителя 3 полагаем равным 2, т.е. УО А.К 2 На. выходе вычитающего блока 4 после однократного преобразования получается н.апряжение U, (t) l.-bic KUexW-UoTp()urA(t)- Iwot 4(tO ga выходе, фазового детектора 5 посАе однократного преобразования вьзделяется сигнал U(t) разностной частоты ,c,xrMt) Это напряжение поступает на нуль орган б, где определяется его знак, т.е. значение элемента кода в старшем разряде. Если U(t)0, т.е. A{t) -3- (так как ), то зна,TTit чение элемента кода старшего разряда равно единице, если U (t)0, то значение элемента кода старшего разряда нулю. Через время С после начала цикла работы АЦП блок 7 управления переключает переключатель 1 в положение,, при котором напряжение U(t} с выхода вычитающего устройства 4 через переключатель 1 поступает на входы ограничителя 2 и усилителя 3. С этого .момента начинается определение кода в следующем разряде. На входы вычитающего блока 4 .потупают напряжения отр( и , W,,(t) 4tA(i) I. с выходов ограничителя 2 и усилителя 3 соответственно. На выходе вычитающего блока 4 после двукратного преобразования получается напряжение U/(t) и, Ч(Ьи(„р(-1 )г 4 Mt;-1А „д Jcos cOol V(t)J На выходе фазового детектора 5 после двукратного преобразования вьвделяется напряжение UJt) разностной частоты Ua(MA q tA{tv|A, которое опять поступает на вход нуль-органа 6, где определяется знак этого напряжения. Аналогично предыдущему, элементу кода следующего разряда присваивается значение единицы, если A(t) I таи и нуль, если A(t)| , Затем напряжение U,2(t) с выхода вычитающего блока 4 поступает на входы ограничителя 2 и усилителя 3, где происходит определение значения элемента кода в следующем разряде и т.д. до тех пор, пока не будет определено значение элемента кода в младшем разряде. Количество разрядов N в предлагаемом АЦП определяется формулой . где Т - длительность цикла работы всего АЦП, или период переключения электронного переключателя 1; - время, необходимое для однократного преобразования в каскаде. После определения значения кода в младшем разряде, блок 7 управления переключает переключатель 1 в положение на время С, при котором начинается новый цикл работы АЦП. Таким образом, нуль-орган 6 вьщает последовательность О и 1, временной интервсш между которыми равен врёмениС преобразования в одном каскаде.

Последовательность О и 1 соответствует последовательному коду входной величины в момент измерения.

Длительность полного цикла предлагаемого АЦП в N раз больше времени V однократного преобразования в каскаде/ следовательно, быстродействие предлагаемого АЦП не хуже известного АЦП. В предлагаемом устройстве входная величина многократно преобразуется в одном и том же каскаде преобразования, поэтому динамическая ошибка преобразования в нем меньше,чем в известном АЦП за счет исключения неидентичности характеристики каскадов преобразования.

Более высокая точность преобразования АЦП позволяет значительно уменьшить ошибку преобразования аналоговой инфо 1ации в цифровую и повысить качество преобразования. ФоЕялула изобретения

АН алого-цифровой пре об раз ов ател ь, содержащий переключатель, первый

вход которого соединен со входной шиной, усилитель выход которого соединен с первьвм входом вычитающего блока, и фазовый детектор, выход которого соединен со входом нуль-органа, о..тличающийся тем, что с целью повьшения точности преобразования, в него введены ограничитель и блок управления, выход которого соединен со вторым входом переключателя, третий вход которого соединен с выходом вычитакицего блока и первьм входом фазового детектора, а выход подключен ко входу усилителя и, через ограничитель ко второму входу вычитающего блока и вто5рому входу фазового детектора.

Источники информации, . прииятые во внимание при экспертизе

й 1. Зарубежная радиоэлектроника, 1975, 1, с. 66.

2. Хризман С.С. Цифровые измерительные приборы. Киев, 1963, ч. 43.