Аналого-цифрвоой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

I

Устройство относится к электроизмерительной технике и используется в информационно-измерительных системах.

Известен аналого-цифровой преобра- , зователь, содержащий два амплитудных анализатора, две группы дифференциальных каскадов, причем один из входов каждого дифференциального каскада подключен ко входу данного аналого-цифрового преобразователя, другой вход каждого дифференциального каскада подключен к соответствующему источнику напряжения, а инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов объединены с неинверсными выходами четных 15 дифференциальных каскадов

Недостатком данного преобразователя является низкая точность и надёжность ансшого-цифрового преобразования.

Цель изобретения - повышение точности и надежности аналого-цифрового, преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровом преобразовате- 25 ле, содержащем два амплитуднь1х анализатора, четыре компаратора, две группы из шестнадцати, дифференциальных каскадов каждый, причем первые входы дифференциальных каскадов соедине-30

ны со входной шиной, вторые входы дифференциальных каскадов соединены с соответствукнцими шинами опорных напряжений, инверсные выходы нечетных дифференциальных каскгодов соединены с с неикверсными выходами четных дифференциальных каскадов, дополнительно введены преобразователи ток-напряжение,при этом инверсный выход второго дифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого , десятого, четырнадцатого дифференциальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого дифференциальных каскадов второй группы и соединен со входом первого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом первого компаратора, инверсные выходы второго и десятого дифференциальных каскадов второй группы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и соединены со входом второго преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом второго компаратора, инверсный выход четвертого дифференциального каскада второй группы соединен с неинверсным выходом тринадц.атого дифференциального каскада первой группы и соединен со вхсздом третьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсный выход восьмого дифференциального каскада второй группы подключен ко входу четвертого преобразователя ток-напряже-. ние, выход,которого соединен со входом четвертого компаратора, инверсные

выходы нечетных дифференциальных каскадов и неинверсные выходы четных дифференциальных каскадов обеих групп соединены со входами соответственно пятого и шестого преобразователей ток-напряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первого и второго амплитудных анализаторов, неинверсные выходы первого, третьего, девятого, рдиннадцатого, инверсные выходы четвертого, восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и неинверсные выходы первого, пятого, девятого, тринадцатого, а также инверсные выходы шестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого, дифференциальных каскадов второй группы соединены с шиной источника напряжения.

На фиг.1 представлена схема аналого-цифрового преобразователя, где 1,2, 3, .. ., 16 дифференциальные каскады, объединенные в две группы, причем первые входы дифференциальных каскадов каждой группы подключены ко входной шине преобразователя. Вторые входы дифференциальных каскадов подключены к шинам опорных напряжений. Инверсные выходы дифференциальных каскадов 1,3,5,7,9,11,13 и 15 объединены с неинверсными выходами дифференциальных каскадов 2,4,6,8,10, 12, 16 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 17, выход которого подключен к амплитудному анализатору 18. Инверсные выходы дифференциальных каскадов 2,6,10 и 14 группы 19 объединены с неинверсными выходами 3,7,11 и 15 дифференциальных касксшов группы 20 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 21, выход которого подключен к компаратору 22. Неинверсные выходы дифференциальных каскадов 7 и 15 группы 19 объединены с инверсными выходами 2 и 10 дифференциальных каскадов группы 20 и подключены ко входу прерЬразователя ток-напряжение 23, выход которого подключен ко входу компаратора 24. Неинверсный выход дифференциального каскада 13 группы 19 соединен с инверсным выходом дифференциального каскада 4 группы 20 и со входом преобразователя ток-напряжение 25, к выходу которого подключен вход компаратора 26. Инверсный выход дифференциального каскада

8 группы 20 соединен со входом преобразователя ток-напряжение 27, к выходу которого подключен вход компаратора 28. Свободные выходы дифференциальных каскадов обеих групп подключены к клемме 29 источника напряжения.

Линеаризация характеристик аналого-цифрового преобразователя осущест1вляется с помощью опорных напряжений, путем смещения функции преобразования двух групп дифференциальных каскадов по входному напряжению относительно друг друга так, чтобы нелинейные участки одной перекрывались относительно линейными участками другой .

На фиг.2а,б представлены токи с выходов дифференциальных каскгидов обеих групп, которые используются для формирования необходимых функций преобразования, | , ij , . . . ,

ib i о . . VG ки с неинверсных и инверсных выходов

дифференциальных каскадов первой группы, i;; , | . . . , , , 14 . . . токи соответственно с неинверсных и инверс-,, ных выходов дифференциальных каскадов второй группы. Линейные участки функций преобразования, на которых работают выходные амплитудные анализаторы 18, представлены на фиг.2$ , где сплошной линией обозначены линейные участки функции преобразования первой группы, пунктирной - второй.

На фиг.2г,Э,е, представлены зависимости токов, втекающих в преобразователи ток-напряжение 21, 23, 25 и 27 (соответственно токи 1, 1, Ijj, Ij-,) от входного напряжения. Входные токи данных преобразователей являются суммой соответствующих токов с выходов дифференциальных каскадов.

Два выходных амплитудных анализатора 18 кодируют любой входной сигнал в интервале (и:,, и.Однако взаимно однозначное соответствие между кодом с амплитудных анализаторов и выходнымсигналом возможно только для интервала входных напряжений, который меньше половины периода функций преобразования групп дифференциальных каскадов. Компараторы 22,24,26 и 28 кодируют напряжения U, и,...,и (фиг.2), отстающие друг от друга Нс1 половину периода преобразо вания и, таким образом, отделяют один интервал входных напряжений, который кодирует выходные амплитудные анализаторы 18, от другого. Вследствие этого результирующий код (код с компараторов 22,24,26 и 28 и других ги плитудных анализаторов 18) однозначно связан со входным сигналом., .

Компаратор 28 имеет уровень срабатываний такой I (фиг.2г) что переключается всякий раз, когда входной сигнал проходит напряжение Ug.Точно так же компараторы 26,24 и 22 переключаются при напряжениях сортветст и,.ги Ua венно Uy, , rj, u, u, a «Л fe ll -4. b- вНЯоде и,. Ua, и компараторов 22,24,26 и 28 появляет ся напряжение логической единицы,бе ли выходной ток соответствующего преобразователя ток-чапряжение мень ше I. За счет указанных зависимосте токов l.. Ijj. . 11° входного напряжения, код, образующийся на выхо дах компараторов 22,24,26 и 28,пре ставляет собой двоичный код Грея. Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. При входном напряжении U и, . (фиг.2в) на выходе компаратора 28 появляется напряжение логического нуля, так как при U U, . на выходе компаратора 26 - напряжение логической единицы, так как l-jjil , на выходе компаратора 24 - та же напряжение логической-единицы, так как I rt|,l , и на выходе компарато ра 22 - напряжение логического нуля так как t . Таким образом, на выходах компараторов, кодирующих стар шие разряды, образуестя код ОНО, что соответствует четырем в. десятич ном крде и показывает, что Ux превы шает четыре интервала: (U.Un), (и.и), (и.и), (U.Uj) (ФИГ.2В) и находится в пятом интервале (Uj-.U В зависимости от того,в какой участок интервала (U.U) попадает вход ное напряжение Ux. , работает первый или второй амплитудный анализатор. В данном случае напряжение U перекрывается линейным участком функции преобразования второй группы дифференциальных каскадов и, поэтому код образовавшийся на выходах компарато ров второго амплитудного анализатора, определяет положение внутри интервала ( Uc-, Ufj ). Кодирование старших разрядов в , данном аналого-цифровом преобразо-вателе производится с помощью четырех компараторов, что повышает на дежность работы. Кроме того, в преобразователе перед каждым компаратором (включая компараторы амплитудных анализаторов) включено одно .и: то же количество последовательно соединен ных дифференциальных каскадов и преобразователей ток-напряжение. Это позволяет при наличии идентичности каскадов избежать смещения по фазе напряжений, действующих на входах компараторов, вследствие чего динамическая погрешность аналого-цифрового преобразователя уменьшается, . что повышает ,точность преобразования. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий два амплитудных анализатора, четыре компаратора, дае группы из {Шестнадцати дифференциальных ; каскадов каждый, причем первые входы дифференцисшьных каскадов соединены .. so входной шиной, вторые входы дифференциальных каскадов соединены с соответствующими шинами опорных напряжений, инверсные выходы нечет-ных диффepeнцигLльныx каскадов соединены с неинверсными выходами четных дифференциальных каскадов, о т Сличающийся тем, что, -с целью повышения точности аналого-цифрового преобразователя и его надежности, дополнительно введены преобразователи ток-напряжение, при этом инверсный выход второго дифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого, десятого и четырнадцатого дифференциальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого дифференциальных каскадов второй группы и соединен со входом первого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом первого компаратора, инверсные выходы .второго и десятого дифференциальных каскадов второй группы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и соединены со входом второго преобразователя ток-иапряжение, выход которого соединен со входом второго компаратора, инверсный выход четвертого дифференциального каскада второй группы соединен с неинверсным выходом тринадцатого дифференциального каскада первой группы и соединен со входом третьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсный выход восьмого дифференциального каскада второй группы подключен ко входу четвертого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом четвертого компаратора, инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов и неинверсные выходы четных дифференциальных каскадов обеих групп соединены со входами соответственно пятого и шестого преобразователей токнапряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первого и второго амплитудных анализаторов, неинверсные выходы первого, третьего, девятого, одиннадцатого, инверсные выходы четвертог9 восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и неинверсные выходы первого,, пятого, девятого,тринадцатого, а также инверсные выходы, шестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов второй группы соединены с шиной источника напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l.Arbel А.. Kurz R, FASTADC-IEEE Fraus -Nuct sci, 1975, vol.NS-22, 1, p.450 (прототип).

X vA rx-/ ryfJ r A 7 yV /Ao V V /

y

iO n