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

(54) АНАЛОЮ - ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к анапого-цифровой вычислительной технике и предназначено, в частности, для преобразовани геофизических сигналов в цифровую фор му. Извес тен - аналого-цифровой преобразоватеяь (АЦП7 содержащий триггер и генератор импульсов, выход которого через ключи, реверсивный счетчик и преобразователь код-напряжение под- . ключен ко входу компаратора Cl 3 Недостаток этого АШ - отаоситея но низкая ;гочнрсть преобразования входного сигнала, так как относительнагя погрешность возрастает с уменьшением преобразуемой величины из-за постоянст ва шага квантования йо уровню. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является АПП содержащий источник эталонного напряжения, вькод которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с первыми входами И элементов И, генератор, выход которого соединен со входом распределителя импульсов, уу триггеров, первые входы которых объединены и подключены к первому вы- ходу распределителя импульсов, вторые входы - соединены с выходами элементов И, а третий вход каждого предыдущего триггера соединен со вторым входом каждого последующего элемента И и вторыми выходами распределителя импульсов, третий и четвертый, выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И к третьим входом последнего триггера З Недостаток известного АЦП - относительно низкая точность преобразователя, так как относительная погрешность возрастает с уменьшением величины вход- . ного сигнала постоянства шага квантования по уровню. Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение диапазона преобразуемых сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой;, преобразовав 38 тепь, содержащий источник эталонного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с первыми входами уу элементов И, генератор, выход которого соединен со входом распределителя импульсов, Ы триггеров, первые входы которых объединены и подключены к первому выхойУ распределителя импульсов, а вторые входы соединены с выходами элементов И, а tpeтий вход каждого iispeдыдущего триггера соединен со вторым входом каждого последующего элемента И и выходами .распреаелителя импульсов, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и третьим входом последнего триггера, вве ден блок усиления с цифровой регулировко коэффициента усиления, первый вход которого подключен ко входной клемме, остальные входы - к выходам триггеров, ia выход - ко второму входу компаратора при этом блок усиления с цифровой регулирЬвкой коэффициента усиления выполнен jla виде операционного усилителя, вход коJTOporo через первый резистор подключен к первому входу блока усиления с цифро|вой регулировкой коэффициента усиления, а через второй резистор - к выходу многозвенного резистивного делителя, а выход - к первому входу многозвенного резистивного делителя и выходу блока усил ния с цифровой регулировкой коэффициента усиления, остальные входы которого соединены соответственно со вторыми hi входами многозвенного резистивного де. -Лителя, .На чертеже представлена блок-схема аиапого-аифрового преобразователя. , Дналого-цифровой преобразователь содержит генератор 1, выход которого через распределитель импульсов 2, элементы И 3 и триггеры 4 подключен к блоку усиления 5 с цифровой регулировкой коэффициен1;а усиления и источник 6 эталонного напряжения, подключенный через компаратор 7 ко вторым входам элементов ИЗ, Блок усиления 5 с цифровой регулировкой коэффициента усиления содержит операционный усилитель 8, выход которого через многозвенный резистивный делитель 9 и резисторы 1О и 11 подключай ко входной клемме преобразователя. Выходы триггеров 4 являются выходом устройст1ва. Устройство работает следующим обра эом. Предположим, что многозвенный реистивный делитель (МРД) 9 работает двоичной системе счисления, следоваельно, коэффициент передачи его равен ц.. Овь/y.g , . i-/i деУХ - число разрядов АИЛ (триггеров 4); ewiv напряжение на выходе усилите - оЫл„ - коэффициент, зависящий от положения i-ro ключа МРД 9, при- . чем он равен I, когда ключ замкнут на выходе операцнйицо-, го усилителя 8, и О - на кор-пус устройства. Усилитель с обратной связью имеет коэффициент передачи .f;|fc- pV где KQ - коэффициент передачи усилителя 8 без обратной связи; - глубина отрицательной обратной связи. С учетом выражения (1) ft- JL J.OM R / -) о (3) 1 U«. .:. 2 гдеЯ иК - величины резисторов 10 и 11 соответственно. По внешней команде Пуск распределитель импульсов 2 вырабатьшает тактовых импульсов. Первый тактовый импульс устанавливает триггеры 4 в нулевое состояние, выходные команды которых замыкают ключи МРД 9 на выход усилителя 8, при этом коэффициент передачи усилителя 8 минимален ;.i.io.. /4) IV ,1 , П Л R Преобразуе ый сигнал, поступающий через резистор 11 на вход усилителя 8, усиливается в К. раз и поступаетна вход компаратора 7, на второй вход которого подается напряжение -от источника 6 эталонного напряжения. Второй тактовый импульс распределигеля 2 импульсов устанавливает в еди ичное состояние триггер 4 ртаршего разрада, при этом коэффициент передачи усилителя 8 раве.н 2W + H R |Чр л R-to ) .2 Я/й Если сигнал на выходе усилителя 8 больше эталонного напряжения, то на выходе компаратора 7 появляется команда, открлвакяцая последний элемент И 3, и третий тактовый импупъс возвращает последний триггер 4 в нулевое состояние и устанавливает предыдущий триггер 4 В единичное состояние, при этом коэффициент передачи усилителя 8 равен К - 2. РМО -.1.. (б) 2 --|-2 - tV Если после второго тактового импульса сигнал на выходе усилителя 8 меньше напряжения источника 6, то элемент И 3 закрывается, триггер 4 остается в единичном состоянии и третий тактовый импулъс устанавливает предыдущий триггер 4 в единичное состояние, при этом коэффициент передачи усилителя 8 равен . ( ХК«ц--1 , rtW.rtiM-l, R/(/) р.1/1 .Я ji. fcТаким образом, при работе АЙП коэффициент передачи усилителя 8 непрерывно возрастает и стремится к величине гдеУ - напряжение на выходе источника 6; напряжение на входе АШ, так как из суммы (3) производится вычитание слагаемых . оШ-установкой соответствующих триггеров 4 в единично состояние. Все это относится к устройству, рабо тающему в двоичной системе счисления,, однако на сюнове предлагаемого устройст ва возможно построение прибора, работаю щего в системе счисления с любым основанием. Таким образом, введение в аналогоцифровой преобразователь нового узла- усилителя с цифровой регулировкой коэффициента усиления - дает предлагаемом устройству следующие преимущества по сравнению с известным : относительная ошибка преобразования не зависит от уро ня преобразуемой величины; действвтель но, преобразуемый сигнал равен из выражения (8) .ивГ1 9Т/1 дискрет квантования преобразуемой величины по уровню равен . лОзГ- и/К; , где и - чувствительность (порог Рвбатьтания) компаратора; из выражений (9) и (10) находим относительную погрешность преобразования АУвх-АУ л II -т: г , расширение диапазона преоо(9) разуемых сигналов, так как изменением величин резисторов 1О и 11 можно изменять диапазон преобразуемых сигналов от десятков микровольт до десятков и сотен вольт. Формула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразова-., тель, содержащий источник эталонного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с первыми входами m элементов И, генератор, выход которого соединен со входом распределителя импульсов, триггеров, первые входы которых объединень и подключены к первому выходу распределителя импульсоб, а вторые входы соединены с выходами/ элементов И, а третий вход каждого предыдущего триггера соединен со вторым входом каждого последующего элемента И и вторыми выходами распределителя импульсов, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и третьим входом последнего триггера, отлича.юшийся тем, что, с целью повьпцения точности преобразования и расширения диапазона преобразуемых сигналов, в него введен блок усиления с цифровой регулировкой коэффициента усиления, первый вход которого подключен ко входной клемме, остальные входы - к выходам триггеров, а выход - ко второму входу компаратора. 2. Преобразоватеп ь по п. 1, о т личающийся тем, что блок усиления с цифровой регулировкой коэффициента усиления выполнен в виде операционного усилителя, вход которого через первый резистор подключен к первому входу блока усиления с цифровой регулировкой коэффициента усиления, а через второй резистор - к выходу многозвенного резистивного делителя, а выход - к перво-i му входу многозвенного резистивного делителя и выходу блока усиления с цифровой регулировкой коэффициента усиления, осталь ные входы которого соединены соответст венно со вторыми Уи входами многозвенного резистивного делителя. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шляндин В. М. Цифровые измериельные преобразователи и приборы. М., Высшая школа, 1973, с. 229. 2,Кончаловский В. Ю. и др. Элек- ические измерительные приборы. М-чЛ« Энергия, 1967, с. 367-369 (протогтнп).

JoS

-cSn

m

i Jl

L.

t