Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/00 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

I

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях (АЦП)..,

Известен АЦП, содержащий рабочий фазовращатель, две ступени преобразования (грубую и точную), каждая из которых состоит из последовательно включенных блока пороговых элементов, щифратора и блока регистра числа, и два блока компенси-рующего тока противоположной полярноети (1.

Недостатки этого устройства - большие аппаратурные затраты и невысокая точность аналого-цифрового преобразования, что обусловлено наличием двух одинаковых ступеней преобразования (грубой и точной), а также нестабильностью настройки пороговых элементов, особенно в точной ступени преобразования.

Наиболее близким к изобретению по технической су1цности : является устройство, содержащее генератор опорного напряжения, рабочий фазовращатель, грубую ступень преобразования, состоящую из последовательно включенных блока пороговых эле-, ментов, шифратора и блока регистра чисяа, блок компенснрующего тока, ключ, точную ступень преобразования, состоящую из. последовательно включенных блока пороговых элементов, щифратора и блока регистра числа, а также блок управления 2.

Недостатками известного устройства являются большие аппаратурные затраты (две идентичные в аппаратурном отношении ступени преобразования), снижающие его надежность и усложняющие настройку и эксплуатацию, а также невысокая точность, обусловленная нарушением нормальной последовательности срабатывания пороговых элементов при изменении уровня преобразуемого сигнала.

Цель изобретения - повышение точносtH преобразования и уменьшение аппаратурных затрат.

Указанная цель достигается тем, что в АЦП, содержащий рабочий фазовращатель, блок пороговых элементов, щнфратор, блок регистра числа, блок компенсирующего тока, блок управления и генератор опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока пороговых элементов и с вторым входом рабочего фазовращателя одновременно, третий вход кот(ог6

через блок компенсирующего тока подключен к выходной шине и выходу блока регистра числа одновременно, вход последнего через шифратор подключен .к выходу блока пороговых элементов, первый вход которого соединен с выходом рабочего фазовращателя, чей-первый вход подключен к шине преобразуемых сигналов, введены/ перестраиваемый фазовращатель, формирователь импульсов, генератор импульсов и счетчик, выход которого подключен к выходной шине, счетный вход соединен с генератором импульсов, а управляющий вход подключен к выходу формирователя импульсов, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно рабочего фазовращателя, перестраиваемого фазовращателя и блока управления, при этом вход перестраиваемого фазовращателя подключен к выходу генератора опорного напряжения.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Аналого-цифровой преобразователь содержит генератор I опорного напряжения, рабочий фазовращатель 2, блок 3 пороговых элементов, шифратор 4, блок 5 регистра числа, блок 6 компенсирующего тока, перестраиваемый фазовращатель 7, формирователь 8 импульсов, счетчик 9, блок 10 управления и.генератор 11 импульсов.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

В течение первого такта преобразования сигнал с выхода рабочего фазовращателя 2 с фазовым сдвигом f х , пропорциональным величине преобразуемого сигнала 1х (W ) поступает аа первый вход блока 3 пороговых элементов. На второй вход этого блока с выхода генератора 1 опорного напряжения поступают опорные напряжения.

В зависимости от величины pjc в блоке 3 пороговых элементов срабатывает определенное количество пороговых элементов (фазовых компараторов), после чего при помощи шифратора 4 происходит формирование и занесение в блок 5 регистра числа m старших разрядов цифрового кода (для этого в блоке 3 пороговых элементов необходимо иметь (2 - 1) фазовых компараторов и столько же опорных фазовращателей для формирования опорных фазовых сдвигов Чад; ).

Пропорциональный коду m старших разрядов ток, вырабатываемый в блоке 6 компенсирующего тока, поступает на третий вход (в обмотку компенсации) рабочего фазовращателя 2. В результате фаза выходного напряжения рабочего фазовращателя 2 сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала - происходит компенсация сдвига фазы выходного напряжения рабочего фазовращателя.

По окончачии компенсации выходное напряжение рабочего фазовращателя 2 имеет некоторый «остаточный фазовый сдвиг «fgj., меньший дискретности блока 3 пороговых элементов.

В течение второго такта происходит кодирование величины срд., . На первый и второй входы формирователя 8 импульсов поступают напряжения с выходов соответственно рабочего 2 и перестраиваемого 7 фазовращателей Сигнал из блока 0 управлекия, поступающий на третий вход формирователя 8, дает разрешение на формирование временного интервала, пропорционального величине f, , после чего происходит наполнение счетчика 9 импульсами стабильной частоты от генератора 11 импульсов и формирование (т - п) младших разрядов выходного кода.

Повыщение точности кодирования в предлагаемом устройстве достигается за счет исключения блока пороговых элементов в точной ступени преобразования, позволяющего определять младшие разряды параллельным способом. Формирование младших разрядов кода осуществляется последовательным способом, что автоматически устраняет возможность срабатывания старших пороговых элементов раньще младших при увеличении (уменьшении) уровня преобразуемых сигналов.

Поскольку определение младших разрядов кода можно проводить только после

0 окончания процесса компенсации, величина «остаточного фазового сдвига всегда находится на начальном участке выходной характеристики рабочего фазовращателя 2. Формирование младщих разрядов кода воз.можно осуществлять время-импульсным споЬобом, так как в силу малости этого участка погрешность кодирования, обусловленная его нелинейностью пренебрежимо мала.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий рабочий фазовращатель, блок пороговых элементов, шифратор, блок регистра числа, блок компенсирующего тока,

блок управления и генератор опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока пороговых элементов и с вторым входом рабочего фазовращателя одновременно, при этом третий вход рабочего фазовращателя через блок компенсирующего тока подключен к выходной шине и выходу блока регистра числа одновременно, чей вход через шифратор подсоединен к выходу блока пороговых элементов, первый вход которого соединен с выходом рабочего фазовращателя, а первый вход последнего - с шиной преобразуемых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и уменьшения аппаратур

ных затрат, в него введены перестраиваемый фазовращатель, формирователь импульсов, генератор импульсов и счетчик, выход которого подключен к выходной шине, счетный вход - к генератору импульсов, а управляющий вход к выходу формирователя импульсов, первый второй и .третий входы которого подсоединены к выходам соответственно рабочего фазовращателя, перестраиваемого фазовращателя и блока JM

управления, при этом вход перестраиваемого фазовращателя соединен с выходом генератора опорного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.«Приборы и системы управления, 1972, № 8, с. 40-43. }