Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в системах связи управляющих вычислительных машин с объектами управления.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий генератор импульсов, счетчик, генератор пилообразного напряжения и блок сравнения {.

Такое устройство имеет недостаточно высокую точность из-за болыиогр влияния шумов на входном сигнале, а так как улучшение отношения сигнал/шум за счет постановки фильтров и корреляторов малоэффективно, поскольку эти устройства сами вносят дополнительную погрешность.

Известен интегрирукнчий ан€шогоцифровой преобразователь, содержачи интегратор, три аналогою1Х юаоча, компаратор, два триггера, счетш к, генератор частоты, одновибратор и источник зталонного напряжения, щжчем входы преобразуемого и эталонного напряжения через два аналоговых ключа соответственно соединены со входом интегратора, выход которого подключен ко входу компаратора, соединенного своим выходом с нулевыми

входами обоих триггеров, единичный вход первого триггера соединен с выходом переполнения счетчика, а

е прямой и инверсньй выходы этого триггера подключены соответственно к управлшэдим входам входных аналоговых ключей; вход сигнала Пуск соединен с нулевым входами счетчика

|п и через одновибратор с единичным входом второго триггера, прямой выход которого соединен со входом разрешения счета счетчика, а ннверсньШ выход с управляюмим входом третьего ключа, который подключен

5 параллельно к конденсатору интегратора; счетный вход счетчика соединен с выходом генератора частоты 2. Недостатком этого преобразователя является низкая точность.

0 Целью изобретения является повышение точности.

Для достижения поставленной цели в аналого-цифровой преобразователь, содеркащий интегратор, вход которого

25 соединен с выходами аналоговых ключей, первые входы которых соединены соответственно с шиной входного напряжения и с шиной зталонного напряжения, выход - с первым входом компаратора,

Зв второй вход которого соединен с общей шиной, счетчик,нулевой вход котрого подкда)чен к шине сигнаша Пуск, счетный вход - к выходу генератора частоты, выход переполнения - к единичному входу триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, введены диод,включенный параллельно конденсатору интегратора, два элемента И и два инвертора, причем входы первого элемента И соединены соответственно с выходом компаратор и инверсным выходом триггера, а выход соединен с управляющим входом первого ключа, первый, второй и третий входы второго элемента И соединены соответственно с шиной сигнала Пуск через первый инвертор, с выходом компаратора через второй инвертор и с инверсным выходом триггера, нулевой вход которого подключен к шине сигнала Пуск, выход второго элемента И подключен ко входу интегратора, при этом разрешающий вход счетчика соединен с выходом компаратора.

На фиг. 1 приведена блок-схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь содержит шины входного 1 и эталонного 2 напряжений, аналоговые ключи 3 и 4, интегратор 5, диод 6, компаратор 7, генератор частоты 8, триггер 9, счетчик 10, два элемента И 11 и 12, шину сигнала Пуск 13 два инвертора 14 и 15.

Вход интегратора 5 соединен чере аналоговый ключ 3 с шиной 1 входного напряжения, через аналоговый ключ 4 с шиной 2 эталонного напряжения и с выходом элемента И 12, диод 6 включен параллельно конденсатору интёгратора, выход интегратора соединен со входом компаратора Счетный вход счетчика 10 подключен выходу генератора частоты, нулевые входы счетчика 10 и триггера 9 соединяются с входом сигнала Пуск 13, вход разрешения счета соединяется с выходом компаратора, выхода разрядов счетчика являются выходами преобразователя 16, а выход переполнения соединен с единичным входом триггера 9, прямой выход которого подключен к управлякячему входу аналогового ключа 4. Входы элемента И 11 соединяются соответственно с выкодом компаратора 7 и инверсным выходом триггера 9, а выход - с управляющим входом ключа 3. Три входа элемента И 12 подключены соответственно к инверсному выходу триггера, к шине сигнала Пуск 13 через инвертор 14 и выходу компаратора через инвертор .15 .

На фиг.2 приняты следующие обозначения : сигнал Пуск - 17, выход 18 инвертора 14, прямой выход 19 триггера 9, инверсный выход 20 триггера 9, вход 21 интегратора 5, выход 22 интегратора 5, выход 23 компаратора 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 9 находится в состоянии i (сигнал 20, фиг.2), счетчик 10 хранит результат предыдущего преобразования, аналоговый ключ 4 открыт единичным сигналом с прямого йыхода триггера 9, на вход интегратора 5 с шины 2 поступает эталонное напряжение, имеющее полярность, обратну полярности преобразуемого напряжения (сигнал 21,фиг.2). На выходе интегратора присутствует потенциал, равный падению напряжения на диоде б (22). Когда на шину сигнала Пуск (сигнал 17, фиг.2) передним фронтом этого сигнала триггер 9 и счетчик

10приводятся в нулевое состояние, закрывается аналоговый ключ 4 по заднему фронту сигнала Пуск (сигнал 8, фиг.2) элемент И 12 приходит

в состояние 1 и с его выхода на вход интегратора поступает напряжение перегона 21.Интегратор начинает интегрировать это напряжение и, когда выходное напряжение интегратора станет равным напряжению срабатывания компаратора 7 (сигнал 22, фиг.2), последний опрокидывается (сигнал 23, фиг.2) и единичный сигнал с его выхода поступает на вход разрешения счета счетчика 10, а также вместе с единичным сигналом с инверсного выхода триггера переводят элемент И

11в состояние 1, отк алвается аналоговый ключ 3, подключающий; на вход интегратора преобразуемое напряже- ние с шины 1 ( сигнал 21,фиг. 2). Интегратор начинает интегрировать это напряжение, а счетчик просчитывает импульси генератора частоты 8 до момента переполнения счетчика.

По сигналу с выхода переполнения счетчика 10, триггер 9 переходит в состояние 1 { сигнал 19 и 20, фиг.2) нулевой сигнал с инверсного выхода триггера через элемент И 11 размыкае аналоговый ключ 3, а единичный сигнал с прямого выхода триггера замыкает аналоговый ключ 4, в результате чего на вход интегратора поступает с шины 2 эталонное напряжение противоположной полярности по отношению к преобразуемому напряжению (сигнал 21, фиг.2). Выходное напряжение интегратора начинает изменяться в обратную сторону, а счетчик , начинает второй цикл счета. Когда выходное напряжение интегратора станет равным напряжению срабатывания компаратора (сигнал 22, фиг.2), последний отключается и прекращает счет импульсов счетчиком 10, Схема приходит в исходное состояние. На выходах разрядов счетчика будет зафиксирован код, пропорциональный величине преобразуемого напряжения. Таким образом, в предлагаемом г преобразователе и запуск, и останов счетчика осуществляется по сигналу с компаратора, в результате чего уменьшается влияние погрешности порюга срабатывания и временного дрейфа компаратора, появляется возможность осуществлять следующий цикл преобразования через длительный интервал времени после предыдущего цикла без дополнительной регулировки устройства. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь содержащий интегратор, два аналоговых ключа, компаратор, счетчик, три гер и генератор частоты, причем вхо интегратора соединен с выходами ана логовых ключей, первый вход первого из которых подключен к шине входног напряжения, а первый вход второго к шине эталонного напряжения, выход интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которо го соединен с общей шиной, нулевой вход счетчика подключен к шине сигнала Пуск , счетный вход - к выходу генератора частоты, выход i переполнения - к единичному входу триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него введены два элемента И. два инвертора и диод, включенный параллельно конденсатору интегратора, входы первого элемента И соединены соответственно с выходом компаратора и инверсным выходом триггера, а выход соединен с управляквдим входом первого ключа, первый, второй и третий входы второго элемента И соединены соответственно с шиной сигнала Пуск через первый инвертор, с выходом компаратора через второй инвертор и с инверсным выходом триггера, нулевой вход которого соединен с шиной сигнала Пуск, а выход второго элемента И подключен к входу интегратора, при этом разрешающий вход счетчика соединен с выходом компаратора. Источники информгщии, принятые во внимание при экспертизе 1.Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., Энергия , 1975,с. 295-296. 2.Балакай В.Г. и др. Интегральные схемы ДЦП и ЦАП.М., Энергия , 1978, с.62-66.

IS

«а to w

v4ОС

0

s,

i-Sff.

Г

A

V

Ч

I -t

«

tr

-d«40

ei

л

IL

П

22

гъ

фаг. 2