Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на сравнении аналогового сигнала с набором эталонов и уравновешивании входного сигнала набором эталонов, включение которых осуществляется в соответствии с законом реализации нарастающего ряда натуральных чисел (в виде пилообразного напряжения) 1 .

Недостатком способа является низкая точность преобразования.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на сравнении аналогового сигнала с набором эталонов и уравновешивании ВХОДНОГО сигнала набором эталонов, включение которых ocyu ecтвляeтcя последовательно, начиная с эталона, соответствующего старшему разряду , а устройство для осуществления способа содержит компаратор, первый вход

которого соединен с выходом устройства выборки и хранения, а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя , цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами управляющего устройства, выход которого соединен с выходом компаратора 21.

Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая точность преобразования.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе аналого-цифрового преобразования, основанном на сравнении аналогового сигнала с, набором эталонов, его уравновешивании и кодировании, аналоговый сигнал дифференцируют , одновременно с преобразованием в код, определяют знак и уровень его производной, измеряют интервалы времени от момента появления кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, до появления кодо вых слов соответственно меньше и бол ше указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяют разность измеренных интервалов време ни и преобразуют ее в аналоговый сиг нал, по которому корректируюТ соответствующий эталон. В устройство для осуществления способа, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения, второй вх с выходом цифроаналогового преобразо вателя, цифровые входи которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с в ходом компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока вы,борки и хранения, введены дифференцирующий блок, два пороговых блока, компаратор знака,- три дешифратора, шесть элементов ИЛИ, три RS-триггера, генератор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединены с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходы которых соединены со входами первого эле.лента ИЛИ, входы дешифратора соединены с кодовыми выходами блока уп равления, а выходы - с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выходы второго и треть его элементов ИЛИ соединены с R -входами первого и второго RS-TpMrrepos, первый выход четвертого элемента ИЛИ соединен с S-входом первого Н5--триггера и с R-входом третьего RS-триг гера, выход генератора импульсов сое динен с первыми входами пятого и шес того элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с вых дом первто RS-триггера и со вторым выходом четвертого элементгз ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и вто рого счетчиков, выход второго RSтриггера соединен с S -входом первого счетчика, выход третьего RS-триггера соединен с S-входом второго сче чика, первый выход которого соединен с S-входом третьего счетчика, второй выход соединен с Sgi-входом первого сметчика, а третий выход соединен с 5 входами второго и третьего RS-триггеров, выходы первого счетчика соединены с входами третьего счетчика, выходы которого через дополнительный цифроаналоговый преобразователь соединены с аналоговым входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Устройство содержит компаратор 1, блок 2 выборки и хранения, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 управления, дифференцирующий блок 5, пороговые устройства 6 и 7, компаратор 8 знака, элемент ИЛИ 9, дешифраторы 10-12, элементы ИЛИ 13-15, RS-триггеры 16-18, генератор 1 импульсов, элементы ИЛИ 20 и 21, счетчики , цифроаналоговый преобразователь 25. Устройство работает следующим образом. Подлежащий преобразованию аналоговый сигнал поступав I на анологовь Й вход блока 2, выполненного в вире стробируемого диодного ключа, нагруженного на конденсатор и развязанного на входе и выходе усилителями. В блоке 2 в течение времени действия стробирующего импульса,которь:й поступает с выхода блока 4, заряжается конденсатор до уровня входного сигнала . После окончания лействия импульса напряжение на выходе блока 2 остается постоянным в течение времени преобразования данного мгновенного значения сигнала вплоть до прихода следующего стробирувщего импульса, В течение времени преобразования происходит сравнение аналогового сигнала, действующего на выходе блока 2 с набором эталонов цифроаналогового преобразователя 3. начиная с самого большого, и последовательное уравновешивание входного сигнала этим набором эталонов. В конце цикла преобразования каждый из эталонос цифроаналогового преобразования оказыаает-ся во включенном или выключенном состоянии в зависимости от уровня входного аналогового сигнала. В свою очередь .каждому включенному или выключенному Эталону соответствует единица или ноль в кодовом слове на кодовых выходах блока.4. Блок может содержать сдвиговый регистр , посредством которого осуществляется последовательный перебор эталонов, а также включение блока 2, регистр разрядных триггеров и регистр триггеров для получения параллельного кода,

Одновременно с этим процессом преобразовании входной аналоговый сигнал поступает на вход дифференцирующего блока 5.и дифференцируетс в нем. Уровень производной входного сигнала в заданных пределах и ее знак определяется пороговыми устройствами 6 и 7 и компаратором 8,который может быть выполнен так же, как и компаратор 1, но на второй вход его дрлжен быть подан нулевой потенциал.

Если входной сигнал изменяется достаточно медленно, так, что его на определенном интервале можно аппрокс мировать, например, возрастающей линейной функцией, то на выходах пороговых устройств 6 и 7 и на выходе кпаратора 8 появляются сигналы, соответствующие логическим нулям, при логический ноль будет и на выходе элемента ИЛИ 9.

В тот момент времени, когда навыходах блока 4 появляется кодовое слво, отстоящее на несколько единиц от кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, на выходе дешифратора 10 появляется логческая единица, которая переводит в нулевое состояние RS-триггер 1б, который открывает элемент ИЛИ 20 и импульсы с генератора 19 поступают на счетчик 22, где подсчитываются, т.е. начинается измерение интервала времени с момента появления . упомянутого выше кодового слова.

Вследствие дальнейшего увеличения входного сигнала на выходе блока k появляются новые кодовые слова. Когда появляется кодовое елоВО, соответствующее весу корректируемого эталона, на выходе дешифратора 11 появляется логический ноль, что вызовет появление логической единицы на первом выходе элемента ИЛИ , RS-триггер 17 переходит в нулевое состояние и переключает счетчик 22 в режим вычитания .

Количество импульсов, подсчитанных счетчиков 22 до момента переключения его в режим вычитания, пропорционально интервалу времени до момента появления кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, от момента появления кодового слова, меньшего на несколько единиц упомянутого выше кодового слва .

Дальнейшее увеличение входного cпала вызывает появление на выходе блока k кодового слова, отстоя1цего на такое же количество единиц, что и в первом случае, от кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона. Зто проявляется в появлении на выходе дешифратора 12 логического нуля, что приводит к появлению логической единицы на первом выходе элемента ИЛИ 15, установке триггера 16 в единичное сое-тояние, закрытии элемента ИЛИ 20. остановке счетчика 22, установке RS-триггера 18 в нулевое состояние, переводу счетчика 23 в счетный режим, а также к открытию элемента ИЛИ 21 и началу подсчета импульсов счетчиком 23.

Остановка счетчика 22 фиксирует окончание измерения интервала време от момента появления кодового слова соответствующего весу корректируемого эталона, до появления кодово слова, большего на такое же число единиц, что и в предыдущем интервале.

Число, зафиксированное в счетчике 22, соответствует разности измеряемых интервалов, так как в течение второго интервала счетчик работал в режиме вычитания.

В результате начала работы счетчика 23 на первом его выходе появляется логическая единица, в счетчик 2k переписывается число, зафиксированное в счетчике 22. Это число преобразуется в анологовую форму посредством цифроаналогового преобразователя 25.

При появлении логической единицы на втором выходе счетчика 23 счетчик 22 обнуляется.

Появление единицы на третьем выходе счетчика 23 вызывает установку единицы в RS-триггере 17, перевод счетчика 22 в счетный режим,установку единицы в RS-триггере 18 и обнуление счетчика 23. На этом цик корректировки эталона заканчивае.ся.

Если в результате изменения температуры или в результате действия других дестабилизирующих факторов эталон изменит свое знамение , это -приведет к тому, что интервалы времени от момента появления кодового слова, соответствующего весу коррек тируемого эталона, до появления кодовых слоев соответственно меньше и больше указанного кодового слова на одинаковое число единиц,не Ьудут рав кы результат суммирования импульса и последующего вычитания в счетмике 22 будет отличаться от нуля, этот резул тат перепишется в счетчик 2k, декодируется цифроаналоговым преобраз вателем 25 и аналоговый сигнал с ег выхода поступит в качестве сигнала ошибки для корректировки эталона. BыyJe было описано устройство и е работа для случая, когда требуется подстройка одного эталона. Если тре буется дальнейшее.увеличение точнос и возникает необходимость подстрой ки нескольких эталонов, в устройстве должно содержаться такое же количество цепей регулировки, сколь ко эталонов должно подстраиваться. Очередность процессов регулировки а цепях должна быть организована таким образом , чтобы регулировка н чиналась с более младшего эталона и кончалась самым старшим эталон.ом. Таким образом, благодаря процесс чорректировки эталонов, можно значи тельно повысить точность аналогоцифрового преобразования. Формула изобретения 1. Способ аналого-цифрового преобразования , основанный на срав мении аналогового сигнала с набором эталонов, его уравновешивании и кодировании, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, аналоговый сигнал дифференцируют одновременно с преобразованием в код, определяют знак и уровень его производной, измеряют интервалы времени от мо-, мрнта появления кодового слоаа, coогветствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовых слов соответственно меньшего и большего указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяют разность измеренных интервалов време;; И Преобразуют ее в аналоговый си нал, по которому корректируют соответствующий эталон. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее компаратор, первый вход которого соединен, с выходом блока выборки и хранения, второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, отличающееся тем, что в него введены дифференцирующий блок, два пороговых устройства, компаратор знака, три дешифратора, шесть элементов ИЛИ, три RS-триггера, генератор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединен с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, входы дешифраторов соединены с кодовыми выходами блока управления а выходь - с первыми входами второго, третьего и четвертого элемента ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выходы второго и третьего элементов ИЛИ соединены с R-входами первого и второго RS-триггерое, первый выход четвертого эле-мента ИЛИ соединен с S-входом первого RS-триггера и с R-входом третьего flS-триггера , выход генератора импульсов соединен с первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с выходом первого КЗ-триггера и с вторым выходом четвертого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и второго счетчиков, выход второго RS-триггера соединен с S -входом первого счетчика, выход третьего RS-триггера соединен с S-входом второго сметчика, первый выход которого соединен с S-входом третьего счетчика, второй выход соединен с Siy-входом первого счетчика, а третий выход соединен с З-входами второго и третьего RSтриггеров, выходы первого счетчика соединены с входами третьего счетчика , выходы которого через дополнительный цифроаналоговый преобразователь соединены с аналоговым

9 ,91907710

входом соответствующего разряда циф-.преобразователи напряжения, Л., Энерроаналогового преобразователя.гия, 1967, с. 13.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе2. IV Govler shnelle A/Dumset1. Смолов В. Б. и др. Полупроводг5 zen, Elektronik,1975, с. 83-87,

никовые кодирующие и декодирую1Диерис. 1,6 (прототип).