Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

(54) А НАЛОГСХЦИФРОВШ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Иаобрегение относится к импульсной технике. Известен 8налого-1Ш( преобразо- вате ль, содержащий последовательно сое диненные усилители, выходы которых соетнены с.вькоцами компарат.оров СИ, Недостатком устройства является низкое бьютроаействие. Известен аналого-цифровой преобразОм ватель, содержащий последовательно соединенные усилители, каждый из которых содержит два операционных усилителя, выходы Которых через диоды и резисторы соединены с входами, катоды и аноды пво .цов через резисторы соединены с шинами источников питания С 21. Недостатком устройства является нидкое быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия. Указанная цель достигается тем, что аналого-цифровой преобразователь, сопер- жащяй блоки усилителей по чис; разряп дов, выполненных на двух ди(|х||еренциаль- ных усилителях и двух резисторах нагрузки, выход каждого предыдущего блока усиуситтелей через резистор связи соединен с входами каждотч пос/едующего, первый выход источника сигнала через резистор соединен с входной шиной первого блока усилителей, а второй выход - с общей uot ной, в каждый блок усилителей введен генератор тока, первый выход которого сое динен с входной шиной датого блока усилителей и входами OBjrx ш(44врешгааяьных усилителей, а второй выход - с обшей ши ной, при этом втфые входы двух Ш())ферендиальных усилителей соедине.ны с Ш1 нами источников опорного напряжения, npsi мой выход первого я инверсный выход второго дя({)фервнциальных усилителей чв« рез первый резистф нагрузки .соешноны с шиной источника питания, которая через второй- реэнстор нагрузки соединена с инверсным выз(одом первого и прямым выходом второго дифферешгаальных усилнтелей, а каждый дифференциальный усилн те ль выполнен на четьрех транзисторах я 3,92 двух оопотшгельных генераторах тока, приом база первого транзистора соединена с коллектором и базой второго транзистора, база третьего транзистора соединена с коллектором и базой четвертого транзистора, эмиттеры первого и третьего , второго и четвертого транзисторов попарно обьединены и через соответ1 стЪующие дополнительные генераторы тока соединены с шиной источника смещения. На 4«г. I фиведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2-временные диаграммы. Устройство содержит транзисторы 1, 2, генераторы 3, 4 тока, транзисторы 5, 6, образующие дифференциальный усилитель 7, генератср 8 тока, резисторы 9, источник 10 сигнала, резисторы II и 12 нагрузки,транзисторы 13 и 14, генераторы 15 и 16 тока, транзисторы 17 и 18, образующие дифференциальный усилитель 19. Следующий усилитель состоит из транзисторов 2О и 2.1, генераторов 22 и 23 тока, транзисторов 24 и 25, образующих аифферёнциат ный усилитель 26, резистфы 27 и 28 нагрузок, резистор 29 связи, генератор 30 тсжа, транзисторы 31, 32, генвратфы 33, 34 тока, транзистфы 35, 36 образуют дифферендиальный усилитель 37, дифференциальные усилителя 7, 19 и 26, 37 образу ют блоки 38 усилите;Ей . Дифференциальные усилителя 7 и 19 выполнены на транзистсрах с -р-п С1руктурой, а дифференциальнью усилители 26 и 37 - на транзисторах р-п-р структуры. Поэтому пол5фность напряжений питания этих каскадов противоположная. Каждая последующая пара дифференциальных усидателей должна состоять из транзисто . ров с проводимостью, гротивоположной по сравнению с транзисторами предыдущей пары. Это вызвано несоответствием уровней постоянных составляющих напряжений на входе и вь1ходе дифференциального усилителя. Для точной установки необходимых урсжней постоянных напряжений на сипнальньк входах дифференциальных усилителей включены генераторы 8, ЗО. Напряжение с вых. 1 поступает на компаратор для формирования л -го разряда АЦП, а с вых. 2 - для формирования (п +1)-го разряда. При подаче на вход обычного дифферёнциапыйого усилителя пинейвонязменяющегося напряжения выходной ток, а следовательно и напряжение, не будет ли5 .4 нейной функцией вхоцного напряжения, так как коллекторный ток является экспоненциальной функцией напряжения на эмиттерном переходе транзистсра (при малых значениях этого напряжения). Однако если входное напряжение изменяется не линейно, а по закону логарифма, то нелинейность проходной характеристики транзистора может быть скомпенси-рована, вследствие чего в схеме устройства применено диодное включение транзисторов 1, 6,. 13, 18, 2О, 25, 31, 36 и т.д. Напр55ш ение на диоде описьшается логарифмической функцией проходящего через него. тока. Поэтому между входными и выходными токами существует линейная зависимость. Источником сигнала в данном устройстве должен бьггь источник тока. При использовании в качестве источника сигнала источника ЭДС необходимы дополнительные резисторы, сдужащие эквивахентом внутреннего сопротивления источника тока. Эту функцию выполняют резисторы 9, 29 и т.д. Внутреннее сощзотквленяе источника сигнала и входное сопротивление циффе ренциальных усилителей образуют делите/(Ь напряжения, в результате чего амплитуда напряжения сигпала на входе дифференциального усилителя меньше напряжения источника входного сигнала. Кроме того, за счет базовых токов транзисторов 5, 6, 13 и 14 протекающих через резистф 9; напряжение сигнала на базах этих транзистфов имеет постоянное смещение уровня отнссительно нагфяжения источника сигнала. Линейно изменяющийся ток источника сигнала, проходящий черэз транзисгфы 1, 6, 13 и 18, создает логарифмически -изменяющееся напряжение, кото- « рое является управлянмдим напряжением для транзисторов 2,5,14,17. Предположим, ЧТО в начальный момент времени (фиг. 26) напряжение на базах транзисторов 5, 6, 13, 14 равно нулю. Если при этом напряжение на базах транзисторов 1, 2 по модулю больше нуля, то в исходном состоянии транзисторы 1, 2, 17 и 18 закрыты, а транзисторы 5, 6 , 13 и 14 открыты и их ток коллектора пределяется величиной тока генераторов 3,4, 15 и 16. По мере увеличения отриательного напряжения на входе устройста (фиг. 26) токи генераторов тоса наинают перераспределяться так, что тоКи ерез транзисторы 5, 6 уменьшаются, а ерез транзисторы 1, 2 увеличиваются. В омент времени t , когда напряжение - V , токи между транзистсрами 2 и 5, 1 и 6 распрецг;ляю1-ся поровну. При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения V2. перераспреаеления токов продолжаются до тех пор, пока напряжекие V, не превысит по абсолютной величине напряжения V . Это соответсгву ет Моменту временя -ti. Весь roR генератфов 3 и 4 проходит при этом только через транзисторы 1 и 2, Распределение токов в дифферпнциалыюм ус литепе 19 до К1омента t t остается неизменным, Jecли к этому времени напряжение Vj. меньшие нагфяжения смещения ( V +дУ). . Поэтому изменение выходного напряжения дифференциальных усилителей 7 н 19 до еменн t ±2. определяется перераспределением тока генератора 3 между транзисторами 2 и 5. В свою очередь,изМеЙение выходного напряжения за время определяется только перераспределением тсжа генератфа t6 между трав аисторами 14 и 17, характер изменения которого анатогичен перераспредепеголо тока в дифференциальном усилителе 7. Ввиду того, что дифференциальные усй лигеш соединены друг с другом своими разнополярнымн выходами (прямой выход одного - с инверсным выходом другого и наоборот), изменение токов/обоих каскадов в общей нагрузке (резисторы 11 и 12) имеют взаимно противополо жнь1й характ, а выходное напряжение с учетом разделения работы днфферешшалы ых усилителай по временр имеет вид, приведенный на фиг. 2в. Работа дифференциальных каскадсф 26 и 37 аналогична работе дифференциальных Каскадов 7 и 19. Коэффициент усиления по напряжению каждого дифференциального усилителя равен 2, вс1юдствие чего крутизна ливейЯо изменяющегося напряжения на выходе каждой последующей пары каскадов вдвое больше, чем на выходе гфедыдушей ((|яг. 2д). Это приводит к тому, что сворачивание напряжения во времени на выходах дифференциальных каскадов происходит вдвое быстрее, чем на юс входах. .Формула изобретения I. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий блоки усилителей по чисду разрядов, выполненных на двух шгфференциальных усилителях и двух резисторах нагрузки, выхоц каждого прецыдушего блока усилителей через резистор связи соединен с в содами каждого последующего, первый выход источника сигнала через резистф соединен с входной илшой первого блока усилителэ и, а второй входс обшей ШИНОЙ, отличающийся тем, что, с целью повышения бьюгроцействия, экономичносто и надежности, в каждый блок усилителей введен генератор тока, первый выход которого соединен с входной шиной данного блока усилителей выходами двух дифференциальных усишгелей, а второй выход- с общей шиной, Ф этом вторые входы двух дифференииальных усилителей соединены с шинами источников опорного напряжения, прямой выход первого и инверсный выход второ дифференциальных усилитетй крез первый резистор нагрузки соединены с ошной источника питания. Которая .через второй резистор нагрузки сое вшена с Ьнверсным выходом первого и прямым выходом второго дифферешшалбных устли2. Преобразователь по п. I, о т л ичающийся тем, что каждый цифференциальный усилитель выполнен на четы рех транаастфах и двух дополнительных генераторах тока, причем база транзистора соединена с коллектором и базой второго транзистора, база третьего транзистора соединена с коллектором и базой четвертого транзистора, эмитте- ры первого я третьего, BTqporo и четieepToro транзисторов попарно объединены и через соотве ствуюише дополнительные генератс ы тока соединены с шиной негофвка смешения. ИСТОЧНИКИ информации, {рпнятые во внимание при экспертизе 1. Смолов В. Б. я др. Микроэлектронные 1шфро-аввлоговые и аналого-цифровые преобразователи информации Энергия, 1976, с. 329-324. 2. Рг91сание прибора DL 305 фирмы rronsienl ftevvrdi977 (прототип).

д

-/