Аналого-цифровой преобразователь на приборах с зарядовой связью Советский патент 1982 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в цифровых измерительных приборах, устройствах автоматического управления, системах сбора и обработки данных.

Известен аналого-цифровой преобразователь последовательного счета, содержащий устройство сравнения, на один из входов которого подается входной сигнал, а выход подключается к первому входу триггера, выходкоторого соединен с первым входом вентиля, второй вход вентиля соединен с первым выходом устройства уп- равления, второй выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя и вторым входом триггера, а третий выход подключен к первому входу счетчика, к второму вхо- . ду которого подсоединен выход вентиля, причем выход цифро-аналогового преобразователя подсоединен ко второму входу устройства сравнения Г Недостатком известного устройства является значительная потребляемая мощность, которая равна мощности, потребляемой устройством сравнения и цифро-аналоговым преобразователем .

Известен также аналого-цифровой преобразователь tia приборах с за-; рядовой связью, содержащий источник входного сигнала, выход которого соединен со входом устройства выборки входного сигнала, ) ройств задержки и запоминания сигнаЛ{1, где п - число двоичных разрядов преобразователя, все устройст10ва задержки и запоминания сигнала имеют по два выхода, причем первый выход каждого соединен со входом последующего устройства задержки и запоминания сигнала, выход устрой15ства выборки входного сигнала соединен со входом первого устройства задержки и запоминания сигнала, выход ()-ro устройства задержки и запоминания сигнала и вторые выходы ос20тальных устройств задержки и. запоминания сигнала соединены со входами () устройств выборки выходного кода 2 .

25

Недостатком устройства является низкое быстродействие, обусловленное большим периодом времени выравнивания заряда между последовательно соединенными устройствами задержки

30 и запоминания сигнала. Цель изобретения - повьлиение быстродействия . Указанная цель достигается тем, ЧТО в аналого-цифровой преобразователь на приборах с зарядовой связью содержащий источник входного сигнала, выход которого через блок выбор ки входного сигнала соединен с вход первого из () блоков задержки и запоминания сигнала, соединенных последовательно,, где п число разрядов устройства, дополнительные (2 /2-1) блоков задержки и запоминания сигнала, соединенные последовательно, введены инверторов, цифро-аналоговый преобразователь и многовходовый блок задержки и запоминания сигнала, причем вторые выходы ( -1) блоков задержки и запоминания сигнала соединены с вхо дами многовходового блока задержки и запоминания сигнала и через (2 инверторов соединены с входами цифр аналогового преобразователя, выход которого соединен с аналоговым входом многовходового блока задержки и запоминания сигнала, выход которого соединен с входом первого из дополнительных () блоков задер ки и запоминания сигнала. На чертеже показана структурэлектрическаясхема устройст° Vnia4 вх.макс.

о,1,г ,, 4 Чвх. макс бх .макс1

4 Tex.iAaKC 4 вх.макс

Д

а %х. .мо(кс.бх.%х.такс.1 «-Пах- ГЯ.,

I вх. мако

-f - -I

бхГ 4 %х. макс 14 %х.мс( 1 ех.мокс I

4 %х.мс1кс Явх.макс 6x 4%х.макс

f о

3%х 4%х.макс %х вх,макс

0..макс

1 3

v,,H Iex1 вх. MdKc авх.малс .4 %х.«оке

3 .макс Вх Явх.макс Явх.мс|кс входной сигнал (заряд). Инверторы 10-12 осуществляют считывание сигналов и преобразование считанных сигналов в инверсный код , который

8Х.4%Х.МС5КС.1

3, Устройство содержит источник 1 входного сигнала, блок 2 выборки входного сигнала, блоки 3-9 задержки и запоминания сигнала, инверторы 10 - 12, цифро-аналоговый преобразователь 13. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени t 0 блок 2 осуществляет временную выборку входного сигнала (заряда; ) q,gy(0), пропорционального сигналу Ugx(O) с выхода источника 1, В момент времени t Т/2,. где Т - период тактовых импульсов питания, сигнал (.заряд ) с выхода блока 2q, q,g)( (0) поступает на вход блока 3, с выхода которого поступает на вход блока 4, и далее - на вход блока 5, Емкость хранения С,. блока 2 входного сигнала и емкости хранения С- , где i 3,4,.. 9, блоков 3-9 равны следующим величинам: C(j, €3 С4 С 4Со, Сь 12 GO, С-, С8 Сд GO, где GOемкость хранения, соответствующая младшему разряду аналого-цифрового преобразователя. На входах инверторов в зависимости от величины входного сигнала и хпоявляются сигналы V-io соответствующие логическим сигналам (2 О или 1. Величины логических сигналов с - а определяются из следующих соотношений: 60 поступает на входи цифро-аналогового преобразователя 13. В момент времени происходит следующая выборка входного заряда ((Т, в это же время сигналы (заряды) с вторых выходов 65 блоков 3 - 9 и выхода цифро-аналогово59479596

го преобразователя 13 поступают на . сигнал (заряд) цифро-аналогового прйвходы блока 6, имеющего емкость хра- образователя 16 определяется из еле нения С (j , равную С 12Сд, Выходной дующего соотношения:

.Aaкc %x ft.clкc

4 %х. MdKc 0. Vex.макс вх. Н-вх-макса%х.глакс4%х..

31

.мак, %x.MdKcС выхода блока поступает на вход сигнал (.заряд), с равен о, 0, +0 Tfc вх На выходах блок

0. °-%- 8 V.MdKC

ff1

Ь I %х .MCiKC в . мате % .MaKC

Э вх . макс Нь 4- l-вх. макс Следовательно, в аналого-цифровом преобразователе преобразование вы-входного сигнала в код осуществляется в течение двух аналогичных циклов. При этом одновременно происхс- дит преобразование двух временных выборок входного сигнала. Вследствие этого период квантования входного сигнала равен периоду тактовых импульсов питания.

В аналого-цифровом преобразователе происходит сложение выборки входного сигнала (заряда) gj с суммой эталонных сигналов

l -i-t

а,

Вх.мокс

isl

величина которой определяется инверсным кодом, полученным за первый цикл

преобразования. Полученный сукмарйый сигнал Сзаряд с},-, раскладывается JQ на втором цикле на отдельные составляющие следующим образом:

5,

li

5

+mil ч,-Я,,-,

Ягвх.макс

йк.макс

л-п

V . макс

Уменьшение квантования аиалогоцифрового преобразователя по сравнению с прототипом достигается за счет сокращения в ( 1) ,/ ( раз числа блоков задержки и запоминания сигналов на одном этапе разлоб сигнал (зарядумости от величины входного сигнала, блока 7. Выходной«Vex - появляются логические сигнавыхода блока б 15 ,, соответствующие заряг-пв блоках / - 9. Величины логических № 4TBX.MqKC.-сигналов 0 определяются из следующих ов 7 - 9 в зависи-соотношений: О, 0.cv. f, Vi-0 / %x.Mc.KC .макс. -(1 1 .макс 16 %х. .wd№ I -(3 3 % №%х.глакс 6 4 %х.макс, О, 0.%4ЧвХ.макс Г1-f %х.мо1кс ь%х.макс % 8 %и.1лакс Вх.макс I Ябх. fj,.MoiKc 1Ъi а % .макс % .макс. ,-c},q , хранимым соответственно жения вхо,цного сигнала (заряда) на составляющие. Отношение периода квантование Т цИзвестного аналого цифрового преобразователя к периоду квантования предлагаемого анало го-цифрового преобразователя опреде ляется из следующего соотношения ,1 „ тг- (n4l)e/ IW ЗТ). дь (n4ijcna где аЬ - точность воспроизведения размера на фотошаблоне. Отношение мощностиl jg, потребляв мой известным аналого-цифровым преобразователем, к мощности РПРГ потр яемой предлагаемым аналого-цифровым преобразователем при заданном периоде квантования практически ра но отношению площадей узлов преобр зователей, выполненных на приборах с зарядовой связью, и определяется из выра сения - . - -п аЗтХдца Таким образом, аналого-цифровой преобразователь имеет меньший перио квантования, что приводит к повышению его быстродействия более чем на порядок. Кроме того, имеется выигрыи по мощности. Устройство может быть использовано при изготовлении интегральных аналого-цифровых преобразователей, которые находят применение в цифро вых измерительных приборах с точно тью до 7-8 двоичных разрядов. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь на приборах с зарядовой связью, содержащий источник входного сигнала, выход которого через блок выборки входного сигнала соединен с входом .первого из ( блоков задержки и запоминания сигнала, соединенных последовательно, где п - число разрядов устройства, дополнительные () блоков задержки и запоминания сигна- ла, соединенные последовательно, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия , в него введены () инверторов, цифро-аналоговый преобразователь и многовходовый блок задержки и запоминания сигнала, причем вторые выходы ( l блоков задержки и запоминания сигнала соединены с входами многовходового блока задержки и запоминания сигнала и через () инверторов соединены .с входами цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с аналоговьм входом многовходового блока задержки и запоминания сигнала, выход которого соединен с входом первого из дополнительных () блоков задержки и запоминания сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Пухов Г.Б. Справочник по аналоговой вычислительной технике. Киев, Техника:, 1975, с.250. 2.МоЬ T,D.,Salocmoic А.Т. А. Charge transterdevice logic cell.- SolidStale Electronics, 1974, V 17,N 11,. p.1147-1154 (прототип). I 1