Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к устройствам преобразования амплитуд аналоговых сигналов в цифровой код и применяется в составе устройств измерения амплитудных значений сигналов произвольной формы.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, цифро-аналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения и компаратор, первый вход которого связан с выходом цифро-аналогового преобразователя, а со вторым соединен зажим, на который поступает измеряемый сигнал . .

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифро-аналоговый преобразователь, регистр последовательного приближения, компаратор, первый вход которого связан с выходом цифро-аналогового преобразователя, а со вторым соединен зажим на который поступает измеряемый сигНсШ, источнию опорного напряжения и элемент подстройки, соединенный с третьим входом компаратора Г2.

Недостатком известных устройств является низкая точность преобразования и быстродействия.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых сигналов и повышение точности и быстродействия преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий регистр последовательного приближения,цифро-аналоговый преобразователь, выход которого сое10динен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом элемента подстройки, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вы15ход которого соединен с первым входом цифро-аналогового преобразователя, введены п-разрядный сдвиговый регистр, п элементов ИЛИ,реверсивный п-разрядный счетчик, элемент ввода кода,

20 элемент сдвига кода, элемент И, триггер управления, ко1лмутатор, генератор калибровочных импуль сов и генератор команд, первый вход которого соединен с входом п-разряд25ного сдвигового регистра, п-выходов которого через элементы ИЛИ соединены с входами элемента подстройки и с первыми входами п-разрядного реверсивного счетчика, а (п+1)-й выход через

30 триггер управления - с первым входомi элемента сдвига кода и первым входом генератора команд, второй выход кото рого соединен с BTOPL-JM входом элемента сдвига кода, третий вход которого соединен с выходом кo mapaтop9 и с первым входом элемента И,, первый выход - с вторым входом реззерсивного счетчика, а второй выход - с вторым входом генератора команд, третий выход которого соединен с вторым входом элемента И, четвертый выход - с первым входом элемента ввода кода, пя .тый вход - с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом генератора калибровочных импульсов, третий вход - с входной шиной, а выход - с третьим входом ком паратора, при этом выходы реверсивного счетчика соединены с вторыми входами элементов ИЛИ, причем выход элемента И соединен с входом регистра последовательного приближения, выход которого соединен с вторым входом элемента ввода кода, выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого преобразователя. Преобразователь состоит из источника 1 опорного напряжения, регистра 2 последовательного приближения, цифро-аналогового преобразователя 3, компаратора 4, элемента подстройки 5, п-разрядного сдвигового регистра б, п элементов ИЛИ 7, п-разрядного ревер сивного счетчика 8, элемент 9 ввода, элемент 10 сдвига кода, элемент И 11, триггера 12 управления, коммутатора 13, генератора 14 калибровочных импульсов, генератора 15 команд, шину 16 синхронизации, входную шину 17. Первый выход генератора 15 команд соединен с входом сдвигового регистра б, п выходов последнего через злементы ИЛИ 7 подключены к входам элемента подстройки и входам реверсивного счет чика 8, п выходов которого соединены с вторыми входами соответствующих элементов ИЛИ 7, а Сп+1)-й выход сдви гового регистра б через триггер 12 управления соединен с входом элемента 10 сдвига кода, первый выход последнего соединен с Сп+1)-м входом реверсивного счетчика 8, второй выход - с входом генератора 15 команд, а второй вход - с вторым выходом генератора 15 команд. Выход триггера 12 управления соединен с вторым входом генератора 15 команд. Третий выход генератора 15 команд соединен с входом элемента И 11, выход которого через регистр 2 последовательного приближения и элемент 9 ввода соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 3, а четвертый выход - соединен с вторь м входом элемента 9 ввода. Выходы источника 1 опорного напряжения соединены соответственно к входам элемента подстрой ки 5 и цифро-аналогового преобразователя 3, выход которого соединен с втopы входом компаратора 4, первый и третий входы последнего соединены с выходами соответственно ком1 1утатора 13 и элемента 5 подстройки, а выход с третьим входом элемента 10 сдвига кода и первым входом элемента И 11. Пятый выход генератора 15 команд соединен с третьим входом коммутатора 13, второй:вход которого соединен с выходом генератора 14 калибровочных импульсов, а первый соединен с ишной 17, на которую поступает измеряемый сигнал. Шестой выход генератора 15 команд соединен с шиной 16. Преобразователь работает следующим образом. Первоначально генератор 15 команд устанавливает в исходное состояние сдвиговый регистр б, регистр 2 последовательного приближения, реверсивный счетчик 8 и триггер 12 управления, и производится подстройка аналого-цифрового преобразователя. Генератор 15 команд записывает единицу в старший разряд сдвигового регистра б, которая через элемент ИЛИ 7 поступает на вход старшего п-го разряда элемента 5 подстройки, выполненного в виде цифро-аналогового преобразователя. Сигнал с выхода поЬледнего поступает на вход компаратора 4 . Генератор 15 команд опрашивает состояние компаратора 4 и, если величина корректирующего сигнала на выходе элемента подстройки 5 велика, элемент 10 сдвига кода генерирует сигнал, .по которому генератор 15 команд . выполняет сдвиг кода в регистре б, подключая к входу компаратора 4 Корректирующий сигнал, соответствующий включенному (п-1)-ому разряду элементу 5 подстройки. Если первоначально подключенный к входу компаратора 4 корректирующий сигнал окажется недостаточным, то элемент 10 сдвига кода формирует команду записи единицы в соответствующий разряд реверсивного счетчика 8, а затем, сдвинув код в регистре б, подключает к входу компаратора 4 корректирующий сигнал, соответствующий включенному следующему (п-1)ому разряду, на входе элемента 5 подстройки. Процесс повторяется, реализуя последовательное приближение кода в реверсивном счетчике 8 и соответствующего ему корректирующего сигнала на выходе цифро-аношогового преобразователя 5 к необходимым для приведения компаратора 4 в нулевое состояние. После этого сигналом с (п+1)-го выхода сдвигового регистра б триггер 12 управления устанавливается в единичное состояние, а элемент 10 сдвига кода блокирует сдвиговый регистр б и переводит реверсивный счетчик 8 в ре жим отслеживания записанного в него двоичного кода. В дальнейшем в моме ты коррекции нулевой точки компарато ра 4 код в реверсивном счетчике 8 претерпевает изменения, равные ±1 единице его младшего разряда, соответственно и корректирующий сигнал на выходе цифро-аналогового преобра зователя 5 изменяется на величину, равную +1 единице его младшего разр да. Одновременно единичный сигнал с триггера 12 поступает на генератор 15 команд, а последний через элемен И 11 записывает единицу в старший р ряд регистра 2 последовательного при ближения и разрешает прохождение из меряемого сигнала через коммутатор 13 на вход компаратора 4, если изме ряемый сигнал не импульсный или подает на шину 16 синхронизации коман ду, синхронизирующую появление импульсного измеряемого сигнала. В дальнейшем генератор 15 оманд разрешает элементу 9 ввода подключит к цифро-аналоговому преобразователю 3 старший разряд регистра 2 последовательного приближения, а по состоянию компаратора 4 после его подключёния выполняет необходимое измене. ние кода в регистре 2 последовательного приближения, реализуя последовательное .приближение кода к искомой величине. Если при реверсивном отслеживании нулевой точки компаратора 4 элемент 10 сдвига кода зафиксирует несколько последовательных команд изменения кода в одном направлении, например три, что может иметь место при сбое генератор 15 команд переводит в исходное состояние триггер 12 управления, часть разрядов сдвигового регистра б и реверсивного счетчика 8, а затем выполняет алгоритм последовательного приближения кода цифроаналогового преобразователя 5 к значению, соответствующему нулевой точке компаратора, после чего найденный код корректируется с дискретно,стью +1 младшего разряда аналогично описанному выше. Предлагаемый преобразователь повышает точность преобразования аналоговых сигналов в цифровой код, быстродействие преобразования за счет ускорения продес са отслеживания нулевого состояния компаратора, расширяет динамический диапазон измеряемых сигналов. Форь1ула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий регистр последовательного приближения, цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом элемента подстройки, первый вход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с первым входом цифро-аналогового преобразователя, отличающий ся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых сигналов, а также повышения точности и быстродействия преобразования, в него введены п-разрядный сдвиговый регистр, п элементов ИЛИ, реверсивный п-разрядный счетчик, элемент ввода кода,элемент сдвига кода, элемент И, триггер управления, коммутатор, генератор калибровочных импульсов и генератор команд, первый выход которого соединен с входом п-разрядного сдвигового регистра, п выходов которого через элементы ИЛИ соединены с входами элемента подстройки и первыми входами п-разрядного реверсивного счетчика, а (п+1)-й выход через триггер управления - с первым входом элемента сдвига кода и первым входом генератора команд, второй выход которого соединен с вторым входом элемента., сдвига кода, третий вход которого соединен с выходом компаратора и с первым входом элемента И, первый выход с вторым входом реверсивного счетчика, а второй выход - с вторым входом генератора команд,третий выход которого соединен с вторым входом элемента И, четвертый выход - с первым входом элемента ввода кода, пятый вход - с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом генератора калибровочных импульсов, третий вход - с входной шиной, а выход - с третьим входом компаратора, при этом выходы реверсивного счетчика соединены с вторыми входами элементов ИЛИ, причем выход элемента И соединен с входом регистра последовательного приближения, выход которого соединен с вторым входом элемента ввода кода, выход которого соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Контрольно-измерительная техника. 1979, № 28, с. 11-14. 2.Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ, 1976, № 10, с. 26-32 (прототип) .