Многоканальный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/17 

.1 . .;.;

Изобретение относится к цифpoвoiJ измерительной технике и предназначено для построения мноГОК анальнЕЯХ систем сбора измерительной информа ции с пространственным разделением каналов.

Известен многоканальный АЦП, содержащий кодирующий блок и входной кЪммутатор аналоговых сигналов J.

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, обусловленное JJaздeльным во времени кодированием, информации отдельных каналов .

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности многоканальный аналого-цифровой преобразователь , содержащий та ктовый ге нератрр, выход которого через ключ соединён с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска , выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым вхоЛоы. компаратора соответствующего i aHaha, второй вход которого подключен к измерительной ишне канала, а выход кЬмпаратора соединен с управляющим входом элемента И соответствующего ка-

нала, выход которого подключен к входу счетчика канала, а управлярций вход ключа соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второй с шиной сигнала считывания 2 J.

Пониженное быстродействие известного устройства обусловлено тем, что развертка общей меры в каналах выпол10няется последовательно квант за квантом. Поэтому число тактов для уравнрвешивания оказывается равным числу уровней квантования.«

Цель изобретения - повышение быст 5 родействия многоканального МЩ.

Указанная цель достигается тем, что в.многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ

20 соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса котррого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчато25го напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управ30 ляющим входом элемента И соответствующего канала, выход которого подключ к входу счетчика .канала, а управляю 1ЦИЙ вход ключа соединен с выходом . триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а вт рой вход - с шиной сигнала считыван введены многоразряднвлй резистивный делитель, аналоговые ключи, распределитель, многовходовый элемент ИЛИ элемент НЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов, а в каждый канал - элемент ИЛИ, триггеры памяти и дополнительные компараторы, пе вые входы которых соединены с выходами ступеней младшего разряда мног разрядного резйстивного делителя, включенного между выходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной, вторые входы - с измеритель- ной шиной соответствующего канала, а выходы подключены к первым входам триггеров памяти, вторые входы хоторых соединены с выходом элеменfa ИЛИ канала, первый вход каждого элемента ИЛИ подключен к входу сбро са счетчика .канала, второй вход к управляющему входу элемента И, вход которого соединен с управляющими входами дополнительных компараторов и через формирователь строб импульса подключен к входу запуска генератора ступенчатого напряжения и распределителя, выходы которого соединены с входами управления аналоговых ключей, каждый из которых включен между ступенью, соответствую щего старшего разряда многоразрядно го резйстивного делителя и общей шиной, вход сброса распределителя соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса регистра, адресов, информационные вхо/цл которого соеди нены со вторыми входами соответству щих элементов ИЛИ каналов и входами многовходового элемента ИЛИ, вых которого подключен к управляющему входу ключа и через элемент НЕ соед нёнЪ шиной сигнала считывания. На чертеже.изображена функционал ная схема .мнохоканального АЦП. Схема содержит измерительные шины 1 каналов, каналы 2 с компаратором 3, группами дополнительных ко параторов 4, триггерами 5 памяти, элементом ИЛИ б,счетчиком 7 и элементом , распределитель 9, аналоговые ключи 10, декады ступеней м горазрядногорезйстивного делителя от первого старшего разряда 11 (R) до предпоследнего 12 (R 1 6 i и последнего 13 {R - 1 rf) младшего раз ряда, генератор 14 ступенчатого напряжения,,ключ 15, многовходовый эл мент ИЛИ 16, тактовый генератор 17, формирователь 18 строб-импульса, элемент НЕ 19, триггер 20, шину 21 сигнала считывания, шину 22 сигнала запуска и регистр 23 адресов (каналов) . - . Устройство работает следующим образом. По внешнему сигналу запуска в шине 22 АЦП переключается в исходное состояние,- при котором все аг алоговые ключи 10 по соответствующим сигналам распределителя. 9 шунтируют декады ступеней 11-13 делителя на общую шину, на-выходе генератора 14 сгупенчатого напряжения (ГСН) устанавливается нулевое напряжение, триггер -20 переключается, а ключ 15 деблокируется и, кроме того, триггеры 5 па1ушти, с/етчики 7 и регистр 231. сбрасываются в нулевое положение. Наличие нулевого сигнала в ши- .. не 21 при нулевом напряжении на выходе ГСН является признаком того, что во всех измерительных каналах 2 измеряемые величины равны нулю. Если хотя бы в одном из каналов измеряемая величина превысит нулевое значение, то изменившимся на единичное значение сигналом компаратора 8 соответствующего канала, переданным через элемент ИЛИ 16, откроется предварительно деблокированный ключ 15 и-первым появившимся тактовым импульсам генератора 17 пере ключается ГСН 14. При этом на выходе ген появляется цервая ступень на-. пряжения. Ступени 13 делителя, равные Q (где , -И- число десятичных разрядов выходного кода), совместнб с компараторами 4 образуют АЦД считывания, которые в зависимости рт числа декад ступеней 13 смогу.т работать в соответствузЬщих пределах.Требуемый шаг квантования по уровню, величина которого равна единице младшего разряда кода, задают выбором соответствующего соотношения между единичной ступенью выходного напряжения ГСН, пропорциональной единице предпоследнего младшего разряда кода, и величиной ступени 13 делителя. ВЕлходное напряжение ГСН распределяется по ступеням 13 всегда с равным и постоянным приращением, образуя равномерную шкалу квантования. Если измеряемая величина н канале не превышает уровня установленной ступени ГСН, то часть компараторов 4 соответствующего канала по импульсу стробирования формирует единичные сигналы, которые переключают связанные с ними триггеры 5 намяти, а компаратор 3 данного канала изменяют на своем выходе ранее установленный единичный сигнал на нулевой. Формирование строб-импульса в элементе 18 происходит с задержкой во времени, цревышающей задержку установления ступени ГСН и задержку компаратора 3 грубого сравнения, что обеспечивает правильную работу компараторов 4 точного сравнения и блокирование появившимся нулевым сигналом компаратора 3 передачи через элемент- И строб-импульса в счетчик 7 в соответствующем канале.

Если после установления первой ступени ген окажется, что ни в одном из каналов измеряемая-величина не првышает этот уровень, то нулевым сигналом элемент ИЛИ 16 блокируется дальнейшая передача тактовых сигналов через ключ 15. Одновременно единичным сигналом элемента НЕ 19 пе-. реключается триггер 20, который блокрует ключ 15 на время считывания кода из триггеров памяти в процессор (или регистратор) до появления очередного внешнего сигнала запуска АЦП Код считывается при изменении сигнала в шине 21 с нулевого, значения на единичное (цепи считывания на чертеже не изображены).

Направленное обращение к каналам для считывания кода производится в соответствии с содержимым регистра 23;адресов каналов, указывающим в каких каналах появились единичные сигналы компараторов грубого сравнения в данном цикле преобразования.

Если после установления первой стпени ген окажется, что хотя бы в одном из каналов измеряемая величина превышает установленный уровень напряжения ген, то единичный сигнал компаратора 3 соответствующего канала, переданный через элемент ИЛИ 16, разрешит в последующем переключение ген очередным-тактовым сигналом на уровень второй ступеHiT, а в данном такте разрешит передачу згццержанного строб-импульса через элемент И 8 в счетчик 7 данного канала. Внутри канала.единичный сигнал компаратора 3 фиксирует нулевое положение триггеров 5 памяти.,.

Одновременно с переключением ГСН на BTopVTo ступень этим же тактовым сигналом переключается также распределитель 9. На его первом выходе появляется сигнал, по которому соответствующий ансшоговый ключ размыкается и .тем самым включает последовательно со ступенями 13 делителя одну ступень 12, равную сумме ступеней 13, т.е. R-l.. Так как одновременно с увеличением напряжения . ген на одну ступень пропорционально возросло и сопротивление делителя, то пЪиращение напряжения на каждой ступени 13 относительно соседней сохраняется прежним, но само напряжение на каждой ступени 13 возрастает при этом на величину ступени ген.

Описанный процесс изменения выходного напряженияген и последовательного включения в делитель соответствующих ступеней различных разрядов при сохранении отношения напряения ген к величине српрютивления делителя продолжается до тех пор, пока очередной уровень ГСН не превысит наибольшего из значений измеряемых величин в каналах. При этом компараторы грубого сравнения всех каналов сформируют нулевые сигналы и на шине 21 появится единичный сигнал

на считывание кодов в процессор.

Число, Написанное.в счетчике 7 канала, представляет код и-1 старших разрядов измеренной величины в данном канале, а в триггерах памяти этого канала фиксируется код младшего разряда.

После считывания кодов процесс преобразования повторяется аналогично описанному выше.

При использовании Ри декад компараторов 4 в каждом канале число так-, тов преобразования не превышает 0 что в Ютраз больше скорости rti преобразования известного устройства.

екорость преобразования данного мно-. гоканального АЦП дополнительно воз-rt растает также благодаря ациклическому режиму уравновешивания в каналах. При необходимости считьшание кодов

можно организовать по мере готовности каждого из каналов кодирования, признаком чего является изменение сигнала компаратора 3 грубого сравнения с единичного на нулевой. Ациклическое считывание кодов отдельных каналов до завершения йреобразования во всех каналах позволяет дополнительно повысить быстродействие АЦП в системе.

Формула изобретения

Многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управ-, ляющим входом элемента И соответствующего канала, выход которого подключен к входу счетчика канала, а управляющий вход ключа соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второй вход - с шиной сигнала считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены многоразрядный. реэистивный делитель, аналоговые ключи, распределирель, многовходовый элемент ИЛИ, элемент ЙЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов а в каждый канал - элемент ИЛИ, триггеры памяти и дополнительные компараторы, первые входы которых соединены с выходами ступеней младшего разряда многоразрядного резистивного делителя, включенного между выходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной,, вторые входы - с измерительной шиной соответствующего канала, а выходы подключены к первым входам триггеров памяти, вторые входы которих соединены с выходом элемента ИЛИ канала, первый вход каждого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счётчика канала, второй вход - к управляющему вхЬду элемента И, вход которого соединен с -управляющими входами дополнйтель-: ных компараторов и через формирователь строб-импульса подключен к вхо ду запуска генератора ступенчатого напряжениями распределителя, выходы

которого соединены с входами управления аналоговых ключей, каждый из которых включен между ступенью соответствующего старшего разряда многоразрядного резистивного делителя и общей шиной, сброса распределителе соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса pei-HCTра адресов, информационные входы которого соединены со вторыми входами

0 соответствующих элементов ИЛИ Каналов и входами многовходрвого элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу ключа и через элемент НЕсоединен с шиной сигнала

5 считывания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Цапенко М.П. Измерительные 0 информационные системы. М., Энергия, 1974.

2.Универсальные электронные пре-образователи информации. Под ред.

В.В.Смолова. Л., Машиностроение, 1971, с. 52-53, рис. 1.20 (прототип

/2

//

//