Аналого-цифровое устройство

 

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А у у Н 03 К 1 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ йеавгсЬ йЫ

& и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3338330/18-21 (22) 27.09.81. (46) 15.05.83. Бюл. и 18 (72) В.М.Мудрецов (53) 681.825(088,8) (56) 1. Гитис З.И. Аналого-цифровые преобразователи. М,, Знергоиздат, 1981, с. 234.

R. "Злектроника", N 20, 1980, с. 94. (54)(57) 1 АНАЛОГО-ЦИфрОВОЕ YCTPCA

СТВО, содержащее генератор псевдослучайной цифровой последовательности, аналого-цифровой преобразова" тель, включающий цифроаналоговый преобразователь, блок управления и блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения, второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, а вы„„SU„„.1 0182 ход - с первым входом блока управления; выходы которого соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя и через сумматор с информационными входами регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введен блок логических инверторов, выходы . которого соединены с вторыми входами сумматора, а входы соединены с вторыми входами цифроаналогового пре- образователя и с выходами генератора псевдослучайной цифровой последовательности, управляющий вход которого соединен с шиной сийхроимпульсов, с вторым входом блока управления, с а управляющим входом регистра и первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого подключен к входной шине, 10

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что цифроаналоговый преобразователь выполнен на первых и вторых стабилизаторах тока, на первых и вторых переключателях тока, на весовом сумматоре, выход ксторого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а вхо ды соответственно соединены через последовательно соединенные первые!

82З9 переключатели тока и первые стабилизаторы тока и через вторые переключатели тока и вторые стабилизатрры тока с шиной питания, при этом управляющие входы первых переключателей тока соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя, вторые входы которого соединены с управляющими входами вторых переключателей тока.

Изобретение относится к технике преобразования электрических сигналов, может быть использовано в измерительной и Bbl÷èñëèòåëüíoé технике, а также в других областях техники, где требуется преобразовывать сигналы из аналоговой формы в цифровую.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) построенный по принципу последовательного приближения, содержащий блок сравнения, сдвигающий регистр, генератор, группу элементов, регистр„ преобразователь код-напряжение и связи между ними1 1).

Недостатком этого преобразователя является нелинейность, которая объясняется тем, что точки перехода в передаточной характеристике АЦП имеют разброс относительно своих номинальных значений, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналого-цифровое устройство, содержащее блок выборки.и хранения, выход которого через АЦП, цифровой сумматор соединен с регистром, а вход че рез блок вычитания, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП} соединен с генератором псевдослучайной цифровой последовательности (ГПСЦП) и с управляющим входом цифрового сумматора1 2).

Недостатком этого устройства является низкая точность преобразованиу, это объясняется тем, что блок выборки и хранения должен иметь вдвое больший динамический диапазон по сравнению с диапазоном ЦАП, что снижает его точность, поскольку алгебраическая разность между входным сигналом и сигналом с выхода Ц П может вдвое превышать максимальный сигнал с выхода ЦАП, когда они синфазны и

Причем цифроаналоговый преобразователь выполнен на первых и вторых стабилизаторах тока, на первых и имеют, пиковые значения, а этовызывает в прототипе дополнительные переходные процессы в блоке выборки и хранения, снижающие точность преобразования, для завершения которых необходимо дополнительное время, что увеличивает также и время преобразования.

Целью изобретения является повышение точности преобразования-, Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровое устрой" ство, содержащее генератор псевдослучайной цифровой последователь15 ности, аналого-цифровой преобразователь, включающий цифроаналоговый преобразователь, блок управления и блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения, второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - с первым входом блока управления, выходы которого соединены с первыми входами цифроаналогового

25 преобразователя и через сумматор с информационными входами регистра, введен блок логических инверторов, выходы которого соединены с вторыми входами сумматора, а входы соединены

З0 с вторыми входами цифроаналогового преобразователя и с выходами генера" тора псевдослучайной цифровой последовательности, управляющий вход которого соединен с шиной синхроиипуль35. сов с вторым входом блока управления, с управляющим входом регистра и первым входом блока выборки и хране" ния, второй вход которого подключен к вхоДной шине.

Работа АЦП для случая, когда навыходе ГПСЦП 5 во всех разрядах нули, Синхроимпульс поступает на тактовый вход блока б управления и устанавливает триггер старшего разряда 21 в состояние "l", а все осталь-, ные триггеры 21 в состояние "В", устанавливает в "0" все-разряды сдвига)ощего регистра 19, переключает триггер 23, который, в свою очередь, запускает генератор 22 тактов.

Количество тактов в цикле преобразования равно числу разрядов плюс один.

В первом такте работы АЦП, длительность которого формирует генератор 22, блок 7 сравнения сравнивает напряжение с выхода блока 1 выборки и хранения с эталонным напряжением, подаваемым с ЦАП 4 и соответствующим единице старшего разряда ЦАП 4, поскольку на выходе триггера 21 старшего разряда в данном такте "1", а на выходе остальных триггеров 21 "0".

Если напряжение с выхода блока 1 выборки и хранения больше эталонного напряжения, то на выходе блока 7 сравнения к концу первого такта будет "0" и в старшем разряде триггера

21 сохраняется "1", если же напряжение с выхода блока 1 меньше эталонного напряжения, то блок 7 сравнения к концу первого такта выдает "1", которая, пройдя через элемент И 20 первого разряда, устанавливает триг" гер 21 первого разряда в состоя",. -. ние "0".

8 конце первого такта под действием первого импульса в.этом цикпе преобразования с. генератора 22 происходит запись "1" в первый разряд сдвигающего регистра 19, что обеспечивает подачу эталонного напряжения второго разряда с ЦАП 4 на.блок 7. Далее все операции повторятся также, как и в первом такте.

Таким же образом выполняются и все остальные такты работы АЦП. Всего в цикле преобразования выполняется

И+1 подобных тактов, по числу разря-, дов в АЦП.

К концу цикла преобразования "1 появляется на последнем выходе сдвигающего регистра 19. Она поступает на триггер 23, переключает его, в резулг,тате чего останавливается генератор

22, подготовив таким образом блок 6 а

Э 1018239 4 вторых переключателях тона, на весовом сумматоре, выход которого сое,.динен с выходом цифроаналогового преобразователя, а входы соответст" венно соединены через последовательно соединенные первле переключатели тока и первые стабилизаторы тока и через вторые переключатели тока и через вторые стабилизаторы тока с шиной питания, при этом управляющие 1в входы первых переключателей тока соединены с первыми входами цифроана.логового преобразователя, вторые входы которого соединены с управляющиМи входами вторых переключателей 1З тока.

На фиг. 1 представлена функцио-. нальная схема предлагаемого аналого-цифрового устройства; на фиг. 2функциональная схема ЦАП; на фиг.3функциональная схема одного разряда ГПСЦП; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления.

Аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 выборки и храненид; сумматор 2, регистр 3, ЦАП 4, ГПСЦП 5 блок 6 управления, блок 7 сравнения и блок 8 логических инверторов, ЦИфроаналоговый преобразователь содержит весовой сумматор 9, первые стабилизаторы 10 тока, вторые стабилизаторы 11 тока, первые переключатели 12 тока и вторые переключатели 13 тока.

Один разряд ГПСЦП содержит сдвигающий регистр 14, очетчик 15, логический элемент 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, триггер 17 и реэисггор 18.

Блок управления содержит сдвигающий регистр 19, логические элементы И 20, триггеры 21, генератор 22 тактов :и триггер 23.

Устройство работает следующим образом, На первый вход блока 1 выборки и хранения поступает аналоговый сигнал, а .на второй вход - синхроимпульс, благодаря которому запоминающий конденсатор блока 1 выборки и хранения заряжается пропорционально мгновенному значению аналогового сигнала в момент действия синхроимпульса.

По окончании действия синхроимпульса на выходе блока 1 выборки и хранения напряжение остается постоянным и пропорциональным мгновенному эначен-.ie аналогово о сигнала до момента прихода следующего синхроимпульса.

5 10182 управления к следующему циклу преобразования.

К этому времени на выходе триггеров 21 зафиксируется некоторая кодовая комбинация, соответствующая 5 мгновенному значению входного сиг-. нала в момент действия синхроимпульса, Работа АЦП для случая, когда н выходах ГПСЦП 5 действует код, отлич- to ный от нуля.

Благодаря действию ГПСЦП 5 точки перехода в передаточной характеристике АЦП случайным образом как бы перебрасываются перед каждым циклом преобразования в различные точки динамического диапазона, благодаря чему достигается эффект распределения ошибок линеаризации по этому диапазону, что в конечном счете проявляется в значительном уменьшении нелинейности АЦП.

Один разряд ГПСЦП 5 работает следующим образом, Необходимая для генерации цифро 25 вой последовательности обратная связь осуществляется при помощи элемента

16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, При включении питания выходы сдвигающего регистра 14 находятся в про" изаольных логических состояниях. Эти разряды под действием синхроимпульсов сдвигаются и поступают на вход триггера 17, после чего на вход счетчика 15 на информационный вход

35 сдвигающего регистра 14 и элемент

16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, который включен в разрыв сдвигающего регистра 14. В результате на выходе ГПСЦП 5 имеется цифровая последовательность сигналов с большим периодом повторения.

В том случае, если во время включения во всех разрядах сдвигающего регистра 14 устанавливаются нули,.

ГПСЦП 5 может остановиться, Чтобы э-,ого не происходило применяется че" тырехразрядный счетчик 15, который

39 6 в случае всех нулей в регистре 14 принимает на выходе значение "1", которая поступает на управляющий вход регистра 14 и переводит его выход в третье (разомкнутое) состояние, в результате чего в информационный по- ток на входе триггера 17 при помощи резистора 18 вводится логическая "1", которая начинает циркулировать и таким образом восстанавливается нормальный режим работы.

ГПСЦП 5 в каждом последующем цикле сдвигает точки перехода в йередаточной характеристике АЦП по отношению к предыдущему циклу, управляя случайным образом переключателями

12 токов, которые переключают эталонные токи, стабилизированные стабилизаторами 10 в ЦАП 4, Эталонные токи, пропорциональные кодам с выхода ГПСЦП

5, суммируются на весовом сумматоре 9 с эталонными токами, коммутируемыми блоком 6 управления.

Таким образом, к концу кажросо цикла преобразования в триггерах 21 блока 6 управления будет записан: код, соответствующий сумме преобразуемого входного сигнала и псевдослучайной цифровой последовательности с ГПСЦП 5.

Для того, чтобы исключить влияние сигнала с выхода ГПСЦП 5 на результат преобразования входного аналогового сигнала, посредством цифрового сумматора из кода с выхода блока 6 управления вычитается код с выхода ГПСЦП 5, только операция вычитания заменяется операцией суммирования с кодом, проинвертированным в блоке логических инверторов 9.

Использование изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить точность преобразования не менее, чем вдвое, поскольку блок выборки и хранения имеет в два раза меньший динамический диапазон и переходные процессы меньшей длительности.

1018239

1018239

Составитель Л,Беляева

Техред А. Ач Корректор А,Ильин

Редактор А.Химчук филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 3561/54 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5