Параллельный аналого-цифровой преобразователь

 

. 1. ЛАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗ.ОВАТЕЛЬ, содержавши два элемента ИЛИ, источник напряже;Ния смещения, дешифратор, группу компараторов младших разрядов, выходы кото1эых , кроме компаратора старшего из них разряда, объединены попарно, а . первые входа подключены к соответ . ствующим выходам резистивного делителя , первый вход которого соединен с выходом источника тока смещения, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повЁвиения точности преобразования путем уменьшения динамических погрешностей , в него введены 2 источяиков трка где ii - число старших. раэрядо1В преобразователя, ( ) последовательно-соединенных диодов, группа из

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (10

3(Я) Н 03 К 13 175

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ":

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ>9.К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3379228/18-21 (22) 07.01.82 (46) 23. 05. 83, Вюл. Р 19 (72) Г.И.Готлиб и В.Я.Загурский: ,(71) Институт электроники и вычисли-. тельной техники АН.- Латвийской CCP (53) 681. 325 (088.8) (56) 1. Патент СЙА М 3806915, кл. 340-347, 1975.

2.. Авторское свидетельство СССР

М 869026, кл. Н 03 К .13/175, 1980, (S4) (57). 1 TIAPAJUIEJIbHbIH АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два элемента ИЛИ, источник напряжения смещения, дешифратор, группу компараторов младших разрядов, выходы которых, кроме компаратора старшего иэ них разряда, объединены попарно, а первые входы подключены к соответствующим.выходам резистивного делителя, первый вход которого соединен с выходом источника. тока смещения, о тл и ч а ю шийся тем, что,с целью повьааеиия точности преобразова- . ния путем уменьшения динамических по:грешностей, в него введены 2(источников тока, где % — число старших . разрядов преобразователя, (2 -1 ) последовательн соединенных диодов, группа из (2 -1 ) компараторов старших разрядов, выходы которых, кроме компаратора старшего иэ них разряда, соединены попарно,резистивный сумматор,- два преобразователя ток- напряжение и преобразователь напряжение-ток, вход которого подключен к шине входйого сигнала, а выход. — к выходу первого источника тока, первому входу первого элемента ИЛИ и аноду первого иэ последовательно . соединенных диодов, катоды четных диодов из которых подключены к выходам соответствующих источников тока и остальным входам первого элемента ИЛИ,а катоды нечетных диодовк выходам соответствующих источников тока и к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выходы элементов, ИЛИ через соответственно. первый и

:второй преобразователи ток -. напряжение подключены к входам резистивного сумматора, при этом выход второго преобразователя ток-напряжение подключен к второму входу резистивного делителя, а выход первого преобразователя ток-напряжение подключен к вторым входам компараторов младших разрядов, выходы которых подключены g к первым входам дешифратора, вторые входы которого. подключены к выходам компараторов старших разрядов, пер-вые входы которых подключены.к выходу резистивного сумматора, вторые рходы - к соответствующим выходам Ф источника напряжения смешения, нричем выходы дешифратора подключены к выходным шинам.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен на резисторе, двух транзисторах и источнике тока, выход которого подключен к объединенньм базам обоих транзисторов и коллектору первого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, при этом эмиттер . второго транзистора через резистор подключен к вхоцу преобразователя напряжение-ток, выход которого соединен с коллектором данного транэис» тора.

1019623

Изобретение относится к вычислительной технике, и используется в быстродействующих системах обработки информации.

Известен параллельный аналогоцифровой преобразователь 1АЦП ), содержащий включенные параллельно анализаторы уровня, выполненные на дифференциальных каскадах, и схемы ИЛИ. Аналоговый сигнал поступаeã на сигнальные входы анализато- 10 ров- уровня, включенных параллельно. причем каждый анализатор уровня на своем выходе образует логический сигнал, значение которого определяется настройкой анализатора и величиной преобразуемого напряжения. Выходные сигналы анализатора преобразуются в код Грея или двоичный(1 3.

Основной недостаток AIgl — низ- ® кая точность преобразования.

Известен АЦП, содержащий группу. компараторов младших разрядов, выходы которых, кроме компаратора старшего разряда, объединены попарно, элементы И первой и второй группы, два элемента ИЛИ, три источника тока, источник напряжения смеше.ния, дешифратор и три резистивных делителя, причем первые входы двух

; первых делителей соединены соответственно с входной и общей шинами, вторые входы п к выходам .первого и второго источников тока смешения соответственно, а выходы деятелей попарно со сдвигом 35 на один резистор подключены к первым и вторым входам элементов И первой группы, первые выходы которых через первый элемент ИЛИ соединены с первьзли входами компараторов 4О младших разрядов, первые входы элементов И второй группы со сдвигом на один резистор по отношению к первым входам элементов И первой группы подключены к выходам пеРвого Ре-. 45 зистивного делителя, вторые входы элементов И второй группы подклю.чены к выходам второго резистивного делителя в точках подключения вторых . входов элементов И первой группы пер вые входы элементов И второй группы ,. через первые входы второго элемен. та ИЛИ соединены с первым входом третьего резистивиого делителя, .второй эха которого подключен. к выходу тре-. тьего источника тока, а выходы под- 55 ключены ко вторым входам компараторов младших.разрядов, вторые выходы элементов И первой и второй групп, кроме -последнего элемента И второй группы, подключены ко входам Я}

:дешифратора.. второй вход второго эле- мента ИЛИ соединен с выходом источ ника смещения(2 1.

Недостатком такого устройства является низкая точность преобразования65

l из-за наличия динамических погреш.ностей. 4ель изобретения - повышение точНооти преобразования .путем снижения динамических погрешностей.

Поставленная цель достигается тем, что в параллельный АЦП, содержащий два элемента ИЛИ, источник напряжения. смешения, дешифратор, группу компараторов младших разрядов, выходы которых, кроме компаратора старшего из них разряда, объединены попарно, а первые входы подключены к соответствующим выходам резистивного делителя, первый вход которого соединен с выходом источника тока смещения, введены 2 источников тока, где С - число старших разрядов преобразователя, (2 К -1 ) последовательно соединенных диодов, группа из, (2 1 }. компараторов старших разрядов, выходы которых, кроме компаратора старшего из них разряда. соединены попарно, резистивный сумматор, два преобразователя ток-. напряжение и преобразователь напряжение-ток, вход которого подключен к шине входного сигнала, а выход — к выходу первого источника тока, первому входу перво" го элемента ИЛИ и аноду первого из последовательно соединенных диодов . катоды четных диодов из которых подключены к выходам соответствующих источников тока и остальным входам первого элемента ИЛИ, а катоды нечетных диодов †. к выходам соответствующих источников тока и к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выходы элементов ИЛИ через соответственно первый и второй преобразователи ток-напряжение подключены к входам Резистивного сумматора, при этом выход второго преобразователя токнапряжение подключен к второму входу Резистивного делителя, а выход первого преобраэователя ток-напряже- ние подключен к вторым входам компараторов.младших разрядов, выходы которых подключены к выходам компараторов старших разрядов,. первые входы которых подключены к выходу резистивного сумматора, вторые входык соответствующим выходам источника напряжения смещения, причем выходы дешифратора подключены к выходным шинRMe

Причем преобразователь напряжение-ток выполнен на резисторе, двух транзисторах и источнике тока, выход которого подключен к объединенным базам обоих транзисторов и коллектору первого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, при этом змиттер второго транзистора через резистор подключен к входу преобразователя, напряжение-ток, выход которого соединен с коллектором данного транзистора.

1019623

На фиг.1 представлена структурная1 та ИЛИ 5 через преобразователь 7. схема п -разрядного параллельного подключен к входу резистивног . ум"

Ц ., ред азначенного для преобразо- матора 9 и сигнальным входам комвания входных сигналов произвольной . парафраз 12. Выход элемента -или 6 формы {представлен"один из вариан- : через преобразователь 8-падключен к тов выполнения АЦП, когда и =4,.чис- 5 другому входу резистивного сумматоло. старших. разрядов k =2 и равно.. ра 9 и одному входу реэистивного дечислу младших разрядов.,при этом в лителя 11, другой .вход которого сое каждом конкретном случае .разрядность динен с выходом источника 10 тока выбирают исходя из конкретных треба- смешения. Выходы резистивного деливаний ); на .фиг.2 - временные диаг- !О теля 11 соединены с.входами компараммы. пояснянаще работу АЦп (фиг.1) раторов 12. выходы которых соединедля входного сигнала в виде линейно.- ны попарно, кроме компаратора стар-. нарастакицега напряжения; ía фиг.3 — шего разряда. Выход реэистивйого электрическая схема преобразователя сумматора 9 подключен к .сигнальным напряжение-ток,, 15 входам компараторов .14, входы котоПараллельный АЫД содержит вход- рых подключены к -выходам.источника 13 ную шину 1. преобразователь 2 напря- напряжения смешения, а выходы.соедижение-ток, источники тока 3 ач икн тока 3, после- иены попарно, кроме компаратора стар.довательио включение диоды 4=1. 4=2, шего разряда. Выходы к первый элеиеит:.ИЛИ 5, зторой . 12 и 14 подключены к входам дешифэлемент ИЛИ 6; йераый и второй пре- ратора 15, вьмоды которого соединеобразователи 7 и:8 ток-напрямение со- ны с разрядными шинами 16. ответственно, резистивный сумма . На фиг.2 представлены временные -0 тока смещекия :. диаграммы, где-1 — входное напряжерезистивный делитель 11, компара. †. . ние на одноименной шине, 7 и 8 младших разрядов; источник.13 . высодные напряжения одноименных пренапряжения смещения, компаратори .14":- образователей ток-напряжение; 17, старших разрядов, .дешифратор 15„ . — -; - 18, 19 и 20 — токи входов первого и разрядные шины 16.-При этом Š— мак- . второго элементов ИЛИ; 21 — сигнал об азов симальное.напряжение-на выходах пре- .. на выходе резистивн го 9 о разователей 7 и 8., ЗО (поскольку .резисторы сумматора 9

При выбранной полярности подклю- одинаковы, то расчет по закону Ома чення диодов полярности токов показывает, чта напряжение на выходе источников 3 н 10 должны быть отри- сумматоРа равно полусумме входных цательными. Токи источников 3 равны Напряжений ); А и Б — значения между собой, их сумма. равна макси- 35 входного сигнала 1 в моменты времальиому выходному току преабраэова- менн Т< и Т> .соответственно, А7, теля 2.. В данком случае к=2, поэто- Б7 — напряжения на выходе преобраму используется 2 =4 источников; зователя 7, соответствующие знатоМ каждого составляет 1/4 мак- - чениям л и Б сигаала 1; й8, Б8 симального тока преобразователя 2. 4О напряжения иа выходе:преобраэоватеТок источника 10 смещения и резне- ля 8, соответствующне значениям торы-11 выбирают так, чтобы падение. . > и Б.сигнала 1; А9 .= (А7 + A8)/2 и напряжения на каждом;резисторе де- Б9 =(Б7 + 38 /2 -- напряжение на вылителя .11 составляло E-./2".-".:Пре хоДе резиетиВнОго сумматора 9, обраэователь ток.-напряжение является,соответствующие значениям A и Б.сигнэвестным элементом .аналоговой тех-. нала 1; A 17 — A .20 и Б17 и:В 2045 ники и реализуется. на операционном .",соответственно значения токов 17 усилителе с резиотивной отрицатеяц*- 20, соответствующие значениям:A и В ной обратной связью или на траязис- сигнала 1; 22 — квантувщая характериоI . торном каскаде-по схеме с общей: . тика компараторов 14 старших разрябазой:и ревнстивной нагрузкой.- Эле- 5О дов; 23 - положение ..квантувщей

-менты ИЛМ -5 is 6 вцйолняют логические характерйстикн. компараторов . 12, операции над аналоговыми сигналами -когда сигнал 1,имеет вел . А. реда авляют собой конкретный, напряжение 8 — величину A8 . -24 - по- . тип элемента. Иог т быть в о ичину; - цонапример, . на диодах. у ыполнены, ложение.квантующей характеристики

55 этих же компараторов. 12, когда сигйал

Вход йреобраэователя напряжение -: 1 имеет величину Б 8 том 2 подключен к:входной шине 1, а величин Б8 а напряжение у ., -.максимальное зна-.

hagi -.к .выходу:первого источника .- .чение сигнала 1. тека 3, аноду диода .4.=1 и входу эле-. . П, е реобразователь -напряжение-тоК соа .. Катоды нечетных диодов 6О держит источник 25 тока, первый 26

4 2..и 4еЗ подключены.к выходам ис-.. транзистор, вто ой 27 т одам элемента . . резистор 28, вход 29 преобразоватед преа разователя.

1 ИЛИ 6. Катод четного диода 4-2 под-. ля вхо 30 б ключеи к выходу источника 3 тока и . Ток источника 25 вы

1И

Выход элемен-;„,5 чтобы напряжения на эмиттерно-базо1019623

50 вых переходах обоих транзисторов 26 и

27 были равны между собой, когда напряжение на входе 29 максимально и равно границе диапазона преобразуемых напряжений. Для определенности преобразователь напряжение-ток собран на транзисторах р-п-р типа, одна ко его можно собрать и на транзисторах п-р-и типа, заменив полярность выходного тока источника 28.

Выход источника тока 25 подключен 10 к соединенным вмеСте базам транзисторов 26, 27 и коллектору первого транзистора 26, эмиттер которого соединен с общей шиной, эмиттер второго трайзистора 27 через резистор 28 подклю- !5 чен к входу 29 преобразователя,а кол- . лектор образует.выход 30 преобразователя. Вход 29 подключен к входной шине 1, а выход 30 — к входу первого элемента ИЛИ, аноду диода 4-1 и выхо-2 ду первого источника тока 3.

Величина резистора 28 выбирается исходя из требуемого масштаба преобразования напряжения на входе 29 в ток на выходе 30.

АЦП работает следующим образом.

При напряжении на входной шине 1, равной А. в момент Т> на выходе преобразователя 2 напряжение-ток установится ток соответствующей величины.

Поскольку значение A меньше 1/4 О, «0 то выходной ток преобразователя.2 меньше тока первого источника 3. а ток 17 составляет их разность. равную А17. Токи A18 — A20 равны .токам источников 3. Поскольку все 35 токи источников 3 имеют одну полярность (отрицательную ), то токи че.рез диоды 4-1, 4-2.и .4-3 не текут.

Выходной ток элемента ИЛИ 5 составляет А17 — A 19..поэтому напряже- 40 ние А7 меньше максимального значения Е . Выходной ток элемента ИЛИ 6 составляет А18 . А20, поэтому А8 = Е

На выходе резистивного сумматора 9 образуется полусумма напряжений

А7 и А8, поскольку резисторы 9 равны между собой: А9 = (А7 + A8)/2.

Напряжение А9 поступает на сигнальные входы компараторов 14 старших разрядов, на другие их входы поступают напряжения от источника 13 ", в соответствии с квантующей характеристикой 22 на выходах этих компараторов обраэуется код 00 стар-, ших разрядов.

Поскольку ток источника 10 отри-; 55 цателен, à AS = Е, то квантующая характеристика комнараторов 12 младших разрядов занимает положение 23.

На сигнальные входы этих компараторов 12 поступает напряжение А7, а на другие входы - напряжения с реэистивного делителя 11, так что на их выходах образуется код 01 (здесь и в дальнейшем коды записываются от старших разрядов к младшим). 65

Коды с выходов компарат оров 14 и

12 поступают на входы дешифратора 15, который их преобразует в требуемый код Грея или натуральный двоичный.

В данном случае код Грея напряжения

A есть 0001, что соответствует одному кванту, равному для четырехразрядного АЦП 1/16 0С . Точное значение

A составляет 0,1 U, или 1,6 кванта.

Цифровое значение отличается от истинного менее чем на один квант.

При входном напряжении равно Б >

> 0,75 U, а момент Т ток на выходе преобразователя 2 превышает сумму токов трех источников 3, подключенных соответственно к входам первого и второго элементов ИЛИ, ío меньше суммы токов всех четырех источников 3. Следовательно, токи трех упомянутых входов есть Б17 — 818 .= Б19 О, диоды 4-1, .4-2 и 4-3 открыты. Через диод 4-1 течет ток, который меньше выходного тока преобразователя 2 на величину тока первого источника 3, подключенного к аноду дйода 4-1. Через диод 4-2 течет ток, который меньше тока через диод 4-1 на величину тока второго источника 3 подключенного к катоду диода 4-1.

Наконец, ток через диод 4-3 меньше тока через диод 4-2 на величину тока третьего источника 3, подключенного к катоду 4-2. Ток на выходе элемента ИЛИ 5 Б17 + Б19 = О, поэтому на выходе преобразователя 7 Б7

О. Ток на выходе элемента ИЛИ 6

Б18 + Б20 Б20, ему соответствует напряжение Б8 на выходе преобразователя 8. На выходе резистивного сумматора 9 образуется напряжение

В9 =(В7 +,В8)/2 Б8/2 поступающее на сигнальные входы компараторов 14 °

На их выходах образуется код 10 в соответствии с квантующей характеристикой 22 °

Напряжение Б8 поступает,на один вход реэистивного делителя 11. Поскольку к другому его входу подключен выход источника тока 10, то падения. напряжений на резисторах делителя 11 не меняются и соответствуют падениям напряжений при преобразовании напряжения А, Однако относительно общей шины напряжения на резисторах таковы, что квантующая характеристика компараторов 12 занимает положение 24. Код 11 на выходах комJ араторов 12 есть результат преобразования напряжения Б7 в соответствии с квантующей характеристикой 24.

На выходах 16 дешифратора 15 образуется код .Грея 1011 напряжения Б.

Это цифровое значение равно 13 квантам, а точное название составляет

0,75 Up + 0,07 О,»= 0,82О = 13,12 квантов. Полученное цифровое значение отлйчается от истинного менее чем на один квант.

1019623

Один иэ вариантов реализации пре-> образователя напряжение-ток пред-. ставлен на фиг.3. Преобразуемый сигнал 1 поступает на вход 29. Поскольку падения напряжений на змнттернобазовых переходах сделаны равными 5 выбором тока"источника 25; то напряжение на эмиттере второго транзистора 27 относительно общей шины равно нулю. Следовательно, ток че.рез .резистор 28, равный току. эмитте- 10 ра транзистора 27, определяется только величиной напряжения на входе 29.

Сигнал на выходе 30 есть коллекторный ток транзистора 27, он зависит от напряжения на входе 29, но не зависит от напряжения на коллекторе транзистора 27..поскольку этот транзистор включен по. схеме с общей базой.

В предлагаемом AQЦ исключено. раэялчие цепей прохождения сигналов, преобразуемых в старшие и младшие разряды. в результате чего отсутствует различие задержек распространения преобразуемого сигнала до компараторов старших и младших разрядов. Поэтому исключаются динамические погрешности преобразования и повышаются точность преобразования, а также быстродействие, так как.минимальное время между сраба" тыванием компараторов ограничивается только собственными параметрами и не зависит от распространения преобразуемого сигнала в устройстве.

1019623 Риг. 2

ВНИИПИ Заказ 3725/52 Тираж 936 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4