Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержаний, блок управления, .генератор пилообразного напряжения.,, делитель частоты, первый вход которого соединен с.выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с яер- . вь1м входом вентиля, выход-которого : соединен с входом счетчика, а второй вход - с .выходом триггера, первый вход которого соединен ,с выходомпервого компаратора, а второй вход с выходе второго компаратора, первый вход котЬрого соединен с первым . входом первого компаратора, а второй . вход выходом блока усТавки, о тл и ч а ют и и с я тем, что,.с целью повьляения быстродействия, в него введены формирователь вкк{5дного кода , блок управления делителем частоты, распределитель, делитель напряжения, блок управления Делителем напряжения , цифровой коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый суммирукяций блок, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала выход - с втоЕхли входом первого компаратора, авторой вход - с выходом цифроаналогового преобразователя , вход которого соединен с выходом цйфров.ого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом счетчика и первым входом формирователя выходного кода, второй вход - с вторым Щ входом формирователя выходного кода, выходом распределителя, генератора ГЛ пилообразного напряжения, входами блока Управления делителем частоты блока управления делителем напряжения , выход которого -соединен с вхо- g дом блока уставки и первым входом делителя напряжения, второй вход ко торого соединен с выходом генерато- ; ра пилообразного напряжения, при этом вход распределителя соединен с 1. выходе блока управления, а второй вход делителя частоты - с выходом Ол блока управления делителем частоты. , X) «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

O% (И) 5?94 А.3Ш Н 03 К 13/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.;;:

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ., ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ . (21 ) 33291 93/18-21 (22) 10.08.81 (4б) 15.08.83; Бюл.РЗО (72). М.Е. Бородянский (71 ) Таганрогский радиотехнический

-институт им. В.Д.- Калмыкова (53) б81.325(088.8).

{5á) 1. Гитис Э.И.. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств.. N.„ "Энергия", 1975, с.291, 2; Балакай В.Г.. и др. Йнтегральные схемы, аналого- цифровые и цифроаналоговые преобразователи. И., "Энергия", 3.978„ с.49 {прототип). (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗО. ВАТЕЛЬ, содержащий блок управления, .генератор пилообразного напряжения,. делитель частоты, первый вход которого соединен с,выходом генератора

"тактовых импульсов, а выход — с первым входом вентиля, выход-которого соединен с входом счетчика, а второй вход - с выходом триггера, первый вход .которого соединен,с выходом. . первого компаратора, а второй вход— с выходом второго компаратора, первый вход которого соединен с первым . входом первого компаратора, а второй . вход - с выходом блока уставки, о л и ч а ю.шийся тем, что,.с целью повышения быстродействия, в него введены формирователь выходного кода, блок управления делителем частоты, распределитель, делитель напряжения, блОк управления делителем напряжения, цифровой коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый суммирующий блок, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала, выход — с вторым входом первого компаратора, а второй вход — с выходом цифроаналогового преобразовате. ля, вход которого соединен с выходом цифрового коммутатора, первый вход которого соединен с выходом счетчика и первым входом формирователя выходного кода, второй вход — с вторым g входом формирователя выходного кода, выходом распределителя, генератора пилообразного напряжения, входами блока управления делителем частоты С блока управления делителем напряжения, выход которого .соединен с вхо- ф дом блока уставки и первым входом делителя напряжения, второй вход ко торого соединен с выходом генерато- ра пилообразного напряжения, при этом вход распределителя соединен с:, выходом блока управления, а второй вход делителя частоты — с выходом блока управления делителем частоты., 1

1035794

Изобретение относится к информа ходом блока уставки, введены формиционно-измерительной технике и ис рователь выходного кода, блок управ- . пользуется для аналого-цифрового ления делителем частоты, распределипреобразования. тель, делитель напряжения, блек уп

Известен аналого-цифровой.преоб- . Равления делителем напряжения, цифро.— разователь (AIQI), содержащий гене- 5 вой коммутатор, цифроаналоговый прератор тактовых импульсов, вентиль, . образователь (IIAII), аналоговый триггер, компаратор.„ генератор пило- суммирующий блок, первый вход китообразного напряжения, счетчик и уст- рого соединен с шиной входного сигРойство управления, причем выход re- нала, выход, — с вторым входам первонератора пилообразного напряжения 10 го-компаратора, а второй вход - с соединен с первым входом компаратора, выходом цАП, вход которого соединен к второму входу которого подключен ° с .выходом цифрового коммутатора, пер.источник входного сигнала, а выход .вйй вход которого соединец с,выхо- соединен с единичным входом триггера, дом .счетчика и первым входом формиtt второму входу которого подключен : 35.рователя выхадного кода, второй вход:

ыход устройства управления, выход . . с вторым входом формирователя выходриггера через вентиль соединен с. . ного кода, выходом рвцпределителя, одом счетчика,. а с .вторым входом .. генератора пилообразного напряжения,;.

ыход генератора тактов, вход кото-. входами блока управления делителем Рого соединен,с устройством управ-: р частоты, блока управления делителем. ления Г13; " . : . . напряжейия, выход которого соединен

Недостатком данного устройства ;. .; с входам блока уставки и первым вхо- : является низкое быстродействие, :. дом делителя напряжения,. второй вход

Известен АЦП, содержащий генЕ-, ; котоРого СоединЕн -с выходом генера-.Ратор тактовых импульсов, вентиль,, gg тора пилообразного напряжения, :триггер, компаратор, генератор пи-,:. . при этом вход распределителя соедилообразного напряжения, счетчик, блок нен с выходам блока управления, а „ управления, второй компаратор, вто-.. второй вход .делителя частоты - с выРОй веНтиль, втОРой триггер, блок ходом блока управления делителеМ уставки и делитель частоты. Вьйсод . частоты. генератора пилообразного напряжения - На фиг.1 представлена структурная подключен к первым входам обоих схема AIIII ;.на фиг 2 - временные дка-: компараторов, а выход первого ком- . граммы, пояснякйцие его работу. паратора — к первому входу первого. ..,..АЦп содержит генератьр 1,пилообраз триггера, выход которого через пер- . - ного напряжения, делитель 2 напряже вый вентиль соединен с первым вхо- . 3 ..ния, комйараторы:3 и 4, блок 5: уставдом элемента ИЛИ, выход которого ки, триггер б, вентиль 7, делитель подключен к входу счетчика резуль 8:чабтотыр генератор 9 тактовых имтата, а второй вход через второй . пульсов, блок.10 управления делитевентиль - к делителю частоты, вход лем частоты, распредЬлитель 11, блом, которого соединен с вторым входом 4О 12 управления делителем напряжения, riepsoro вентиля и выходом генера- -, цифровой коммутатор 13, формирователь тора тактовых импульсов„ выход .блока .14 ., вйходного кода, счетчик 15, блок уставок подключен к второму вход у - :. .16 управления, .ЦЫ 17, аналоговый вентиля, а второй вход соединен с суммирующий блок 18, -шину 19 входнс},« вторым входом irepaoro триггера; с ге-45 го сигнала, нератором пилообразного напряже- .. Выход генератора 1 чЕрез делитель ния и выходом устройства управлейия,t . 2 напряжейия соединен с .входами ком-. к.второму входу первого компаратора г параторов 3 и 4. К второму входу ком подключена шина входного сигнала(И. паратора 3 подключен выход блока 5

Цель изобретения — повышение .. . уставки, с помощьв которого. порог быстродействия.. срабатывания компаратора 3 устанав« поставленная цель достигается ливается Равным нижнему значению диатем, что в Ж1П содержащий блок уп-, пазона преобразОвания Ц ..ВЫход ком-. равления,генератор пилообразного паратора 3 соединен с первым входоМ напряжения, делитель частоты, первый триггера б . с вторым входом которого вход которого соединен с выходом ге- >5 соединен цйход компаратора 4. Выход нератора тактовых импульсов, а вы- . триггера б подключен к первому. входу ход - с первым входом вентиля, вентиля 7, с вторым входом которого выход которого соединен с входом :: соединен:через делитель 8 частоты счетчика, а второй. вход — с выходом генератор 9 тактовых импульсов. триггера, первый выход которого 60 К управляющему входу делителя 8 чассоединен с выходом первого компара- тоты подключен выход блока 10 управтора, а второй вход - с выходом вто- .ления делителем частоты. Выход расрого компаратора, первый вход котоРо- пределителя 11 соединен с входами

ro соединен с первым входом nepsoro генератора 1, блока 10 управления компаратора, а второй вход - с вы- g5 делителем частоты, блока 12 управ1035794 ления делителем напряжения, цифрового коммутатора 13 и формирователя

14 выходного кода. К вторым входам коммутатора 13 и формирователя 14 подключен выход счетчика 15, вход которого соединен с выходом вентиля

7. Выход блока 16 управления подключен к входу распределителя 11. Выход коммутатора 13 соединен с входом IgGI 17, который подключен к пер:вому входу аналогового суммирующего }О блока 18, с вторым выходом которого соединена шина 19 входного. сигнала.

Выход блока 18 подключен к второму входу компаратора 4, а выход блока

12.- к второму входу делителя 2 на- 15 пряжения и входу..блока. 5 уставок.

АЦП работает следующим образом.Импульсом подготовки распредели+. тель 11 блоки 10 и 12, счетчик 15 . - и трггггер 6. устанавливаются в нулевое исходное состояние. Процесс преобразования осуществляется на . циклов. Преобразуемьгй сигнал }}г по шине 19-поступает на вход суммирующего блока 18, на второй вход ко-. торого с выхода .ЦАП 17 поступает сигнал, равный нулю. Таким образом, гга первый вход компаратора 4 подает. ая сигнал,- равный }} . Ha первый вход компаратора .3. с блока 5 поступает сигнал уставки }} +} равный минимально,: Му значению диапазона изменения вход- ного сигнала U . По команде с блока 16 управления распределитель 11 . вырабатывает первый импульс, с ко :торого начинается первый цикл измере- 35, ния. Осуществляется запуск генератора

:. 1 пилообразного напряжения, сигнал с которого через делитель 2 напряжения поступает на вторые входы компараторов 3 и 4. Блок 12 устанавливает 4}} коэффициент передачи делителя 2 равным У . По достижению сигналом с

:делителя 2 значения равного ОД ком-,. паратор 3 переводит триггер 6 в еди-. ничное состояние и открывает вентиль 45

7, через который импульсы с делителя

8 частоты генератора 9 поступают в

:счетчик 15. Коэффициент передачи де» . .лителя 8 устанавливается блоком 10 равным значению C . Когда сигнал на выходе делителя 2 достигает значения, равного входному сигналу компаратор

4 переводит триггер 6 в нулевое состояние и закрывает вентиль 7. К этому моменту в счетчике 15 оказывается записанным число И } импульсов, пропорциональное Uy. причем разрядность числа, получающегося на первом циклеравна й- . Это число }Ц поступает в формирователь 14 выходного кода

1 и через цифровой коммутатор 13 на 60 управление старшими п разрядами

ЦАП обратной связи, который формирует аналоговый эквивалент этого числа 0 . На первом входе компараЯ * М М тора 4 формируется разность =0 -0, ц которая .подлежит измерению на втором цикле.

По второму импульсу с распределителя 11 начинается второй цикл преобразования. Блок 10 осуществляет переключение коэффициента передачи делителя 8 на значение Ь2,а блок 12 переключение коэффициента передачи делителя 2 на значение Еф . На выходе блока уставки вырабатывается сиг.нал 0 » . B счетчике 15, как и в первом цйкле, Формируется гг -разрядное число Н пропорциональное разности }}х и U обозначенной как Ь }, Число М + через блок -13 поступает на управление второй группой разря,дов UpJI 17, которое формирует третью разйость Ь+ на входе компаратора

4. В формирователе 14 число }} участвует в. уточнении результата, полученного на первом цикле. Третий и последующие циклы осуществляются нналогично описанным, причем в формировате .ле 14 каждое число К,.участвует. в

М. уточнении результата Е }г.» }} г, -полученного на предыдущих у -1 циклах. Уточнение результата на каждом

:цикле осуществйяется в g+z разря- дах называемых недостоверными". Величина 5- определяется максимальной .j возможной погрешностью изие} ения на }-м цикле. Разность И} -с; обозначается }м " ы называется досто-.

II

3 верными" разрядами j-го цикла.

Разрядность 8+ выходного кода

AIgI определяется из выражения где }г — число, получающееся на

М

Й-м цикле.

Снижение требований к точности, генератора пилообразного напряжения и компаратора приводит к тому, что число г}т, получающееся на -м цик) Р ле как цифровой эквива гент, находящий

1ся на входе разности g. имеет погреш3 ность, велггчина которой не превыаает значения 2 г- } . Поэтому, в случае измерения сигнала Ц». на входе компаратора 4, обеспечйвающего максимальное заполнение разрядной сетны, при максимальной погрешности преобраЗОВаНИя На ЦИКЛЕ, В ггг}" РаЗРядаХ записан цифровой эквивалент, соответствующий Ь г и являющийся достоверным, а в }г ггг,. Разрядах занесена недостоверная информация,. соответствующая погрешности, вносимой указан ными узлами.

Для обеспечения компенсации погрешности; возникающей на каждом предшествующем цикле, диапазон измерения на каждом последующем цикле в 2 г-г"} раз шире, чем в прототипе, что обеспечивается тем, что коэффициент пе1035794 редачиК".делителя 2 на каждом -M

i .цикле выбирается равным

) е

Весовой коэффициент цикла опреде. ляется по формуле » j-4 к ;=2, -(и;-„. vn„-), а выходной 9< — разрядный код npet0 образователя формируется согласно выражению . Е

Ф=-т к и"

j=y 3 3

Диапазон изменения сигнала на каждом цикле преобразования имеет грани- . цы: верхнюю ()Д и нижнюю Я, которые на первом цикле совпадают с максимальным 0Д„ и минимальным Ц„„ значениями . диапазона изменения входйосо сигнала Ug а на других циклах с максимальными и минимальными значениями диапазона изменения промежуточных разностей hf =U<-Ц .

»

Величина кванта конечного результата определяется из выражения

Ф Ъ д ф „0x "и

2 " а величина кванта на каждом цикле

30 определяется по формуле

% yg(% а значения напряжений уставки 0» для 5 каждого цикла рассчитываются по формуле,, ) „„., "и = УИ;„

Частота поступления импульсов на счетчик 16 определяется по формуле где Т вЂ” период следования сигналов с генератора 1.

Коэффициент передачи делителя 8 на -м цикле определяется из выражения

„„1

"Ж:»» где F — - частота генератора 9.

По сравнению с известным устройством, реализующим алгоритм груботочного кодирования предлагаемое

Устройство обеспечивает существенное снижение требований и точности преобразования на каждом цикле, которая определяется величиной б"= — —Ъ

3 дМ

Ф в то время как в. известном устройстве относительная погрешность суще ртвенно зависит от номера цикла и определяется по формуле

6 @1 .Ж.

1- 6, Ь, Вследствие этого, несмотря на некоторое увеличение числа циклов в устройстве, длительность их существенно снижена, так как используются низкочаототные компараторы, обладающие высокям быстродействием, и в зависимости от скорости нарастания сигнала на входе компаратора увеличивается разрядность получаемого выходного кода, увеличивая частоту генератора тактов по мере уменьшения угла наклона сигнала генератора пилообразноz;o сигнала, что повышает быстродействие преобразования.

1035794

Щи

Ч )

Составитель A. Кузнецов

Редактор Л. Алексеенко Техред N.Tenep ЕорректорА. Ильин, Заказ 5854/59 Тирам 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного ксинитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

«««

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4