Аналого-цифровой преобразователь

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н- 03 К 13 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВМ.

ЬИ БлЫ ОТДАМ

ICCL а (21) 3433630/18-21 (22) 03.05.82 (46) 07.10.83. Бюл. Е 37 (72) A.Ï. Стахов, A.д. Азаров, В.И. Моисеев, В.П. Волков и Ю.Н. Ужвак (71) Винницкий политехнический ин. ститут (53) 681.325(088.8) (56) 1. Цифровые электроизмерительные приборы. Под ред. В.М. Иляндина, "Энергия",, 1 972, с. 282.

2. Стахов А.П., Вишняков Ю.М.

О повышении информационной надежности аналого-цифровых преобразователей следящего типа. Сб. "Проблемы созданйя преобразователей формы информации". Материалы !II Всесоюзного симпозиума. Киев. "Наукова думка", 1976, с. 16.

3. Авторское свидетельство СССР

В 783979, кл. Н 03 К 13/02, 1979. (54) (57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ,.содержащий элемент сравнения, первый вход которого соединен с входной шиной, цифроаналоговый преобразователь, логический блок, блок управления, блок анализа кодов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с входами блока анализа кодов и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом логического блока, выходы которого соединены с первыми входами первого реверсивного счетчика, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения линейности выход„„SU„„1046926 А,ной характеристики аналого-цифрового преобразователя, в него введены блок выделения нулевого кода, вто.:рой реверсивный счетчик, коммутатор, первый и второй блоки синтеза кодов; блок цифровых элементов сравнения, блок регистров, блок адресации, первые выход и вход которого соединены с первым выходом и входом блока .регистров соответственно, второй выход которого соединен с первым входом блока цифровых элементов сравнения, второй вход которого соединен с,выходом первого реверсивного счетчика, а выход — с первыми входами блока управления и второго блока синтеза кодов, второй, вход которого соединен с выходом . первого реверсивного счетчика, третий вход — с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом первого реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с выходом комму татора, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго блоков синтеза кодов соответственно, а третий вход — с треть выходом блока управления, второй вход которого. соединен с выходом блока выделения нулевого кода, вход которого соединен с выходной шиной и выходом второго реверсивного счетчика, первые входы которого соединены с выходами логического блока, а второй вход — с четвертым выходом блока управления, третий и четвертый входы которого соединены с выходами блока анализа кодов и элемента сравнения соответственно.

1046926 образователя

Преобразователь 3, первый реверсивный счетчик 4, второй реверсивный счетчик 6, логический блок 5, 45 коммутатор 7, блок 8 анализа кодов, первый блок 9 синтеза кодов, второй блок 10 синтеза кодов, блок 11 цифровых элементов сравнения, блок 12 регистров, блок 13 адресации, блок

14 выделения нулевого кода, блок 15 управления, выход 16 аналого-цифрового преобразователя.

Вход 1 аналого-цифрового преобразователя, на который подается преобразуемая аналоговая величина, соединен с первым входом элемента

2 сравнения, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового . преобразователя 3, выход элемента

2 сравнения соединен с четвертым

60 входом блока 15 управления, обеспечивающего работу всего устройства, и с управляющим входом логического блока 5, управляющего работой реверсивных счетчиков 4 и б. Выход

j5 первого реверсивного счетчика 4, в

Изобретение- относится к вычисли- ) тельной и измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые .

ИзвеСтен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, генератор импульсов, блок логики., реверсивный счетчик, преобразо, ватель код-напряжение, дешифратор и блок отсчета (1 ..

Недостатком аналого-цифрового пре образователя.является зависимость линейности преобразования от линейности выходной характеристики цифроаналогового преобразователя.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий устройство сравнения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, логическое устройство, генератор импульсов и фильтр (2).

Недостатком такого аналого-цифрового преобразователя яЖтяется зависимость линейности от погрешности линейности выходной характеристики цифроаналогового преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналого-цифровой преобразователь, содержащий элемент сравнения первый вход которого соединен с входной шиной, цифроаналоговый .преобразователь, логический блок, блок управления,, блок анализа кодов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с входами блока анализа кодов и цифроаналогового преобразова. теля, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом логического блока выходы которого соединены с первыми входами первого реверсивного счетчика 3 ).

Недостатком этого преобразователя является низкая линейность выходной характеристики при наличии отклонений от требуемых значений весов разрядов цифроаналогового преобразователя.

Цель изобретения — повышение линейности выходной характеристики аналогоцифрового преобразователя.

Для достижения цели в аналогоцифровой преобразователь, содержащий элемент сравнения, первый вход которого соединен с входной шиной, цифроаналоговый преобразователь, логический блок, блок управления, блок анализа кодов, первый реверсивный счетчик выход которого соединен со входами блока анализа кодов и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом элемента сравнения, выход которого . соединен с входом логического блока, выходы которого соединены с первыми входами первого реверсивного счетчика, введены дополнительно блок выделения нулевого кода, второй реверсивный счетчик,. коммутатор, первый и второй блоки синтеза кодов, блок цифровых. элементов сравнения, блок регистров, блок адрессации, первые выход и вход которого соединены с первым выходом .и входом бло-, ка регистров соответственно, второй выход которого соединен с первым входом блока цифровых элементов

10 сравнения, второй вход которого соединен с. выходом первого реверсивного счетчика, а выход — с первыми . входами блока управления и второго блока синтеза кодов, второй вход 5 которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика, третий вход с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом первого реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с выходом коммутатора, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго блоков синтеза кодов соответственно, а 5 третий вход — с третьим выходом блока управления, второй вход которого соединен с выходом блока выделения нулевого кода, вход и выходом второго реверсивного счетчика, первые входы которого соединены с выходами

З0 логического блока, а второй вход— с четвертым выходом блока управления, третий и четвертый входы которого. соединены с выходами блока анализа кодов и элемента сравнения

35 соответственно.

На чертеже представлена функциональная схема аналого-цифрового преУстройство содержит вход 1 аналого-цифрового преобразователя, элемент 2 сравнения, цифроаналоговый

1046926 полняющего также функции блока с точностью до младшего кванта. P -я свертки и развертки кодов, соединен, переходная кодовая комбинация выэыва. с входом блока 3, с вторым информа-,, ет появление на выходе цифроаналоционным входом блока 13 адресации, гового преобразователя 3 аналоговой обеспечивающего запись и выборку величины, соответствующей реальному кодов в блоке 12 регистров, с вто- 5 весу P-го разряда цифроаналоговорым входом блока 11 цифровых эле- го преобразователя 3 минус один ментов сравнения, осуществляющих младший ква нт. сравнение содержимого счетчика 4 Цифроаналоговый преобразователь 3 с содержимым блока 12, с первым вхо- устройства должен быть построен дом блока 9 синтеза кодов, формирую- 10 на основе избыточно-весовых кодов, щего кодовую комбинацию по содержи-, например, кодов Фибоначи и кодов мому реверсивного счетчика 4 и од- "золотой" р -пропорции. ного из регистров блока 12, с.вторым В режиме преобразования входных входом блока 10 синтеза кодов, пред- аналоговых величин А в код "золоназначенного для формирования ко- 15 ToA" р -пропорции, при условии, довой комбинации по содержимому счет- что (р +1).младших .разряда, точные, чика 4 и выходным сигналам блока 11 устройство работает следующим обрацифровых элементов сравнения, и с зом. входом блока 8 анализа кодов, анали- Преобразуемая аналоговая величизирующего содержимое счетчика 4. Вы- 20 на А < с входа 1 подается на перход блока 8 соединен с третьим вхо- вый вход элемента 2 сравнения, кото. дом блока 4.5 управления. Первый рый осуществляет сравнение входной вход блока 11 соединен с вторым вы- аналоговой величины с величиной ходом блока 12 регистров, в котором сигнала Я к обратной связи, поступасодержатся переходные кодовые ком- 25 ющего с выхода цифроаналогового бинации по числу "неточных" раэря- преобразователя 3. Разность вышеукадов цифроаналогового преобразовате- эанных величин д А =А — A преобля 3. Выход блока 11 соединен с пер- разуется в код "золотой" р -пропорвым. входом блока 10 синтеза кодов ции по методу следящего уравновешии с первым входом блока 15 управ- вания с помощью логического блока ления. Первый выход блока 12 соеди30

5, реверсивного счетчика 4 и блока нен с первым входом блока 13 адре- 15 управления. Результат преобраэовасации, первый выход которого соеди- ния формируется в реверсивном счетнен с входом блока 12, а второй вы- чике б, причем в rtpouecce прямого ход — с вторым входом блока 9 син- счета содержимое счетчика 4 постотеэа кодов. Выходы первого и второ- З5 янно сравнивается с помощью блока 11 го блоков 9 и 10 синтеза кодов сое- цифровых элементов сравнения, с содинены через коммутатор 7 с инфор- держимым блока 12 регистров, в котомационным входом реверсивного счет- ром содержатся переходные кодовые чика 4. Первый и второй. счетные комбинации, определенные в режиме входы реверсивных счетчиков 4 и б 40 поверки.. Каждая 3 -я переходная соединены с выходами логического кодовая комбинация вызывает появлеблока 5. Выход реверсивного счетчи- ние на выходе цифроаналогового прека 6 является выходом аналого-цифро- обраэователя 3 аналоговой величины, вого преобразователя и соединен с . соответствующей реальному весу входом блока 14 выделения нулевого 45 .f -ro разряда цифроаналогового преоб кода, выход которого соединен с вто- раэователя 3 минус один младший рым входом блока 15 управления. Вто- квант. Тогда, чтобы исключить разрырой, первый, третий и четвертый вы- вы в выходной характеристике цифроходы блока 15 управления соединены аналогового преобразователя 3, высоответственно с управляющими вхо- 0 ..званные несоответствием весов раэдами реверсивного начетчика 4, блока рядов требуемым значениям, в процес13 адресации, коммутатора 7 и ревер- се прямого счета включение каждого сивного счетчика б. 0-го "неточного" разряда разрешаетАналого-цифровой преобразователь :ся .лишь после формирования в счетработает в двух режимах: режиме . чике 4 кода, равного P — и переходповерки, в процессе которого опреде- 55 ной кодовой комбинации. ляют переходные кодовые комбинации Если на 1-м такте преобразования и режиме непосредственного преобра. — один из цифровых элементов сравнеэования входной аналоговой величины ния блока 11 выработал сигнал, свив код "золотой" р -пропорции. детельствующий о том, что содержимое

Переходная кодовая комбинация яв- 60 счетчика 4 равно содержимому одного ляется одной иэ форм представления, из регистров блока 1?, -.î бпок 15 заданного числа, для которой вы- управления переводит счетчик 4 иэ ходная аналоговая величина цифроана- режима счета в режим записи. В блологового преобразователя 3 соответ- . ке 10 синтеза кодов по содержимому ствует заданной цифровой величине, g5 счетчика 4 сигналом из блока цифро1046926 вых элементов сравнения формируется код, аналоговый эквивалент которого точно на младший квант больше выходной аналоговой величины цифроаналогового преобразователя 3 на 1-м такте преобразования. 5

На следующем такте по сигналу из блока 15 происходит запись, через коммутатор 7, содержимого блока 10 в реверсивный счетчик 4. Затем блок

15 управления переводит счетчик 4 10 в режим счета.

В процессе обратного счета блок 8 анализа кодов анализирует содержимое реверсивного счетчика 4 и выделяет все кодовые компбинации, в ко- )5 торых 0 -й "неточный" разряд является значащим, а разряды с номерами < 8 — нулевыми. По сигналу иэ блока 8 анализа кодов блок 15 управления переключает реверсивный счет- щ чик 4 из режима счета в режим записи, .а также формирует адрес, по которому блок 13 адресации производит выборку иэ блока 12 регистров 8 -й переходной кодовой комбинации. Блок

9 синтеза кодов по содержимому реверсивного счетчика 4 и Р-й переходной кодовой комбинации формирует код, аналоговый эквивалент которого точно на один младший квант меньше выходной аналоговой величины цифро аналогового преобразователя 3. На следующем такте преобразования по сигналу блока 15 управления происходит запись через коммутатор 7 содержимого блока 9 в реверсивный счетчик 4. Затем блок 15 управления переводит счетчик 4 в режим счета.

Таким образом, число импульсов, поступившее на реверсивный счетчик

4, соответствует входной аналоговой 40 величине Л с. точностью до младшего кванта. Одновременно подсчет импульсов от логического блока 5 ведется в реверсивном счетчи ке 6, в котором формируется результат преобразования. 45

B режиме проверки определяют rieреходные кодовые комбинации. Процесс поверки начинается с (р+2)-го разря; да цифроаналогового преобразователя при условии, что (р+1 ) младших разряда — точные.

В этом режиме устройство работает следующим образом.

На вход 1 аналогоцифрового преобразователя подается ступенчатого-нарастающая аналоговая величина, Д -я ступень которой обеспечивает при кодировании включение 0 -ro "неточного" разряда цифроаналогового преобразователя 3 и используется для определения 8-й переходной кодо- 60 вой комбинации. Процесс определения

0 -й переходной кодовой комбинации состоит из трех этапов.

На первом этапе производится преобразование величины -й ступени 5 в код "золотой" Р -пропорции описанным выше способом, причем, счет в реверсивном счетчике 6 разрешается лишь после. включения в счетчике

4. 3 -го разряда.

На втором этапе происходит исключение Г-го поверяемого разряда путем выполнения операции развертки в реверсивном счетчике 4. Затем процесс кодирования продолжается в реверсивном счетчике 4, причем, если после исключения поверяемого разряда состояние .элемента 1 сравнения не изменяется, то реверсивный счетчик 4 под воздействием логического блока приводится в режим обратного счета импульсов. Если же состояние элемента 2 сравнения изменяется, то реверсивный счетчик 4 работает в режиме прямого счета импульсов, при этом операция свертки в поверяемый разряд запрещена. Кодирование прекращается при изменении состояния элемента 2 сравнения.

На третьем этапе по команде из блока 15 управления реверсивные счетчики 4 и 6 начинают работать в режиме обратного счета импульсов до момента обнуления содержимого реверсивного счетчика 6, на. что укажет блок 14 выделения нулевого кода. После обнуления содержимого реверсивного счетчика 6 из содержимого счетчика 4 вычитается еще один младший квант. В результате в блоке

4 сформируется 0 -я переходная комбинация, аналоговый эквивалент которой точно на один младший квант меньше реального веса 0 -ro разряда цифроаналогового преобразователя 3.

По команде из блока 15 управления содержимое счетчика 4 через блок

13 адресации записывается в блок 12 регистров.

Процесс определения (9+1)-й переходной кодовой комбинации аналогичен описанному выше, однако, при этом необходнмо читывать ранее определенные переходные кодовые комбинации, использование которых позволяет в процессе кодирования устранить скачки аналоговой величины, вызван.— ные отклонениями весов разрядов цифроаналогового преобразователя 3 от требуемых значений, на участке выходной характеристики, определяемой разрядами цифроаналогового преобразователя 3 с номерами.

Результаты поверки могут многократно использоваться в режиме непосредственного преобразования измеряемой аналоговой величины в код

"золотой" р -пропорции.

Таким образом, введение новых блОков и связей позволяет повысить линейность выходной характеристики

АЦП, построенного на ниэкоточных аналоговых узлах, более чем на порядок, 1046926

Тираж 936 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7752/56

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

Составитель И. Романова

Редактор Е.Лушникова Техред Т.Фанта Корректор О. Тит ор