Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРА:ЗОВАТЕЛЬ по авт.св. № 913585, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью устранения неравномерных по ; диапазону погрешностей и повышения быстродействия аналого-цифрового преобразователя при регистрации амплитудных спектров потоков входных сигналов в широком динамическом диапазоне , в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, компа ,ратор, одновибратор повторного запуска и одновибратор начала преобразования , а|1ход которого подключен к дополнительному входу параллельного занесения счетчика и к т третьему входу блока управления, при этом вход полосового фильтра соединен с вторым выходом элемента аналоговой памяти, а второй вход компараТора подключен к общей шине. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (:;, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(61) 913585 (21) 3440941/18-21 (22) 20.05.82 (46) 15.10.83. Бюл. Н 38 .(72) E В.Белогорцев, А.Г.Кучинский, О.П.Урбан и А.К.Якушев (71) Научно-исследовательскйй институт прикладных физических проблем им.акад.А.H.Ñåâ÷åíêî (53) 681.325(088 8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР и 913585, кл. Н 03 К 13/175, 1980 (прототип). (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРА

ЗОВАТЕЛЬ по авт.св. И 913585, о т -.. л и ч а ю шийся тем, что, с целью устранения неравномерных по диапазону погрешностей и повышения быстродействия аналого-цифрового пре. образователя при регистрации амплитудных спектров потоков входных сиг- налов в широком динамическом диапазоне, в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, компа- . ратор, одновибратор повторного запуска и одновибратор начала пре" образования, выход которого подключен к дополнительному входу параллельного занесения счетчика и к ... третьему входу блока управления, при этом вход полосового фильтра соединен с вторым выходом элемента ана" логовой памяти, а второй вход компараrоpa подключен к общей вине.

048574

1 м z =-3 7- Ь вЂ”

1"-» 00

4 1

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код в широком диапазоне.

По основному авт.св. М 913585 известен аналого-цифровой .преобразователь (АЦП), содержащий генератор разрядного тока, сетку уровней квантования, выходы которой соединены с первыми входами п-,êîìïàðàòîðîâ, выходы которых .соединены со входами кодирующей матрицы, а выход генератора тактовых импульсов соединен с первым,входом элемента И, счетчик,селектор-мультиплексор данных, блок управления и элемент аналоговой памяти, первый вход которого соединен со входной шиной, второй вход и первый выход соединены соответственно с первыми выходом и входом блока управления, третий вход через генератор рязрядногь тока соединен со вторым выходом блока управления и через элемент И подключен к первому входу счетчика, а второй выход подключен ко вторым входам компараторов, выходы которых соединены с первыми входами селектора-муль.типлексора данных, вторые входы которого соединены с выходами кодирую" щей матрицы и вторыми входами счет. чика, а выход соединен со вторым входом блока управленияЩ.

Недостатком известного преобразователя является то, что выбор Оо-. стоянного времени. хранения амплитуды входного сигнала приводит к ограничению быстродействия преобразовате" ля и неравномерным по диапазону погрешностями измерения амплитуды.

Длительность переходного процесса зависит от величины запоминаемой амплитуды сигнала. Вследствие этого ддя каждой амплитуды входного сигнала в начале преобразования будут иметь место разные амплитуды переменных составляющих переходного процесса, обуславливающих неравномерную по шкале погрешность измерения амплитуды входного сигнала. Кроме того, . при постоянном времени хранения происходит потеря времени на малых амплитудах входного сигнала, так как для них переходной процесс на запоминающем элементе по длительности меньше и поэтому преобразование можно начинать раньше. В связи с этим цикл,запоминание амплитуды входного сигнала и ее хранение до начала преобразования, можно значительно сократить, что в свою очередь повышает . среднее быстродействие преобразователя. Это подтверждается аналитическим рассмотрением переходного процесса на запоминающем элементе.

В данном случае используется эквивалентная схема конденсатора в эле10 менте аналоговой памяти, представленная на фиг.1 (С - запоминающая емкость; Rp, Lp, С - соответственно паразитное сопротивление, индуктивность и емкость монтажа; E - за15 поминаемое напряжение). Уравнение, которому подчиняется напряжение

1t(й) на запоминающей емкости, имеет вид ,а«du, R du

20 — = + — — + — Ц

Ь,С dt Lp

= "с 8 "с о "с. (<)

Rp где,Я= —; =

25 1, ОЬС

Р Р

Така как 3 « до, то в данной цепи затухание переходного процесса описывается следующим выражением:

-8< 3 с(Ц=я(1-e (cosset+ — ь n t))= о

-St -8

= 6 1-Е совий=Е-Ее соус.А=: п <11еР1 Ю где E - преобразуемое напряжение; 0 - постоянная составляющая переходного процесса; Глиэр - переменная составляющая переходйого процесса.

Ввиду того, что начало преобра40 зования выбирается по максимальному времени затухания переходного процесса от наибольшего значения амплитуды переменной составляющей по заданного уровня 00, то при преобразс

45 ванин уровней Г» имеют место потери во времени. Этот вывод следует из выражения (2). Так как затухание колебательного процесса определя ется экспонентой, то оценить потеS0 ри во времени можно, учитывая только экспоненциальный член выражения (2) .

Если преобразуется М уровней E „,с, то суммарное время, которое происходит до начала преобразования (достижения. (заданного уровня Up) равно

3 в противном случае

1048

М Ем = — е (4)

K с у где E - .максимальный преобразуемый 5 . уровень, . Таким образом, абсолютный суммар." ный проигрыш времени з известном

АЦП определяется выражением : (Г

dt-g((M- }ему„-Е ел ;). а=4

- т((м<} е я„-еи(д е}) (я

Целью изобретения является устра-., нение неравнвмерных по диапазону погрешностей и повышение быстродей" ствия аналого-цифрового преобраэова":рц теля при регистрации амплитудных спектров потоков входных сигналов в широком динамическом диапазоне.

Поставленная цель достигается тем,что в аналого-цифровой преоб- " 25 разователь введены последовательно соединенные полосовой фильтр, компа-. ратор, одновибратор повторного за" пуска и одновибратор начала преобразования, выход которого подключен к дополнительному входу параллельного занесения информации счетчика и к третьему входу блока управления, при этом вход полосового фильтра соединен со вторым выходом элемента. аналоговой памятй, а второй вход .,35 компаратора подключен к общей шине.

На фиг.1 изображена схема конденсатора в элементе аналоговой памяти; на Фиг.2 - структурная элект- 4О рическая схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг,3 - временная диаграмма работы аналого-цифрового преобразователя.

УСтройство содержит и-компарато- .45 ры 1-,1,1-И, сетку 2 уровней квантования, кодирующую матрицу 3, счетчик

4, генератор 5 тактовых импульсов, элемент б И, блок 7 управления, элемент 8 аналоговой памяти, генератор

9 разрядного тока, селектор-мультиплексор 10 данных,.полосовой фильтр .

1l, компаратар 12, одновибратор 13 повторного запуска, одновибратор 14 начала преобразования.

Временная диаграмма работы аналого-цифрового преобразователя (фиг.3) содержит сигнал 15 "Пуск", базовый .

574 4 уровень 16 элемента аналоговой памяти, сигнал 17 с выхода элемента аналоговой памяти, сигнал 18 с выхода полосового фильтра, сигнал 19 с выхода компаратора 12 для.отслеживания переходного процесса, сигнал

20 с выхода одновибратора повторного запуска, сигнал 21 с выхода одновиб" ратора начала преобразования, сигнал

22 со второго выхода блока управления, сигналы 23 с выхода элемента бй, сигнал 24 с выхода селекторамультиплексора данных.

Устройство работает следукщим образом.

В исходном состоянии все разряды счетчика 4 установлены в "нуль", входы компараторов 1-1, 1-и находятся в состоянии логической "!", на выходах сетки 2 уровней квантования установлены соответствующие эталонные уровни, на выходе элемента 8 аналоговой памяти - "нулевое" напряжение.

Блок 7 управления блокирует прохож. дение импульсов через элемент бй и держит генератор 9 разрядного тока в закрытом состоянии. . I

По сигналу "Пуск" 15 из блока 7 управления восстанавливается базовый уровень 16 элемента аналоговой памяти и разрешается запись входного сигнала. После записи выходное напряжение с элемента аналоговой памяти 8-, соответствующее максимальной амплитуде входного сигнала, поступает на входы и-компараторов 1-1,1"и а переменная составляющая переходных процессов на запоминающей емкости выделлетсл при помощи полосового фильтра 11 и поступает на вход компаратора 12. Формируемые на выходе компаратора сигнал 19 .поступают на вход одновибратора 13 повторного запуска.. Этот одновибратор формирует сигнал 20, запрещааций преобразование до окончания переходных процессов. По спаду сигнала 20 производится запуск одновибратора начала преобразования, формирующего на выходе сигнал 2 1, который поступает на третий вход блока 7 управления и вход параллельного занесения информации с четчика 4. Результат сравнения .входного напряжения с выхода и-компараторов 1-1,l-п через кодируоцую матрицу 3 заносится по фронту сигнала 21 в соответствующие разряды счетчика 4 и одновремейно

1048574 йодается на управляющие входы селектора-мультиплексора 10 данных, используемого для выбора выхода компарвтора, к которому подключен блимайаий эталонный уровень сетки

2,. меньший".08„ (фиг. 3, сигнал 1.7 с выхода элемента аналоговой памяти, уровень е). 8 следующем такте преобразования по спаду сигнала 21 блок 7 управления формирует на втором выходе сигнал включения генератора 9 разрядного тока и элемента

6И. Сигналы с генератора 5 тактовых импульсов проходят через элемент

6 И и заполняют счетчик 4 (фиг. 3, сигнал 23). Конец преобразования определяется по изменению логического уровня на выходе компаратора б фиг. 3, сигнал 24); который, через селектор-мультиплексор- 10 данных подается на блок 7 управления. По, окончании преобразования в этом блоке формируется сигнал "Пуск" 15, который подготавливает устройство к очередному преобразованию.

Таким образом, использование но10 вых элементов: полосового фильтра, компаратора, одновибраторов повтор-, ного запуска и начала преобразования, выгодно отличает предлагаемый аналого-цифровой преобразователь от прототипа, так как позволяет повысить быстродействие и устранить неравномерность по диапазону погрешностей при регистрации амплитудных спектров. г.2

1048574

Составитель В.Солодова

Редактор Т.Колб Техред Т,Иаточка Корректор В.Гирняк

Заказ 7947/59 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

4 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4