Параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь

 

ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ содержащий источник эталонных напряжений , выходы которого соответст венно подключены к входам блока ком параторов , выходы которого соответственно соединены с входами шифратора, выходы которого подключе ны к выходным шинам старших разрядов , дополнительный источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно соединены с вхо дами дополнительного блока компара торов, выходы которого соответстве но подключены к входам дополнительного шифратора, источник опорных сигналов и п ЛормирователеЯ разностных напряжений, где , 5,7,. .., первые аналоговые входы которых объединены и соединены -с сигнальным входом блока компараторов и входной шиной, о тлич. ающийс я тем, что, с целью упрбщения и повышения быстродействия преобразователя , в него введен блок выбора медианного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом дополнительного блока компараторов , а входы соответственно подключены к выходам формнрювателей разностных напряжений, вторые аналоговые входы которых соответственно соединены с выходами источника опорных сигналов, при этом кгигдые ()/п цифровых ВХОДОВ каждого формирователя разностного напряжения соединены с соответствующими а выходами блока компараторов, а выходы дополнительного шифратора соединены с выходными шинами младших разрядов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

sinai:.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3425560/18-21 (22) 01.02.82 (46) 23.01.84 . Бюл. Р 3 (72) С.A.Âoëîù|:Hêo и Л.П.Петренко (53) 621.325(088.8) (56). 1. Гитис З.И. Преобразователи информации для электронных цифровых устройств. М., Энергия, с.316319, рис. 7-11.

2. Авторское свидетельство СССР

9 799131, кл. Н 03 К 13/175, 23.01.81 (прототип). (54) (57) ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫИ АНАЛОГО-11ИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно подключены к входам блока компараторов, выходы которого соответственно соединены с входами шифратора, выходы которого подключе-, ны к выходным шинам старших разрядов, дополнительный источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно соединены с входами дополнительного блока компараторов, выходы которого соответственно подключены к входам дополнительного шифратора, источник опорных сигналов и и формирователей разностных напряжений, где n 3,5,7,..., первые аналоговые входы которых объединены и соединены с сигнальным входом блока компараторов и входной шиной, о т л и ч. а ю щ и йс я .тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия преобразователя, в него введен блок выбора медианного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом дополнительного блока компараторов, а входы соответственно подключены к выходам формирователей разностных напряжений, вторые ана- Я логовые входы которых соответственно соединены с выходами источника опорных сигналов, при этом каждые (2 -1)/n цифровых входов каж- С дого формирователя разиостного напряжения соединены с соответствующими

° ° выходами блока компараторов, а выходы дополнительного шифратора соединены с выходными шинами младших разрядов.

1069156

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в цифровых ос циллографах, автоматизированных системах сбора информации, входных устройствах ЦВМ и т.д, Известен параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь (ЩП), содержащий канал преобразования старших разрядов, выходы которого через цифро-аналоговый преобразователь соединены с первым входом канала преобразования младших разрядов, второй вход которого соединен с входной шиной С13,. (5

Однако такой АЦП имеет ограничен ное быстродействие из-за влияния переходных процессов íà скорость преобразования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является параллельно-последовательный АЦП, содержащий источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно подключены к входам блока компараторов, выходы которого cqответственно соединены с входами шифратора, выходы которого подключены к выходньЮ шинам. старших разрядов, дополнительный источник эталонных напряжений, выходы которого соот. ветственно соединены с входами первого дополнительного блока ком-. параторов, выходы которого подключены к соответствующим входам и, по числу каналов младших разрядов, . 35 формирователей раэностных напряжений, выходы которых подключены к первым входам соответствующих блоков компараторов каждого канала младших разрядов, вторые входы ко-. 40 торых соединены с выходами соответствующих источников эталонных напряжений, а выходы подключены к входам соответствующих шифраторов, выходы которых .подключены к соот.ветствующим первым входам цифрового коммутатора, вторые входы которого соединены с выходами шифратора стар. ших разрядов Т23.

Недостатками известного устройства являются схемная избыточность . из-за необходимости использования нескольких блоков компараторов и соответствующих им шифраторов в каналах преобразования младших разрядов, а также ограниченное быстродействие из-за задержек, возникших при выборе канала преобразования младших разрядов в цифровом коммутаторе.

Яелью изобретения является упро- 60 щение и повышение быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно подключены к входам. блока компараторов, выходы которого соответственно.соединены с входами шифратора, выходы которого подключены к м выходным шинам старших. разрядов, дополнительный источник эталонных напряжений, выходы которого соответственно соединены с входами дополнительного блока компараторов, выходы которого соответственно подключены к входам дополнительного шифратора„ источник опорных сигналов и h формирователей разностных напряжений, где п3,5,7,..., первые аналоговые входы которых объединены и соединены с сигнальным входом блока компараторов и входной шиной, введен блок выбора медианного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом дополнительного блока компараторов, а входы соответственно подключены к выходам формирователей разностных напряжений, вторые аналоговые входы которых соответственно соединены с выходами источника опорных сигналов, при этом каждые (2 -1)/o цифровых вхо61 дов каждого Формирователя разностного .напряжения соединены, с соответствующими выходами блока компараторов, а выходы дополнительного шифратора соединены с выходными шинами младших разрядов.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема АЦП," на фиг,2 пример выполнения формирователя разностного напряжения (ФРН); на фиг.3 и 4 — процесс формирования разностных напряжений и выбора из них медианного.

Устройство содержит канал преобразования старших разрядов, включающий источник 1 эталонных напряжений, блок 2 компараторов и шифратор 3, vn выходов которого подключены к выходам старших разрядов преобразователя, формирователи 4-6 разнос:тных наЩ>яжений„ канал преобразования младших разрядов, состоящий из дополнительного блока 7 компараторов, дополнительного шифратора 8 и дополнительного источника о эталонных напряжений, источник 1О опорных сигналов, а также блок 11 выбора медианного напряжения.

Каждый иэ формирователей 4-6 разностного напряжения,(фиг.2) содержит источник 12 опорного сигнала, аналоговый вычитатель 13, построенный на дифференциальном усилителе и резисторах, и аналоговые ключи 14. Цополнительный аналоговый вход 15 и кодовые входы 16-18 предназначены, соответственно, для по1069156

45 ()ц = uх > Un 3

3() „

55 дачи сигнала и управления опорными сигналами, поступающих на вычитающий вход аналогового вычитателя.

Аналоговый вход 19 предназначен для .подачи входного сигнала на суммирующий вход аналогового вычитателя. 5

Выход 20 является выходом формирователя раэностного напряжения.

Блок 11 выбора медианного напряжения иэ напряжений, поступающих на его входы (число которых равно 10 й, где е 3,5,7,...), селектирует на выход то. напряжение, которое по своему уровню занимает среднее положение.

На дополнительные аналоговые вхо- f5 ды 15 фоомирователей разностного напряжения 4-6 от источника 10 опорного сигнала поданы, соответственно, уровни напряжения плюс U, нулевой уровень и отрицательный уровень U где 0„ — напряжение одного шага квантования канала преобразо,вания старших разрядов. Источник 12 опорного сигнала формирует уровень напряжения, равный + n U .

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал U» поступает на блок 2 компараторов, где сравнивается с набором эталонных напряжений, формируемых источником 1. По состоянию компараторов на выходе блока 2 компараторов формируется унитарный код, который далее преобразуется посредством шифратора 3 в двоичный код старших разрядов.

Одновременно входной сигнал U» по ступает на аналоговые входы 19 формирователей разностного напряжения. Формирователи 6,5 и 4 соответственно формируют следующие раз- 40 ностные .сигналы: где g... (- обозначение функции наименьшего ближайшего целого (целой части числа).

Функция наименьшего ближайшего целого в формуле (1) формируется посредством связи кодовых входов

16-18 каждого иэ Формирователей раэностного напряжения с соответствующими номеру формирователя выходами блока компаратора 2, которые предварительно разбиты íà о групп по (2 -1) /g выходов в каждой. Например, кодовые входы первого формирователя соответственно подключены к первым входам каждой. группы выходов блока 2 компараторов, второго — к вторым входам, а третьего — к третьим выходам блока 2 компараторов.

Пусть входной сигнал V» изменяется по некоторому закону, начиная с нулевого уровня (1иг.4а). Тогда разностный сигнал а, О на выходе первого ФРН 6 начинает меняться в соответствии с формулой (1) с уровня + 0п на выходе ФРН 5 - с нулевого уровня (фиг.4r), а на выходе

ФРН 4 — с уровня †. U (фиг.4в). На выходе блока 11 выбора медианного напряжения будет сформирован информационный разностный сигнал ЬО, форма которого для изменяющегося

LI„ приведена на фиг.4д. Разностный сигнал с выхода блока выбора медианного напряжения посредством компараторов 7 и шифратора 8 преобразуется в код младших разрядов пре- образователя.

Вертикальные линии на фиг.3 объединяют уровни квантования, в которых функция наименьшего ближайшего целого изменяется на единицу.

Причем каждая. линия соответствует своему формирователю разностного напряжения. Этим обеспечивается сложение преобразователей 4-6,эа уровнем входного сигнала Ц„, а заблаго-. временное переключение каждого из формирователей на новый уровень исключает необходимость учитывать время установления в них переходных процессов. Входной сигнал находится как бы в полосе слежения (на фиг.4а эта полоса изображена штриховыми линиями).

Увеличение числа Формирователей раэностного напряжения, а также переход от апериодического характера переходных процессов в формирователях к периодическому при сохранении общей его длительности, улучшит воэкожности преобразования быстроизменяк ; щихся входных сигналов.

Использование изобретения позволит упростить параллельно-последовательный АЦП, а также повысить его быстродействие за счет исключения цифрового коммутатора.

1069156 ф

ВН ИИПИ Заказ 1149 3/56 Тираж 866 Подписное

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