Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий блок подбора кодового эквивалента, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выходы - с выходной шиной и с входами цифроаналогового преобразователя,выход которого соединен с первым входом первого переключателя , второй вход которого соединен с входной шиной, третий вход с перв&м выходом устройства управления , а выход - с первым входом операционного усилителя, выход которого соединён с первым входом первого аналогового запоминающего устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, отличающийся -тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переключатель, сумматор, второе аналоговое запоминающее устройство , первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя , второй вход - с третьим выходом устройства управления, а выход - с первым входе второго переключателя, второй вход которого соединен с об- § щей шиной, третий вход - с четвертым «О выходом устройства управления, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства, а выход - с вторым 2 входсвч операционного у :илителя. :л :о ;о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COUHA»

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Н 03 К 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ПКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;: ..!3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3469088/18-21 (22) 09 ..07. 82 (46) 23.02 84 Бюл в 7 (72) Р.И. Грушвицкий и A.Õ. Иурсаев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 684 ° 325(088.,8) (56) 1. Микроэлектронные кодирующие и декодирукщие преобразователи.

Под ред. В.Б. Смолова. Л., Энергия, 1975 рис» 10-17.

2 ° Приборы и техника .эксперимента, 1974, 9 5, с. 70-71 (прототип). (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок подбора кодового эквивалента, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выходы — с выходной шиной и с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной, третий входс первйм выходом устройства управления, а выход — с первым входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого аналогового эапоминакицего устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, отличающийся.тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переключатель, суюеатор, второе аналоговое запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, второй вход - с третьим выходом устройства управления, а выход - с первый входом второго переключателя, второй вход которого соединен с обФ щей шиной, третий вход - с четвертым выходом устройства управления, а выход - с первые входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства, а выход - с вторым ф входом операционного усилителя.

1075399

Изобретение относится к преобразованию информации и применяется в информационно-измерительных комплексах, управлякщих и гибридных вычислительных системах.

Известны аналого-цифровые прео0ра- 5 зователи (АЦП), содержащие блок подбора кодового эквивалента, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП} и сравнивающий усилитель jlj .

Недостатком таких 1ЩП является 10 низкая точность.

Наиболее близким к изобретению является аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок подбора коцового эквивалента, вход которого 15 соединен с выходом операционного усилителя, а выходы — с выходной шиной и с выходами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входной щиной, третий вход - с первым выходом устройства управления, а выход - с первьм входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого аналогового запоминающего устройства, второй вход которого соединен с вторым выходом устройства управления (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность преобразования.

Целью изобретения является повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в аналого"цифровой преобразова- 35 тель, содержащий блок подбора кодового эквивалента, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выходы - c выходной шиной и входами цифроаналогового преобразователя, 4Q выход которого соединен с нервна входом первого переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной, третий вход — с первым выходом устройства управления, а выход - с первюе входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого аналогового запоминакицего устройства, второй вход ноторого соединен с вторым выходом устройства управления, введены второй переключатель, суьматор, второе аналоговое запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, второй вход - с TpeTh в д6 устрой- 55 ства управления, а выход - с первьвю входом второго йереключателя, второй вход которого соединен с общей шиной, третий вход - с четвертым выходом устройства управления, а выход - 60 с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства, а выход - с вторыч вхо дом операционного усилителя.

На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя .

Аналого-qs@posoA преобразователь содержит первый переключатель 1, операционный усилитель 2, первое аналоговое запоминающее устройство 3, сумматор 4, второе аналоговое запоминающее устройство 5, второй переключатель б, блок 7 подобора кодового эквивалента,. устройство 8 управления, цифроаналоговый преобразователь 9, выходную шину 10.

Первый вход первого переключателя

1 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй зход— с входной шиной, а выход - с первьм входом операционного усилителя 2, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход — с входом первого аналогового запоминающего устройства З,выход которого соединен с вторым входом сумматора 4,первый вход второго аналогового запоминающе. го устройства 5 соединен с выходом операционного усилителя,а выход - с первым входом второго переключателя .б,второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — с первыа входом сумматора, вход блока 7 подбора кодового эквивалента соединен с выходом операционного усилителя, первый, второй, третий и четвертый выходы . устройства 8 управления соединены соответственно с третьим входом nepsoro переключателя, вторыми входами первого и второго аналогового запоми-. нающего устройства, с третьим входом второго переключателя, вход цифроаналогового преобразователя 9 соединен с выходом блока подбора кодового эквивалента и выходной шиной 10.

Устройство работает следующим образом.

Процесс аналого-цифрового преобразования состоит из трех этапов.:

На первом этапе выполняется заломинание приближенного значения входного напряжения в первом аналоговом запоминающем устройстве 3. Под действием сигналов устройства 8 управления первый переключатель 1 устанавливается так, что вход операционного усилителя 2 соединен с входной шиной и разрешается запись в первое аналоговое запоминающее устройство

3. Переключатель б устанавливается так, что на второй вход сумматора 4 подается нулевое напряжение. Уравнение .баланса схемы на этом этапе имеет вид „,„,= <О,„,U ), (1> где Н „ ° - напряжение на выходе первого аналогового запоминающего устройства 3;

S(0,Ц) — функция передачи операционного усилителя

1075399

2 по. Некнвертирук(щему и инвертирующему входам соответственноу

Ц вЂ” напряжение на выходе сумматора 4 нри этом

Х АМ» ( где К, — коэффициент передачи сумматора 4 по первому Входу; 10

A --.погрешность сумматора 4.

Первый этап завершается переходом первого аналогового запоминающего устройства 3 в режим хранения установившегося напряжения. При этом информация. в первам аналоговом запоминающем устройстве 3 искажается на величину коююутационной помехи Ь)) .

Таким образом

АЪЧ» ОЧ 3 20

С учетом (1) и (2) напряжение на выходе первого аналогового запоминающего устройства 3 после окончания первого этапа. равно г (1 < 4"вк ((ussr аЦ:K, a)jig((, (з> или, применив к праной части выражения теорему Ла-Гранжа о приращении

Ф ункции

30 и ч 4(0вк "аъч i)) В„К а" AU„(4 где Р» — значение частной произВОднОЙ функции 1 пО ВТО 35 рому аргументу в некоторой средней точке отрезка Uq ()вх

6 0 1. К а О„„,. I+aiь()) . 40

На втором этапе производится запись корректирующей поправки во Второе аналоговое запоминающее устройст» во 5. Первый переключатель 1 остается45 в прежнем положении, запись в первое аналоговое запоминающее устройство 3 прекращена, разрешена запись во второе аналоговое запоминающее устройство 5, а второй переключатель б переходит в положение,обеспечивающее подключение к второму входу сумматора 4, выхода второго аналогового, запоминающего устройства 5. Уравнение баланса схе1 мы в этом режиме имеет вкд

"И 1 < овх, К»Од»»+К u„„; а)) где К - коэффициент передачи сумматора по второму входу) 60

U >>< — напряжение на выходе второго аналогового запоминающего устройства.

Этап завершается переходом второ,го аналогового запоминакщего устрой- ф5

1 ства 5 в режим хранения. При этом напряжение на его выходе также иска жается на величину ковееутационной помехи AU> в общем случае ие равную AUq

АЪЧ 2 АЪМ 2

С учетом (5) :

О, *((0,„(К,ll Å Ê,(((„,-а((,Д+а д((, (б) или, преобразовав правую часть уравнения в соответствии с теоремой о приращении функции, ( 312 (В1Ч(1) а((2(((д Щ(Цу(где: 2 — значение частной црокзводной функцкк к по второму аргументу в некоторой средней точке отрезка О» -- () в „ э

lip({»Ug» И »0 +A kq (U, -аО Я, На третьем этапе Выполняется подбор кодового эквивалента. Первый переключатель 1 переключается так, что вход операционного усилителя 2 соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 9. Первое и второе ": аналоговые запоминающие устройства (3 и 5 хранят напряжение0 »» aU ц а блок 7 подбора кодового эквивалента автоматически изменяет выходной код до тех пор„ пока напряжение на его выходе не станет равныи некоторому (), меньшему порога срабатывания блока 7 подбора кодового эквивалента, т.е. наступит состояние, при котором

0,-4(МВ,(К,О +К,Ь, +а ) (а) где Н - код на выходе анало1о-цифрового реобразователяу

А - коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя 9.

Вычтя (4) кз (7) к приведя подоб"

НЫЕ ЧЛЕНЫ, ПОЛУЧИа

"ин, 1- )» "»

Подставив в это выражение 0, из (9) и применив к, функции а теоре-. му о приращении функции, получим где Э3 - значение частной прокзвод», ной функции по второму аргументу в кекоторой средкай точке отрезка Ц» МА;

1075399

I I цг Ф () Аъу% Ь,К О у К () ьм 2)

"" "B» /1) -Эг Ос aU 1

Эг >а ОЭ1 U 4

Вычтя (4) из (10) Э, ОЗ-Э,Д аО 3> а()

Ф +к

n„z„u„, Р4() В»

4- A -Ооlu„-й!Мэ» 1), " 1)

3>= — (12)

"вх Dy з, о,„

Э. (D4-2,М, К

34(4-Э,К,) 30

Так как D4 4 0, то ) з-1)я

» В K4 401 °

При ((4: 1, () д,, О

И тогда относительная погреш« ность выходного кода составит

Составитель A. Кузнецов

Редактор В. Иванова Техред С.Легеза Корректор А, Зимокосов

Заказ 515/49 Тираж 862 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

<$u»,(К,О „,„, Я- И ДК,u + 1).u „„; U,—

I 0„,„, .О О К М О К, — " aaUa с «4 э г 4 Огкг " 1)гкг

Заменив приращение функции в левой части уравнения на произведение приращения первого аргумента на частную производную по этому аргументу в,не- 15 которой средней точке отрезка 1Ф" "вЛ 4 " " з г1" которую обозначим 24 и приведя по 20 добные члены, получим выражение для оценки погрешности преобразования

Аъчi 4-1)гкг 1)з) а ь0,-0, D

АЪЧ 4

Вк р4 4-Эгкг 2g 34 25 э,-э, ьи,-(), о, ц, Us„NA=0>>>(D 4 КгьОг+ — к

41 4 4

Аналогичное уравнение для известно1 го преобразователя при прочих равных условиях будет иметь следующий вид

Таким образом, сравнивая выражение (11) с (12) можно видеть, что значение первой и второй дробей в (11) существенно меньше, чем значение соответствующих членов в (12),, так. как члены Р, и Э представляют коэффициенты передачи операционного усилителя по одному и тому же входу практически в ддинаковых режимах, а -их относительное отклонение (З -)) )/D обычно не превышает несколь,ких тысячных

Влияние коммутационной помехи предлагаемого запоминающего устройст. ва 5 в 1/К раз меньше, чем влияние такой же помехи в известном устройстве. Значит ошибка, вызванная погрешностями операционного усилителя

2 и аналоговых запоминающих устройств в предлагаемом устройстве боЛее, чем в 100 раэ ниже, чем в известном.

Таким образом, введение второго аналогового устройства, второго пе» реключателя, сумматора существенно повышает точность преобразования.