Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий основной цифроаналоговый преобразователь, блок управления , выходы которого соединены с первыми входами основного цифроаналогового преобразователя, компаратор , первый вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выход - с первым входом блока управления , второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов , источник опорного напряжения , выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя , отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительный цифроаналоговый преобразователь и сумматор, входы которого соединены с выходами основного и дополнительного цифроаналоговых преобразователей соответственно, а выход - § с вторым входом компаратора, выход 10) которого соединен с первым входом дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которо-1, го соединен с выходом источника опор-1 ного напряжения., - 2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ 54 А

3(5g Н 03 К 13/02

t;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I И

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .ВЯь Щ0 /gag

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3606532/18-21 (22) 25.04.83 (46) 07.09.84. Бюл. 9 33 (72) В.С.Дашкевич, Е.С.Купкин и

П.М.Повидайко (71) Житомирский филиал Киевского ордена Ленина политехнического института (53) 681.325(088.8) (56) 1. Энциклопедия кибернетики.

Киев, Главная редакция Украинской

Советской энциклопедии, 1974, т. 2, с. 204.

2 ° Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школки В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М., "Советское радио", .1980, с. 29-30. (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий основной цифроаналоговый преобразователь, блок управления, выходы которого соединены . с первыми входами основного цифроаналогового преобразователя, компаратор, первый вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выход — с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, о т л н ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительный цифроаналоговый преобразователь и сумматор, входы которого сое— динены с выходами основного и дополнительного цифроаналоговых преобразователей соответственно, а выход—

О с вторым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом дополнительного цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника опор.

Ф ного напряжения. (- мв

1112548

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в качестве аналого-цифровых преобразовательных каскадов измерительных приборов и систем автоматического управления и контроля.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий компаратор, преобразователь код-напряжение, источник опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, программное устройство управления П1 .

Однако для данного устройства характерна недостаточная точность.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий основной 15 цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) блок управления, выходы которого соединены с первыми входами основного цифроаналогового преобразователя, компаратор, первый вход которого сое- 20 динен с выходом источника сигнала, а выход — с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, источник опорного напряже- 25 ния, выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя Г21.

Однако для известного устройства характерна недостаточная точность 30 преобразования, так как скомпенсировать напряжения смещения от входных токов, значения которых зависят от состояния компаратора по выходу, практически невозможно. 35

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий основной цифроаналоговый преобразователь, блок управления, выходы которого соединены с первыми входами основного цифроана40 логового преобразователя, компаратор, 45 первый вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выход — c первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов. источник опорного напряжения. выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, введены дополнительный цифроаналоговый поеобразователь и сумматор. входы которого соединены с выходами основного и дополнительного цифроаналоговых преобразователей соответственно, а выход — с вторым входом компаратора, при этом первый вход дополнительного цифроаналогового преобраэовате- 60 ля соединен с выходом компаратора, а второй вход — c выходом источника опорного напряжения.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

АЦП содержит компаратор 1, блок 2 управления, основной ЦАП 3, источник 4 опорного напряжения, дополнительный ПАП 5, сумматор б, генератор

7 тактовых импульсов, Выход компаратора 1 соединен с входом блока 2 управления и входом дополнительного

ЦАП 5, выходы блока 2 управления с соответствующими входами управления основного ЦАП 3. выходы источника

4 опорного напряжения-с входами питания основного ЦАП 3 и дополнительного ЦАП 5, выход ЦАП 3 и ЦАП 5 — с входами сумматора б соответственно, выход которого соединен с вторым входом компаратора 1, выход генератора 7 тактовых импульсов — с вторым входом программного блока 2 управления. Выход источника 8 преобразуемого сигнала соединен с первым входом компаратора 1 и имеет выходное сопротивление Rс, а сумматор 6 имеет выходное сопротивление R ä . Компаратор любого АЦП представляет собой усилительное устройство с двумя входами и одним выходом. На один его вход подается преобразуемое ;сравниваемое) напряжение, а на другой эталонное, опорное) напряжение и состояние компаратора по выходу определяется величиной и знаком разности преобразуемого и опорного напряжений.

Любой компаратор обладает входными токами смещения и I,,где I+ входной ток смещения по неинвертирующему входу, I- — входной ток смещения по инвертирующему входу. Абсолютная величина этих токов для разных типов компараторов лежит в диапазоне от единиц наноампер до единиц микроампер, а относительная разность

I+ и I — для одного компаратора мо>кет составить один и даже два порядка. Кроме того, абсолютные значения входных токов смещения компаратора зависят от его состояния по выходу. Обозначим I и „ входные токи компаратора при наличии на его выходе сигнала Логический "0" и

I „,,I входные токи компаратора при наличии на его выходе сигнала Логическая "1". При этом обычно I+ = 1 и - = -.О

Входные токи компаратора, проходя через выходные сопротивления источника сигнала и сумматора, создают на них падения напряжения, которые вычитаются из напряжения сигнала и опорного напряжения. В соответствии с рисунком напряжения, подаваемые на неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора при наличии на его выходе сигнала Логического "0" равны

u+=Uо Рс3, U =u,„-k.,3+

1112548

Составитель И.Ронанова

Редактор С.Саенко Техред М.Кузьма Корректор Е.Сирохнан

Заказ 6467/43 Тираж 861 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП"Патент", г. Ужгород ул. Проектная, 4 где U,,U — напряжения на неинвер- тирующем и инвертирующем входах компаратора, напряжение входного преобразуемого сигнала;

U „— опорное напряжение.

Разностный сигнал между неинвертирующим и инвертирующим входами компаратора

U+-0 = (U„.-U „) — (RCr. -R«r ) (2)10

Аналогично можно определить разность напряжений между входами компаратора при наличии на его выходе сигнала Логическая "1" U Ä= (U -U„„) — (Вс? — Б, I ) (3) Напряжения, соответствующие второй круглой скобке в выражениях (2) и 20 (3), представляют собой напряжения ошибки, обусловленные входными токами компаратора. Они искажают "момент" совпадения напряжений сигнала и опоры, при котором изменяется состояние выхода компаратора. Так как для программного устройства управления сохранение или изменение состояния выхода компаратора является информацией, по которой определяют значение соответствующего разряда вы- З0 ходного кода АЦП, наличие ошибки, обусловленной входными токами компаратора, приводит к уменьшению точности преобразования.

Устройство. работает следующим об- З5 разом.

Опорное напряжение, подаваемое на компаратор и служащее для уравновешивания входного сигнала, содержит две составляющие, обусловленные выходными40 напряжениями основного и дополнительного ЦАП.

45 где 0,,U„- выходные напряжения основного и корректирующего ЦАП, К,К„ — коэффициенты усиления сс сумматора по входным ка-50 налам основного и корректирующего ЦАП.

Напряжение, обусловленное основным

ЦАП (К, . U., ), соответствует уравновешивающему напряжению, вырабатываемому в обычном MIll последовательного приближения. Оно определяется состоянием выходов блока управления на соответствующем такте преобразования.

Составляющая опорного напряжения, определяемая дополнительным ЦАП, долж. на быть по величине равна, а по знаку противоположна напряжению ошибки, обусловленной входными токами компаратора. Так как входным сигналом дополнительного ЦАП является напряжение компаратора (Логический "0" или

Логическая "1"), величина и знак этой составляющей опорного напряжения может быть отрегулирована для коррекции .ошибок при различных значениях входных токов компаратора.

Настройка предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Измеряется величина выходных сопро. тивлений источника сигнала и сумматора, используемых в схеме, определяется величина входных токов компаратора при единичном и нулевом значениях его выхода, расчитывается величина ошибки, обусловленная прохождением входных токов компаратора через выходные цепи источника сигнала и сумматора. Величина сигнала. на выходе корректирующего ЦАП и коэффициент усиления сумматора по входу этого ЦАП регулируются так.что напряжение на выходе сумматора, обусловленное указанными факторами, равно по величине и противоположно по знаку найденной ошибке. Выходное напряжение корректирующего ЦАП регулируется как для "нулевого" так и для "единичного " входного си гн алов комп ар атора .

Таким образом, изобретение по сравнению с базовым АЦП типа Ч222 (2ПЧ.949.141.TO1) позволяет значительно повысить точность преобраэо вания и увеличить разрядность

АЦП.