Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий п компараторов по числу разрядов, первые входа которых объединены и соединены с входной шиной , (п-1) инвертор, (п-1) резистор, первые выводы которых объединены между собой и соединены с выходом источника опорного напряжения, (п-1) группу по (i-1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой, где ,2,3,... п, вторые выводы одноименных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (п-1) резисторов ,.отличающийся тем, что, с .целью расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительный резистор, п операционных усилителей, п повторителей напряП-1 женил, „.j) ) дополнительных групп j i по (J-O объединенных по первым выводам резисторов в каждой (п-1)(п-2)/2 элементов И-НЕ и (п-1)-Цп-1)(п-2)/2аналого; вых ключей, информационные входы которых объединены и соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (п-1) первых аналоговых ключей соединены с выходами соответствующих инверторов, a(n-i)(n-2| последующих - с выходами соответствующих элементов И-НЕ, а выходы - с соответствующими первыми выводами резисторов всех rijynn резисторов, вторые выводы одноименных резисторов дополнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (ti-1) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы (Л всех операционных усилителей соединес ны с общей шиной, а выходы - с вторыми входами соответствующих компараторов , выходы KOTOpr.Dc соединены с входами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шиел о нами, выходы, кроме первого разряда с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго раза рядов - с первыми входами соответсто вующих элементов И-НЕ, вторые входы , которых соединены с соответствующими выходными шинами пр едыдущего младшего разряда, кроме первого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разряда через дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(s1) H 03 M 1/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3629707/24-21 (22) 03.08.83 (46) 15.04.85. Бюл. № 14 (72) С.У.Климович (53) 68 1. 325 (088. 8) (56) 1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного капряже— ния в постоянное. М., Советское ра— дио", 1977.

2. Electronics. 1976, 49, ¹ 19, 103-105 (прототип). (54)(57) АНАЛОГΠ†ЦИФРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержаший и компараторов по числу разрядов, первые входы которых объединены и соединены с входной шиной, (и — 1) инвертор, (и-1) резистор, первые выводы которых объединены меж— ду собой и соединены с выходом источника опорного напряжения, (n — 1) группу по (i-1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой, где

1=1,2,3,... n, вторые выводы одноименных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующегоо р езист ор а из (n — 1) р е зисторов,.отличающийся тем; что, с целью расширения функциональных возможностей, в. него введены доnoJIHHTBJIbHblH резистор, п операционных усилителей, и повторителей напряМ женися . ) дополнительных гр упп э ()

5"-2 по (j — 1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой (n-a l(n-2)/2 элементов И-НЕ и. (n-1) +(n-1)(n-2)/2аналого„„SU„„1150766 вых ключей, информационные входы которых объединены и соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (n-1) первых аналоговых ключей соединены с выходами соответствующих инверторов, а(п->)(n-2) последующих — с выходами соответствующих элементов И вЂ” НЕ, а выходы — с соответствующими первыми выводами резисторов всех групп резисторов, вторые выводы одноименных резисторов дополнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (n — 1) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы всех операционных усилителей соединены с общей шиной, а выходы — с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы которых соединены с вхо- дами соответствующих повторителей . напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами, выходы, кроме первого разряда— с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго раз рядов — с первыми входами.соответствующих элементов И вЂ” НЕ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходными шинами предыдущего мпадшего разряда, кроме первого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разряда через дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения.

1150766

Изобретение относится к вычислигельной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах с квадратичной характеристикой детектирования для вычисления среднеквадрати- 5 ческого значения напряжения из результата аналогового возведения в квадрат и усреднения.

Известны устройства для извлечения квадратного корня, осуществляющие извлечение квадратного корня из результата квадрирования напряжения входного сигнала с помощью термопары, включенной в цепь обратной связи выходного усилителя «1 1. 15

Недостатком такого устройства для извлечения квадратного корня является низкая температурная и временная стабильность, при этом для выражения результата измерения в цифровой фор- 20 ме на выходе прибора должен. включаться линейный аналого-цифровой преоб— разователь.

Наиболее близким к предлагаемому является аналого-цифровой преобразователь, содержащий h компараторов, первые входы которых обьединены между собой и соединены с входной шиной, (n 1) (n -1) резистор, первые выводы которых объединены и под- ЗО ключены к выходу источника опорного напряжения, (n-i) группу объединенных по первым выводам резисторов, каждая из которых содержит по (i-1) резистору ((=1,2,3,...h), а вторые выводы одноименных резисторов объединены и соединены с вторым входом со— ответствующего компаратора «21.

Недостатком устройства-прототипа являются его ограниченные возможности

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, заключающееся в по— лучении цифрового эквивалента пропорционального значению корня квадрат.ного из значения напряжения преобразуемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий и компараторов по чиспу разрядов, первые входы которых объединены и соединены с входной ши,ной, (г -1) инвертор, (n — 1) резистор, I первые выводы которых объединены между собой и соединены с выходом источникаа опорного напряжения, (n -1) группу по (i — 1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой, где

i =1,2,.3,..., вторые выводы одно— именных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (и-1) резисторов, введень1 дополнительный резистор и n операционны:х усилителей,, повтор и-1 рителей напряжения, г ., допол— h" "j!

1=2 нительных групп по (j-1), объединенных по первым выводам резисторов в каждой,(n-> J(n-2 }/2 элементов И-НЕ и (n — 1)+(- )(h-21 аналоговьгх ключей, информационные входы которых объединены и соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (n — 1) пер— вых аналоговых ключей с выходами соответствующих инверторов, a(h-sl(n-2)/2 последующих — с выходами соответствующих элементов И-НЕ, а выходы — с соответствующими первыми выводами резисторов всех групп резисторов, вторые выводы одноименных резисторов до— полнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (n — 1) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вто рые входы всех операционных усилителей соединены с общей шиной, а выходы — с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы которых соединены с входами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами, выходы, кроме первого разряда — с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго разрядов, с первыми входами соответствующих элементов

И-НЕ, вторые входы которьц< соединены с соответствующими вьгходными шинами предыдущего младшего разряда, кроме первого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разряда через дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения.

На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя.

Преобразователь содержит компараторы 1 — 1-1-1, входную шину 2, инверторы 3-1-3(n-1), резисторы 4-1

4-(n †), источник опорного напряжения 5, первые группы резисторов 6-1

6(n-1), содержащих по >, — I резисторов, 3 15076 где =1,2,3,...n, операционные усили1 теля 7-1 — 7- и, повторит ели напряженияя 8-1 — 8- и, вторые группы резисторов 9 — 1 — 9-(n-1){n-2)/2, каждая из которых содержит и; -2 резисторов, причем количество групп с одинаковым числом резисторов определяется разностью между номером и старшего разряда уст. ройства и .номером и. соответствующе-! го младшего разряда, элементы И-НЕ !О (n-<)(n-2)

10-1 — 10-, аналоговые клю2 (ь-1) (n - 2) чи 11-1 — 11 1резистор 12, !

5 выходные шины 13-1 — 13-п.

Первые входы компараторов 1 — 1

1; и объединены между собой и соединены со входной шиной 2 устройства, первые выводы инверторов 3-1 — 3-(и-1) 2п и резисторов 4 — 1 — 4 — (n-1) объедине— ны между собой и подключены к выходу источника 5 опорного напряжения, каждая группа резисторов 6-1 — 6(n-1), объединенных по первым выводам, со- 25 держит по (i -1) резисторов, а вторые выводы одноименных резисторов данных групп объединены между собой.

Неинвертирующие входы операционных усилителей 7-1 — 7-и подключены к общей шине, инвертирующие входы усилителей 7-1 — 7-(n-1)-ко вторым выводам соответствующих резисторов

4-1 — 4(n-1), а этот вход усилителя

n-ro через резистор 12. — к выходу 35 источника 5 опорного напряжения, вы-. ходы всех операционных усилителей

7-1 — 7-и соединены с вторыми входами соответствующих компараторов 1-1

1-п, выходы которых подключены к 40 входам соответствующих повторителей

8-1 — 8-п напряжения, выходы последних являются цифровыми выходными шинами 13-1 — 13-й устройства и, начиная со второго, подключены к вхо- 4> дам инверторов 3-1 — 3(n 1), выходы которых соединены с управляющими входами аналоговых ключей 11-1 — 11(n — 1), подключенных выходами к объединенным выводам резисторов соответствующих 5О групп резисторов 6-1 — 6(n -1) в порядке возрастания числа резисторов в группе, выход повторителей 8-2 — 8-и напряжения каждого старшего разряда устройства, кроме второго разряда, H соединен с вторыми входами соответствующих элементов 10-1 - !О-(и-!){и-2Ц

И-НЕ, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего повторителя 8-3 — 8-(r — 1) напряжения соответствующего младшего разряда, а выходы соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей 11 в и — 11-(r — 1)+ (n-1 )(n-2)

2 выходы которых подключены к объединенным первым выводам резисторов соответствующих из групп резисторов

9 — 1 — 9-(n-1){n-2)/2, вторые выводы од— ноименкых резисторов каждой из групп резисторов 9-1 — 9-{n-1)(n-2)/2 объедине— ны с вторыми выводами одноименньж резисторов из групп резисторов 6-1

6-(й — 1) и подключены к инвертирующему входу соответствующего операционного усилителя 7-1 — 7- .

Устройство работает следующим об— разом.

Напряжение входного сигнала поступает на шину 2 устройства. Начальные пороговые напряжения компараторов

1 — 1 — 1 — и задаются с помощью резисторов 4 †1-(n — 1) и 12 через опера— ционные усилителя 7-1 — 7h. Начальное пороговое напряжение компаратора

1- 1 создается резистором 4-1 с весовым коэффициентом " 1" и принимается за величину Ц . Весовые коэффициенты резисторов 4 — 1 — 4-(n -1) и 12 выбираются по квадратичному двоичному закону, и начальные пороговые напряжения компараторов 1 — 1 — 1-и при этом имеют значения Ц, 4U, 160, 2 "U .

При превышении значением напряжения входного сигнала величины 0 срабатывает компаратор 1 — 1. Выходной код на цифровьж выходных шинах 13-1

13-й устройства содержит единицу в младшем разряде. При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 4Uz срабатывает компаратор 1-2. Высокий потенциал с его выхода через повтори- . тель 8-2 напряжения поступает. на вход инвертора 3-!. Низкий потенциал с выхода инвертора. 3-1 включает аналоговый ключ 11-! который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовым коэффициентом "8" группы

6-1 резисторов на суммирующий вход операционного .усилителя 7-1.

Пороговое напряжение., поступающее на второй вход компаратора 1-1 становится равным в сумме 9Ug, компаратор

1 150766

1 — 1 при этом выключается. Выходной код на цифровых шинах 13-1 — 13-и устройства содержит единицу во втором разряде. Повторное, срабатывание компаратора 1-1 происходит при превыше- 5 нии значением напряжения, входного сигнала величины 9U<. В этом случае выходной код на цифровых выходных шинах 13-1 — 13-и устройства содержит единицы в двух младших разрядах.

При превышении значением напряжения входного сигнала величины порого— вого напряжения 16U срабатывает компаратор 1-3. Потенциал с его выхода через повторитель 8-3 напряжения и 15 инвертор 3-2 включает аналоговый ключ

11 — 2, коммутирующий напряжение от источника 5 на выходы операционных усилителей 7-1 и 7-2 через резисторы группы 6-2 резисторов с весовыми ко- 2р эффициентами " 24" и "32" соответственно. Пороговые напряжения компараторов

7-1 и 7-2 становятся соответственно равными 25U и 36U0 что приводит к их выключению. Выходной код на цифро- вых шинах 13-1 — 13 — и устройства содержит единицу в третьем разряде.

Срабатывание компаратора 1-1 в третий раз происходит при превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 25Un В этом случае выходной код на цифровых шинах 13-1 — 13п устройства содержит единицы в первом и третьем разряде.

При превышении значением напряжения входного сигнала величины порого— вого напряжения 36П повторно сраба— тывает компаратор 1-2. Потенциал с его выхода через повторитель 8-2 напряжения и инвертор 3-1, включает 4р аналоговый ключ 11 †i Одновременно высокий потенциал с выхода повторителя 8-3 напряжения поступает на пер— вый вход элемента И-HF. 10-1, на второй вход которого поступает высокий потенциал с выхода повторителя 8-2 на пряже ни я . Ни з ки и п от е нци ал с выхода элемента 10-1 И-HE включает ключ

11 — n, который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовым коэффициентом "16" группы 9-1 на вход операционного усилителя 7-1.

Пороговое напряжение компаратора 1 — 1 становится равным 1Uo+BUo+24U,+16U,=

49U что приводит к его включению.

Выходной код на цифровых шинах 13-1

13- устройства содержит единицы во втором и третьем разрядах.

При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 49U срабатывает компаратор 1 — 1 в четвертый раз. При этом выходной код на цифровых выход— ных шинах устройства содержит единицы в трех младших разрядах.

Таким образом, срабатывание комлараторов старших разрядов устройства приводит к изменению пороговых на— пряжений компараторов младших разрядов так, что цифровой эквивалент на цифровых выходах в двоичном коде пропорционален корню квадратному из значения напряжения входного сигнала.

Технико-экономический эффект от применения предложенного устройства состоит в том, что введение операционных усилителей, работающих в режиме суммирования токов и обладающих при этом нулевым входным сопротивлением, повышает точность задания пороговых напряжений компараторов по сравнению с известным устройством, где это же производится на конечном входном сопротивлении компараторов.

11507ЬЬ