Аналого-цифровой преобразователь

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО ПРИ АНАЛИЗЕ И РЕГИСТРАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ЦВМ. ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЗВОЛЯЕТ УМЕНЬШАТЬ ДИНАМИЧЕСКУЮ ПОГРЕШНОСТЬ И ВРЕМЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВУЮ ФОРМУ ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ В АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСТРОЙСТВ ВЫБОРКИ И ХРАНЕНИЯ И ВЫБОРА КАНАЛА ВО ВРЕМЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ UK<SB POS="POST">МАКС</SB>/2. СИГНАЛ С ЗНАКОВОГО РАЗРЯДА АНАЛИЗАТОРА ПОСТУПАЕТ НА УПРАВЛЯЮЩИЙ ВХОД ВВЕДЕННОГО ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, КОТОРЫЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗНАКА ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ВЫРАБАТЫВАЕТ ОПОРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ +UK<SB POS="POST">МАКС</SB>/4 ИЛИ - UK<SB POS="POST">МАКС</SB>/4. ЭТО НАПРЯЖЕНИЕ ПОДАЕТСЯ НА ПЕРВЫЙ ВХОД ДОПОЛНИТЕЛЬНО ВВЕДЕННОГО БЛОКА СРАВНЕНИЯ, НА ВТОРОЙ ВХОД КОТОРОГО ПОСТУПАЕТ КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КОД-АНАЛОГ ИЗВЕСТНОГО АЦП. ПРИ ПРЕВЫШЕНИИ КОМПЕНСИРУЮЩИМ НАПРЯЖЕНИЕМ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ /UK<SB POS="POST">МАКС</SB>/4/ НА ВЫХОДЕ БЛОКА СРАВНЕНИЯ ПОЯВЛЯЕТСЯ СИГНАЛ ПРЕВЫШЕНИЯ, КОТОРЫЙ ПОСТУПАЕТ НА ВВЕДЕННЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСА, ГДЕ ВЫРАБАТЫВАЕТСЯ СТРОБ-ИМПУЛЬС ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ОТ МОМЕНТА ПРЕВЫШЕНИЯ ДО КОНЦА ВТОРОГО ТАКТА. СФОРМИРОВАННЫЙ СТРОБ-ИМПУЛЬС ПОДАЕТСЯ НА БЛОК ВЫБОРА И ФИКСАЦИИ НОМЕРА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, РАЗРЕШАЯ ЗАПИСЬ НОМЕРА КАНАЛА, В КОТОРОМ ПОЯВИЛСЯ СИГНАЛ ПРЕВЫШЕНИЯ. ТАКИМ ОБРАЗОМ, ВЫБОР КАНАЛА И СРАВНЕНИЕ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА С КОМПЕНСИРУЮЩИМ НАПРЯЖЕНИЕМ UK<SB POS="POST">МАКС</SB>/2 ПРОИЗВОДЯТСЯ ОДНОВРЕМЕННО И НА ВЫБОР КАНАЛА НЕ ЗАТРАЧИВАЕТСЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. 2 З.П. Ф-ЛЫ, 6 ИЛ.

СО 03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 H 03 N 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР (21) 4136550/24-24 (22) 20. 10.86 (46) 07.05.89, Вюл. Y - 17 (7 1) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика (72) Н.I1 Иагиев (53) 681.325(088.8) (56) Автометрия, 1974, Р 3, с. 63-66.

Авторское свидетельство СССР

N - 1014137, кл. Н 03 М 1/38, 1979. (54) АНАЛОГΠ†ЦИФРОВ ПРЕОВРАЗОВАTElIb (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при анализе и регистрации характеристик электрических сигналов в ЦВМ. Изобретение позволяет уменьшать динамическую погрешность и время преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму путем введения в аналого †цифров преобразователь устройств выборки и хранения и выбора канала во время формирования компенсирующего напряжения

V /Z. Сигнал с знакового разряда

К л(акс анализатора поступает на управляющий вход введенного источника опорИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при анализе и регистрации характеристик электрических сигналов в специализированных цифровых вычислительных устройствах.

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности и времени преобразования, „„SU„„1478330 А1 ного напряжения, который в зависимости от знака входного напряжения вырабатывает опорное напряжение

+ц„.. „, /4 или -U„, „„, /4. Это напряжение подается на первый вход дополнительно введенного блока сравнения, на второй вход которого поступает компенсирующее напряжение с преобразователя код — аналог известного

АЦП. При превышении компенсирующим напряжением опорного напряжения

U,„,/4 на выходе блока сравнения появляется сигнал превышения, который поступает на введенный формирователь импульса, где вырабатывается строб-импульс длительностью от момента превышения до конца второго такта. Сформированный строб-импульс подается на блок выбора и фиксации номера последовательности, разрешая запись канала, в котором появился сигнал превышения. Таким образом, выбор канала и сравнение аналогового сигнала с компенсирующим напряжением цк „,/2 производятся одновременно и на выбор канала не затрачивается дополнительного времени.

2 з.п. A-лы, 6 ил.

На фиг. 1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя, на фиг, 2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 4 — электрическая принципиальная схема блока выбора и фиксации номера последовательности, на фиг. 5электрическая принципиальная схема анализатора импульсной последова1478330 тельности, на фиг. 6 — электрическая принципиальная схема формирователя кода, для визуального контроля.

Аналого-цифровой преобразователь содержит M усилителей 1, H устрой-. ств 2 выборки-хранения, H KoMTIRp3 торов 3, блок 4 выбора и фиксации номера последовательности, коммутатор 5, генератор 6, распределитель

7 импульсов, анализатор 8 импульсной последовательности, регистр 9, формирователь 10 кода для визуального контроля, преобразователь 11 код— аналог источник 12 опорного напряЭ

15 жения, блок 13 сравнения и формирователь 14 импульсов °

Блок выбора и фиксации номера импульсной последовательности (фиг. 4) содержит триггеры 15, коммутатор 16 на элементах 2И-ИЛИ-НЕ

20 и инверторе, приоритетный шифратор

17 на элементах -HE триггеры 18, шифратор 19.

Анализатор импульсной последовательности(фиг, 5) содержит триггер

20, коммутатор 21 на элементах И-НЕ, группу элементов И 22. формирователь кода для визуального контроля (фиг. 5) содержит мультиплексор. 23 и коммутатор на элементах 2И-ИЛИ-НЕ 24 и инверторе 25.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение U подается 35 одновременно на входы всех И усилителей 1 с коэффициентами передачи, представляющими степенями обоснования системы счисления, по которой работает аналого-цифровой преобра- 40 зователь. С выхода усилителей 1 усиленное входное напряжение поступает на сигнальные входы соответствующих устройств 2 выборки-хранения, на управляющие входы которых 45 подается п-ый тактовый импульс с распределителя 7, представляющий импульс готовности кода аналого-цифрового преобразователя. Во время действия импульса готовности устрой- 50 ства 2 выборки-хранения повторяют входные напряжения, поступающие с выходов соответствующих усилителей

1, а по окончании импульса готовности запоминает их мгновенные значения и переходят в режим хранения на цикл преобразования.

Запомненные мгновенные значения напряжений поступают на первые входы соответствующих компараторов 3, на вторые входы которых подается компенсирующее напряжение с преобразователя 11 код — аналог, а на третьи .входы — импульсы с генератора 6 для стробирования результатов сравнения в каждом такте цикла преобразования.

За время действия строб-импульса на выходах тех компараторов, на которых компенсирующее напряжение превысило уровень входного напряжения, появляются импульсы превышения, поступающие одновременно на коммутатор 5 и блок 4 выбора и фиксации номера последовательности, на управляющие входы последнего подаются также импчльсы с генератора 6, импульс первого такта с распределителя 7 и знаковый разряд с анализатора 8, В блоке выбора и фиксации номера последовательности 4 первая группа триггеров 15 служит для запоминания состояния выходов компараторов 3 в каждом такте преобразования. Передним фронтом каждого импульса, поступающего с генератора 6, все триггеры пе1 вой группы устанавливаются в нулевое состояние. Затем проходящими импульсами с компараторов, на которых компенсирующее напряжение превысило уровень входного напряжения, соответствующие триггеры первой группы устанавливаются в единичное состояние. Одновременно с одним из импульсов генератора 6 на блок 4 выбора и фиксации номера последовательности поступает импульс первого такта с распределителя 7, передним фронтом которого все триггеры 18 второй группы устанавливаются в едииничное состояние, и сигналы с их выходов подаются на шифратор 19, где вырабатывается код номера компаратора 3 . В первом такте преобразования всегда выбирается m-й компаратор, что необходимо для определения знака входного напряжения.

Сигналы первой группы триггеров 15 с единичных или нулевых выходов, в зависимости от знака входного напряжения, через коммутатор 16 подаются на приоритетный шифратор 17, где производится выбор триггера (начиная с нижнего по схеме), на котором окажется высокий потенциал.

Этот процесс повторяется каждый такт преобразования, но в триггеры 18 второй группы эта информация записывается только по строб-импульсу, 5 1!< проходящему с формирователя 14 импульсов.

Таким образом, блок 4 набора и фиксации номера последовательности 4

m-го компаратора, а во втором такте, при приходе строб-импульса, выбирает тот компаратор, начиная с m-го, на выходе которого присутствует импульс превышения компенсирующего напряжения над уровнем входного напряжения, и запоминает код этого номера до конца цикла преобразования.

Код номера выбранного компаратора, который является также кодом порядка выходного кода аналого-цифрового преобразователя, подается на коммутатор 5, который подключает выход выбранного компараторл к входу анализатора 8, на управляющие входы которого подаются импульсы всех и тактов распределителя 7. Для пояснения принципа работы анализатора 8 на фиг. 5 приведена его электрическая принципиальная схема. Импульс первого такта своим передним фронтом по К-входу устанавливает в нулевое состояние триггер 20, S-вход которого через коммутатор 5 в данный момент подключен к комплратару 3

На первый вход последнего в этом такте подается нулевой уРовень компенсирующего напряжения (О„ =0), л на второй вход — усиленное входное напряжение (с выхода усилителя 1 с наибольшим коэффициентом усиления).

Если усиленное входное напряжение превышает уровень компенсирующего напряжения, т.е. входное напряжение положительно, то на выходе компаратора 3 появляется импульс, котсрый через коммутатор 5 поступает на S-вход триггера 20 и устанавливает его в единичное состояние, При отрицательном входном сигнале кампаратор 3 не вырабатывает импульса и триггер 20 сохраняет нулевое состояние. В зависимости от знака входного сигнала выход коммутатора

5 подключается к группе элементов

И 22 через коммутатор 21 ° Так как импульсы тактов, поступающие с распределителя 7, сдвинуты во времени друг относительно друга на период частоты следования импульсов генератора 6, та в кажда.< также лишь на один из группы эл<<.<витав И 22 подается импульс такта И, если на выбранном в этом цикле преабра,авлния компаратаре 3, и; аизайдет превыше78330

55 ние компенсирующим напряжением ура«ня входного сигнала, то импуль<. превышения с указан«аго камплрлторл через коммутатор 5 и элемент И, из группы элементов 22, на который в данном такте подан тактовый импульс, проходит на вход соответствующего триггера регистра 9 и устанавливает его в нулевое состояние, тлк как в каждом такте передним фронтам тактового импульса соответствующий триггер устанавливается в единичное eîñòîяние. Если же импульс превышения с компкратара 3; отсутствует в данном такте, то соответствующий триггер регистра 9 остается в единичном состоянии до конца цикла преобразования ° По переднему фронту первого тактового импульса следующего цикла преобразования все триггеры регистра 9 устанавливаются в нулевое состояние. Выходной кад с регистра 9, который представляет выходной ток мантиссы аналого-нифрового преобразователя через формирователь 10 кода поступает на преобразователь 11 код— аналог, где из этого када вырабатывается компенсирующее напряжение.

Для пояснения принципл работы формирователя 10 кода нл фиг. 6 приведена его электрическая принципиальная схема.

На вход инвертора 25 подается импульс n — го такта (импульс готовности.када ЛЦП) с распределителя 7, которьп, проходя через инвертар нл первый управляющий вход коммутатора на элементах 24, разрешает прохождение через него кода с мультиплексора 23, в котором кад, поступивший с регистра 9, преобразуется из кода с плавающей запятой в кад с фиксированной запятой путем выбора канала, соответствующего коду, поданному на управляющие входы мультипл,.ксора с блока 4 выбора и фиксации номера последовательности. Ва всех других тактах цикла преобразования на второй управляющий вход коммутатора подается потенциал, разрешающий прохождение кода с регистра 9 через коммутатор на вход преобразователя код — аналог 11. Во время действия импульса готовности када ЛЩ1 на выходе преобразователя 11 кад — аналог можно наблюдать натуральную величину <чгнавеннаго значения амплитуды входного сигнала, чта дает

1478330

15

25

30 возможность проследить неискаженную форму преобразуемого сигнала.

С знакового разряда анализатора

8 сигнал поступает на управляющий вход источника 12 опорного напряжения, который в зависимости от знака входного напряжения вырабатывает опорное напряжение +U „.„/4 или

-Б„ „ /4. Это напряжение подается на первый вход блока 13 сравнения, на второй вход которого поступает компенсирующее напряжение с преобразователя 11 код — аналог. При превышении компенсирующим напряжением опорного напряжения U „ /4 на выходе блока сравнения появляется сигнал превышения, который поступает на формирователь 14 импульсов, где во втором такте, по импульсу второго такта, поступающего с распределителя 7, вырабатывается строб-импульс длительностью от момента превышения до конца второго такта (Аиг. 2).

Сформированный строб-импульс с выхода формирователя 14 импульсов подается на третий управляющий вход блока 4 выбора и фиксации номера последовательности где по этому импульсу производится запись информации во вторую группу триггеров 18 (фиг ° 4).

Таким образом, введение устройства выборки-хранения в Л1Д снижает динамическую погрешность преобразования, а выбор канала для преобразования входного напряжения до достижения компенсирующим напряжением значения Uv. „ /2, позволяет уменьшить время преобразования.

Формула изобретения

1 ° Аналого-цифровой преобразователь, содержащий M усилителей, входы которых объединены и являются входной шиной, М компараторов, входы стробирования которых, вход распределителя импульсов и первый управляющий вход блока выбора и Аиксации номера последовательности объедине- . ны и подключены к выходу генератора, а выходы блока выбора и фиксации номера последовательности являются первой выходной шиной, соединены с соответствующими управляющими входами коммутатора и первыми управляющими входами Аормирователя кода для визуального контроля, выходы

55 которого через преобразователь код— аналог соединены с первыми информационными входами компараторов, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока выбора и фиксации номера последовательности и коммутатора, выход которого соединен с инАормационным входом анализатора импульсной последовательности, управляющие входы с первого по М-ый которого подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов и объединены с первыми входами регистра, второй вход которого подключен к первому выходу анализатора импульсной последовательности, а выходы соединены с информационными входами Аормирователя кода для визуального контроля и являются второй выходной ши" ной, второй управляющий вход блока выбора и фиксации номера последовательности соединен с первым выходом распределителя импульсов, М-й выход которого соединен с дополнительным входом формирователя кода для визуального контроля, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности и времени преобразования, в него дополнительно введены М устройств выборки-хранения, соединенные последовательно, источник опорного напряжения, блок сравнения и формирователь импульсов, причем выход Ьормирователя импульсов соединен с третЬим управляющим входом блока выбора и фиксации номера последовательности, знаковый вход которого объединен с управляющим входом источника опорного напряжения и подключен к первому выходу анализатора импульсной последовательности, вторые выходы которого соединены соответственно с третьими входами регистра, инАормационные входы устройств выборки-хранения подключены к выходам соответствующих усилителей, управляющие входы объединены с дополнительным входом формирователя кода для визуального контроля, входы объединены, а выходы подключены к вторым информационным входам соответствующих ксмпараторов, второй выход распределителя импульсов соединен с управляющим входом формирователя импульсов, а второй вход блока сравнения подключен к выходу преобразователя код — аналог.

1478330

2. Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю шийся тем, что.блок выбора и фиксации номера последовательности выполнен на первой,и НТо

5 рой группах триггеров, коммутаторе, приоритетном шифраторе, шифраторе, причем R-входы триггеров первой группы объединены и являются первым управляющим входом блока, S-входы— информационным входами блока, выходы каждого триггера соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, управляющий вход которого является знаковым входом блока, а выходы коммутатора через приоритетный шифратор соединены с

D-входами триггеров второй группы, S-входы которых объединены и являются вторым управляющим входом блока, 20

,С-входы объединены и являются третьим управляющим входом блока, а выходы соединены с соответствующими входами шифратора, выходы которого являются выходами блока.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что анализатор импульсной последовательности выполнен на триггере, коммутаторе и элементах И по количеству информационных разрядов преобразователя, первые входы которых являются управляющими с второго по М-й входами блока, вторые входы объединены и подключены к выходу коммутатора, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, R-вход которого является первым управляющим входом блока, S-вход— информационным входом блока и подключен к информационному входу коммутатора, инверсный выход является первым выходам блока, а выходы элементов И вЂ” вторыми выходами блока.

LLr мак

Выход сЬока т

1478330 сюнлрг пил

Cairo

СЕюкп Фана, 4

На регистр У юг. У

1478330

Составитель В.Иахнанов

Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Ч.

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 2372/54 Тираж 885 Подписное

BHMHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101