Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизированных системах измерения параметров широкодиапазонных непрерывных аналоговых сигналов. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается за счет исключения из суммарного времени преобразования устройства длительности коммутации цифроаналогового преобразователя 4 путем введения аналогового запоминающего устройства 5, порогового элемента 6, ключа 26, счетчика 7, элементов ИЛИ 24, 23, триггеров 10, 11, 12, элементов И 20, 21, 22, сумматоров 17, 18, блока 8 умножения и регистра 16. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 пи 4 Н 03 М 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.(НТ СССР (21) 4338203/24-24 (22) 03. 12.87 (46) 30.06.89. Бюл. Р 24 (i5) В.Н.Судариков (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 822349, кл. Н 03 M 1/18, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

У 1312733, кл. Н 03 Г1 1/18, 1986. (54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизирован2 ных системах измерения параметров широкодиапазонных непрерывных аналоговых сигналов. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается за счет исключения из суммарного времени преобразования устройства длительности коммутации цифроаналогового преобразователя 4,путем введения аналогового запоминающего устройства 5, порогового элемента 6, ключа 26, счетчика 7, элементов ИЛИ 24, 23, триггеров 10, 11, 12, элементов И 20, 21, 22, сумматоров 17, 18, блока 8 умножения и регистра 16. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1490712

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизиро-. ванных системах измерения парамет5 ров широкодиапазонных непрерывных аналоговых сигналов.

Цель изобретения — повьппение быстродействия преобразователя.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы его работы.

Адаптивный аналогово-цифровой преобразователь содержит аналого-цифровой преобразователь 1 считывания, дифференциальный усилитель 2, блок

3 синхронизации, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговое запоминающее устройство 5, пороговый элемеыт 6, счетчик 7, блок 8 умножения, блок 9 суммирования, триггеры 10 — 12 регистры 13-16, сумматоры 17 и 18, осуществляющие суммирование по модулю 2, элементы И 19-22, элементы

ИЛИ 23 и 24, элемент И-HE 25, ключ

26, неинвертирующий вход 27 дифференциального усилителя 2, информационный вход 28 аналого-цифровой преобразователя 1, информационный вход 29 триггера 10, выход 30 блока 3, вход

31 синхронизации триггера 10, вход

32 синхронизации регистра 14, вход

33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1, входы 34 и 35 сложения и вычитания счетчика 7, информационный вход 36 триггера 12, прямой выход 37 триггера 10, инверсный выход

38 триггера 10, выход 39 блока 3, вход 40 триггера 11, вход 41 триггера 12 выход 42 блока 3, вход 43 40 триггера 11, входы 44 регистра 13, вход 45 ключа 26, вход 46 аналогового запоминающего устройства, вход 47 ключа 26, вход 48 дифференциального усилителя 2, вход 49 ключа, вход 50 45 аналогового запоминающего устройства и выход 51 блока 3.

Блок 3 синхронизации образуют генератор 52 импульсов, счетчик 53, триггер, 54, формирователи 55 и 56 импульсов и элемент 57 задержки.

Преобразователь работает следующим образом.

Предположим, что в некоторый момент времени на выходах счетчиков 7 и 53 и регистров 13 и 14 присутству55 ет двоичный код "00" (фиг ° 2а-г соответственно), а на выходе триггера

11 присутствует "1" (фиг.2д), поступающая на входы 49 и 50 управления ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5, вследствие чего аналоговое запоминающее устройство 5 находится в режиме записи информации с выхода цифроаналогового преобразователя 4, нулевой уровень сигнала которого (фиг.2е) через вход 45 ключа 26 поступает на инвертирующий вход

48 дифференциального усилителя 2.

Входной сигнал устройства поступает на неинвертирующий вход 27 (фиг.2ж) дифференциального усилителя 2 и после усиления в К раз проходит на инфорг мационный вход 28 (фиг.2з) аналогоцифрового преобразователя 1 и на вход порогового элемента 6. При этом если напряжение на выходе дифференциального усилителя 2 (фиг.2з) больше величины U, на выходе порогового элемента 6 формируется "1" (фиг.2и), поступающая на информационный вход

29 триггера 10.

Импульс генератора 52 (фиг.2к) поступает на вход элемента 57 задержки и на вход счетчика 53, увеличивая его состояние (фиг.2б).

Импульс с выхода элемента 57 (фиг.2л) через выход 30 блока 3 поступает на вход 33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1 и на вход

31 синхронизации триггера 1О, фиксируя на его прямом выходе 37 (фиг.2м) состояние порогового элемента 6 (фиг.2и).

После завершения преобразования на выходе аналого-цифрового преобразователя 1 формируется соответст( вующий код Z, (фиг. 2н), поступающий на первые входы блока 9, на вторые

1 входы которого поступает двоичный код числа "00" с выходов регистра

14 (фиг.2г).При этом на выходе блока 9 суммирования также формируется код Z< (фиг.2о), поступающий на информационный вход 44 регистра 15.

Следующий импульс генератора 52 (фиг.2к) через выход 51 блока 3 поступает на вход 32 синхронизации регистра 15, фиксируя на его выходах полученное в результате предыдущего цикла измерения число Z< (фиг.2п).

По истечении соответствующего времени импульс с выхода 30 (фиг.2л) блока

3 поступает на вход 33 пуска аналогоцифрового преобразователя 1, инициируя следующий цикл преобразования, а также на выход готовности устройст14907

55 ва и далее во внешнее устрош Tâо, инициируя считывание результатов измерения с информационных выходов (фиг.2п).

В дальнейшем по мере поступления импульсов генератора 52 устройство работает аналогичным образом, осуществляя кодирование информации с помощью аналого-цифрового преобра- 1ð зователя 1 и периодическое изменение состояния счетчика 53.

При этом после прихода импульса генератора 52 с номером Е« (фиг.2к) счетчик 53 переполняется (фиг.2б), что приводит к переключению триггера

54 (фиг.2р) и запуску одного из формирователей импульсов, например формирователя 55, импульс которого (фиг.2с) с выхода 39 блока 3 синхронизации поступает на вход 41 синхронизации триггера 12, фиксируя на его выходе (фиг.2т) информацию, поступающую на информационный вход 36 с прямого выхода 37 триггера 10 (фиг,2н), 25 а также на вход 40 триггера 11, устанавливая на его выходе "0" (фиг.2д), поступающий на входы 49 и 50 управления ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5. При этом ана- 1р логовое запоминающее устройство 5 переходит в режим хранения информации, а в ключе 26 его выход соединяется с входом 47, вследствие чего нулевое напряжение с выхода аналогово-5 го запоминающего устройства 5 через ключ 26 поступает на инвертирующий вход 48 дифференциального усилителя

2, сохраняя сигнал на его выходе на прежнем уровне (фиг.2з).

4р

Кроме того, тот же импульс с выхода 39 блока 3 (фиг.2с) через элемент ИЛИ 24 и один из элементов И 19 и 20, открытый сигналом с выходов триггера 10, в данном случае через элемент И 19, открытый "1" с прямого выхода 37 триггера 10 (фиг.2м), поступает на соответствующие входы счетчика 7, в данном случае на вход 34 сложения. При этом по заданному фронту импульса (фиг.2с) состояние счетчика 7 увеличивается на единицу фиг.2а), что приводит к соответствующему увеличению числа на выходе блока 8 и постепенному увеличению напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 4 (фиг.2е).

При поступлении последующих импульсов генератора 52 устройство ра12 6 ботает аналогичным образом, осуществляя измерение с помощью аналогоцифрового преобразователя 1, работающего в прежнем диапазоне входных сигналов. При этом при любом характере входных сигналов устройства эа промежуток времени Т ° Z << сигнал на выходе дифференциального усилителя 2 (фиг.2з) не выходит за пределы динамического диапазона Р„ аналого-цифрового преобразователя 1.

При очередном переполнении счетчика 53 (фиг.2б) триггер 54 вновь переключается (фиг.2р), что приводит к запуску формирователя 56 импульсов, импульс которого (фиг.2у) с выхода

42 б. ока 3 поступает на входы элементов И 21 и 22. Если к моменту прихода данного импульса состояния прямого выхода 37 триггера 10 (фиг.2м) и выхода триггера 12 (фиг.2т) совпадают, что указывает на принадлежность сигнала на выходе дифференциального усилителя 2 к той же (верхней или нижней) половине шкалы аналого-цифрового преобразователя 1, на выходе сумматора 18 присутствует

"1" (фиг.2ф), открывающая элемент

И 22, импульс с выхода которого поступает на S-вход 43 триггера 11, 1! 11 устанавливая на era выходе 1 (фиг.2д). Сигнал с выхода триггера

11 поступает на вход 32 синхронизации регистра 13, фиксируя в нем (фиг °

2в) поступающее на его информационные входы 44 с выходов блока 8 умножения число

7 ( где Z — состояние счетчика 7, в данном случае равное "01" (фиг.2а).

Кроме того, "1" с выхода триггера

11 (фиг.2д) поступает также на входы

49 и 50 ключа 26 и аналогового запоминающего устройства 5. При этом аналоговое запоминающее устройство 5 переходит в режим записи информации, а ключ 26 с помощью его входа 45 соединяет инвертирующий вход 48 дифференциального усилителя 2 с выходом цифроаналогового преобразователя 4 (фиг.2е), вследствие чего напряжение на выходе дифференциального усилителя 2 изменяется так (фиг.2з), что напряжение на входе 28 аналого-цифрового преобразователя 1 перемеща1490712

55 ется к середине его рабочего диапазона.

Очередной импульс с выхода 30 (фиг.2л) блока 3 поступает на вход

32 регистра 14, переписывая в него состояние регистра 13 (фиг.2в), которое с выходов регистра 14 (фиг.2г) поступает на вторые входы блока 9 для суммирования с последукпцими результатами измерения, инициируемого тем же импульсом, поступающим на вход 33 пуска аналого-цифрового преобразователя 1.

В дальнейшем устройство работает аналогичным образом, периодически подключая вход 48 дифференциального усилителя 2 к выходу аналогового запоминающего устройства 5 и корректируя напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 4 путем изменения состояния счетчика 7.

При этом быстродействие устройства равно периоду следования импульсов генератора 52.

Если к моменту прихода очередного импульса с выхода 42 блока 3 состояние прямого выхода 37 триггера 10 не совпадает с состоянием выхода триггера »2, на выходе сумматора 17 при" сутствует "1", открывающая элемент

И 21, импульс с выхода которого через элемент ИЛИ 24 и один из элементов И 19 и 20 поступает на соответствующий вход счетчика 7, изменяя его состояние так, что напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 4 возвращается к предыдущему уровню

При работе устройства на верхней или нижней границе входного диапазона D выходы счетчика 7 устанавливаются соответственно в единичное или нулевое состояние. При этом в первом случае на выходе элемента

И-HE 25 формируется "0", закрывающий элемент И 19 и препятствующий дальнейшему управлению счетчиком 7 по его входу 34, а во втором случае формируется "0" на выходе элемента

ИЛИ 23, закрывающий элемент И 20 и препятствующий управлению счетчиком 7 по его входу 35.

Формула изобретения

1. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, первый

35 регистр, первьп» элемент И, блок синхронизации, первый выход которого соединен с входом Пуск" аналого-цифрового преобразователя считывания, выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока суммирования, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, а выходы — с соответствующими информационными входами третьего регистра, выходы которого являются выходной информационной шиной, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия, в него введены элемент И-НЕ, аналоговое запоминающее устройство, пороговый элемент, ключ, счетчик, второй, третий и четвертый элементы

И, два элемента ИЛИ, два сумматора, три приггера, блок умножения, четвертый регистр, дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого является входной шиной, выход соединен с информационным входом аналогово-цифрового преобразователя. считывания и через пороговый элемент с информационным входом первого триггера, вход синхронизации которого объединен с входом синхронизации второго регистра, соединен с первым выходом блока синхронизации, который является шиной готовности, второй выход блока синхронизации соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, с входом установки "0" второго триггера и с входом синхронизации третьего триггера, информационный вход которого объединен с первыми входами первого сумматора и первого элемента

И и соединен с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами второго сумматора и второго элемента И, второй вход последнего из которых объединен с вторым входом первого элемента И и соединен с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход второго элемента И соединен с выходом второго элемента ИЛИ, входы которого объединены с соответствующими входами элемента И-НЕ, первыми входами блока умножения и соединены с соответствующими выходами счетчика, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, вход вычитания соединен с выходом второго элемента И, вторые входы блока умножения соединены с соответствующими выходами четверто1490712 го регистра, входы которого являются входной шиной кода, выходы блока умножения соединены с соответствующи.ми информационными входами первого

5 регистра и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым информационным входом ключа и информационным входом аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с вторым информационным входом ключа, вход управления которого объединен с входом управления аналогового запоминающего устройства, входом синхронизации первого 15 регистра и соединен с выходом второго триггера, выход ключа соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя,,выходы первого регистра соединены с соответствующими ин- 2п формационными входами второго регистра, выход элемента И-НЕ соединен с третьим входом первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, 25 выход четвертого элемента И соединен с входом установки в 1 второго триггера, первые входы третьего и четвертого элементов И объединены и соединены с третьим входом блока синхронизации, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, вторые входы первого и второго сумматоров объединены и соединены с выходами третьего триггера, четвертый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации третьего регистра.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок синхронизации выполнен на генераторе импульсов, счетчике, триггере, двух формирователях импульсов и элементе задержки, выход которого является первым выходом блока, выход счетчика соединен с входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго формирователей импульсов, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами блока, вход элемента задержки объединен с входом счетчика, соединен с выходом генератора импульсов и является четвертым выходом блока.

1490712

° ° °

° ° °

02 д ааоф

Я ° ° °

g yo oo уу ОО г, ou

° ° ° е.

° ° °

H.!

° ° °

4 у ° ° °

В t+zf

P.

° ° °

У/

752 16

7я f6

Фиг.2

Корректор С.Черни

Редактор А.Огар

Закаэ 3760/57 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

00 ™ с

Составитель А.Титов

Техред M,@epboc