Вероятностный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности. Цель реализуется за счет использования в вероятностных аналого-цифровых преобразователях, содержащих генератор псевдослучайных чисел, компаратор, счетчики импульсов, в качестве цифроаналогового преобразователя одноразрядного емкостного цифроаналогового преобразователя по крайней мере на трех ключах, выполненных на полевых транзисторах, и двух конденсаторах одинаковой емкости. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 21 А1 (51)4 Н 03 M 1 04

ВСЕСОЮЗНАЯ

AATEHlN- ТЕХНИЕФНЛЛ

Б4БЛИОТЕНА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4375737/24-24 (22) 07.12.87 (46) 23.12.89. Бюл. Р 47 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Электронмаш" (72) В.П.Волчок и В.Д.Остудин (53) 681.325(088.8) (56) Билинский И.Я. и др. Стохастическая цифровая обработка непрерывных сигналов. Рига: Зинатне, 1983, с. 15.

Авторское свидетельство СССР

Р 1229950, кл. Н 03 И 1/04, !984. (54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к цифровой

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Вероятностный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит шину

1 тактовьм импульсов, генератор 2 псевдослучайных чисел, цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор 4, первый 5 и второй 6 счетчики импульсов, выходной регистр 7, первый 8 и второй 9 элементы HE элементы И 1012, элемент 13 задержки, входную шину 14 выходную шину 15, шину 16

2 измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока. Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности. Цель реализуется эа счет использования в вероятностных аналого-цифровых преобразователях, содержащих генератор псевдослучайных чисел, компаратор, счетчики импульсов, в качестве цифроаналогового преобразователя одноразрядного емкостного цифроаналогового преобразователя по крайней мере на трех ключах, выполненных на полевых транзисторах, и двух конденсаторах одинаковой емкости. 1 табл. 1 ил. опорного напряжения и шину 17 нулевоl

ro потенциала.

Генератор 2 псевдослучайньм чисел содержит и-разрядный сдвиговый регистр 18, дешифратор 19, элемент

ИСКЛОЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 20, выход 21 генератор 2 псевдослучайных чисел, выход 22 дешийратора 19.

Цифроаналоговый преобразователь 3 (ЦАП) содержит три ключа, выполненные соответственно на первом 23, втором 24 и третьем 25 полевых транзисторах и первый 26 и второй 27 конденсаторы.

Устройство работает следующим образом, С шины 1 тактовых импульсов на управляющий (синхронизирующий) вход генератора 2 псевдослучайных чисел

1531216 поступает последовательность прямоугольного импульсов Р, при этом на сдвиговом регистре 19, содержащем и-двоичных разрядов, образуется последовательность чисел длиной 2 -1.

При несовпадении информации с n-ro и i-го, где 1 i C n выходов сдвигового регистра срабатывает элемент

ИСКЛОЧАОЦЕЕ ИЛИ 20 и сигнал "1" поступает на информационный вход сдвигового регистра 18 и на первый выход генератора псевдослучайных чисел, дешифратор 19 выделяет одновременно одно из состояний сдвигового регистра

18 и передает его на вход счетчика 5.

Сигналы с первого выхода генератора 2 псевдослучайных чисел через элементы 8-11 поступают на затворы транзисторов 23 и 24 в моменты действия Fä. При появлении логической

"1" на затворе транзистора 23 (на затворе транзистора 24 в этот момент логической "0") конденсатор 26 заряжается до величины опорного напряжения Е, при появлении логической "1" д на затворе транзистора 24 конденсатор

26 разряжается на общую шину. результирующее напряжение на конденсаторе

26 соответственно равно Е или О.

После окончания импульса Г транзисторы 23 и 24 закрываются, а траннстор 25 открывается, происходит ра ределение емкостей между конденсат рами 26 и 27, а следовательно, и деление, напряжений. При равенстве емкостей конденсаторов на параллельно соединенных конденсаторах устанаь. нвается новое зна ег . напряжения

+ Eo К +s

1+1 2 где U . — новое значение напряже1+! ния на конденсаторах;

U - предыдущее значение на конденсаторе 26;

Eo — опорное напряжение, К . - коэффициент, принимающий

1st

Н И Ю1 И значение п1п или "0 (в зависимости от предыдущеГО СОСТОЯНИЯ ТРВНЭИСТО ров 23 и 24).

Через и тактов иа сдвиговом ре-, гистре 18 устанавливается число где К; „ — значение старшего разряда регистра в момент депения напряжения на конденсаторах 26 и 27, К. — значение младшего раэряг да сдвигового регистра в момент деления напряжения.

Так как Операция сдвига двоичного числа в регистре есть деление

I кода числа на два, то между рядом на выходе цифроаналогового преобразователя 3 и кодом, накопившемся в сдвиговом регистре 18 устанавливает-. ся взаимно однозначное соответствие.

При достаточно большом и зто соответствие устанавливается независимо от первоначального напряжения на конденсаторе 26, так как последовательность (2) есть цепная дробь

15

Е К;,„E,К;,„,,+В 4

Е„К, 2пЕд Kiln-2

+ — +

К, — + К;,, - к,(г сл

1+2 3

+ ° ° °

+ Kt+ll

2 и при достаточно большом и величина

К стремится к нулю.

Соответствие значений двоичной псевдослучайных последовательности чисел на выходе генератора 2 псевдослучайных чисел и напряжений на вы40 ходе цифроаналогового преобразователя 3 в предлагаемом устройстве иллюстрируется примером для n 3, ш

2 в виде таблицы.

45 Из таблицы следует, что значение напряжения на выходе ЦАП с погрешностью, меньшей значения единицы младшего разряда, соответствует значению двоичного кода псевдослучайного числа, если эа старший разряд кода принять его первый разряд.

На компараторе 4 сравниваются входные сигналы, поступившие по входной шине 14, и значение напряжения с выхода ЦАП 3, при этом выходной сигнал компаратора, появляющийся в моменты превышения напряжения с

ЦАП 3 над входным сигналом, через элемент И 12 поступает в счетчик 5, 5 15312 и ло разрешению со счетчика 6 переписывается в выходной регистр, где хранится до завершения следующего цикла преобразования.

Следовательно, значение кода на выходной шине 15 пропорционально значению входного сигнала. Коэффициент пропорциональности зависит от величины ° источника опорного напряжения и числа повторной псевдослучайной последовательности.

Методическая погрешность преобразования складывается из ранее определенной погрешности ЦАП и погрешнос-15 ти сравнения, равной половине значения единицы младшего разряда.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает предельную скорость преобразования псевдослучайных

АЦП, достижимую при использовании параллельных ЦАП, независимость скорости преобразования от разрядности псевдослучайного числа, увеличения разрядности и, соответственно, точ- 25 ности АЦП беэ увеличения разрядности

ЦАП, простоту реализации с минимальным количеством прецизионных элементов, возможность реализации псевдодовероятностных АЦП методом интегральной полупроводниковой технологии.

Формула изобретения

Вероятностный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя а выход — подключен к nept

40 вому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, генератор псевдослучайных чисел, второй элемент И, шину тактовых импульсов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в него введены два элемента

НЕ, третий элемент И, элемент задержки и выходной регистр, генератор псевдослучайных чисел выполнен в виде и-разрядного сдвигового регистра, 16 6 дешифратора и элемента ИСКЛИЧАИЩЕЕ

ИЛИ, а цифроаналоговый преобразователь выполнен в виде трех ключей на полевом транзисторе, каждьп» иэ двух накопительных элементов на первом и втором конденсаторах одинаковой емкости, при этом затворы первого и второго полевых транзисторов подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов И, исток первого полевого транзистора соединен со стоком второго полевого транзистора, с первым выводом первого конден-, сатора и истоком третьего полевого транзистора, исток второго полевого транзистора подключен к второму выводу первого конденсатора и к первому выводу второго конденсатора и является шиной нулевого потенциала, сток первого полевого транзистора является шиной источника опорного напряжения, сток третьего полевого транзистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и является выходом цифроаналогового преобразователя, а его затвор — с выходом первого элемента НЕ и вторым входом первого элемента И, причем управляющий вход сдвигового регистра подключен к шине тактовых импульсов и объединен с входом первого элемента НЕ и первыми входами второго и третьего элементов И, информацнонный вход сдвигового регистра подключен к выходу элемента ИСКЛИЧАИЩЕЕ ИЛИ и объединен с вторым входом второго элемента И и через второй элемент НŠ— с вторым входом третьего элемента И, выходы и-разрядов сдвигового регистра соединены с соответствующими входами дешифратора, а выходы и-ro u i-го (где 1 i (и) разрядов — с соответствующими входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход дешифратора через второй счетчик импульсов подключен к первому входу выходного регистра и к входу элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом выходного регистра, выходы которого являются выходной шиной.

1531216

Значение напряжения на выходе ЦАП

Ошибка в

1/8Е„

Значение числа в CP оичный Десятичный код код

В двоичных В Е „ /8 долях Е„„

burnt (5

Составитель В.Солодова

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Г.Волкова

Заказ 7966/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

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

Значение сигнала на выходе

ИС КЛЮЧМ0ЩЕЕ ИПИ

1 .1

1

0

01 1.

101

001

000

6

5

1

2 +2

0+2 +2

2 +2 +2

О+2 12 +2

2 +2 +2

6

3,75

5,5

2,75

1,375

0,6875

0

+0,75

+0,5

+0,75

+0,375

+0,6875