Параллельный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повысить точность. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий четыре источника 1 опорных напряжений, четыре аналого-цифровых преобразователя 2, четыре регистра 3, блок 4 кодирующей логики, формирователь 5 тактовых импульсов, элемент 6 задержки, введены ждущий мультивибратор 13, четыре ключа 12, три блока 9 сравнения, три реверсивных счетчика 10, три цифроаналоговых преобразователя 11, три управляемых элемента 8 задержки, два элемента 7 задержки, генератор 17 пилообразного напряжения, семь переключателей 18, кнопка 19, триггер 16, светодиод 15, элемент И-НЕ 14. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU, 1654971

Ai (51)5 Н 03 М 1 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4608180/24 (22) 20.09.88 (46) 07,06.91. Бюл. № 21 (72) А. М. Кузнецов и А. Г. Милехин (53) 681.325 (088.8) (56) Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы./Под ред. С. В. Якубовского.

М.: Радио и связь, 1984, с. 492.

Милехин А. Г. Сверхбыстродействующие

8-разрядные АУП на базе АУП К1107ПВЗ.—

Электронная промышленность, 1986, вып. 10. (54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫИ АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повысить точность. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий четыре источника 1 опорных напряжений, четыре аналого-цифровых преобразователя 2, четыре регистра 3, блок 4 кодирующей логики, формирователь 5 тактовых импульсов, элемент 6 задержки, введены ждущий мультивибратор

13, четыре ключа 12, три блока 9 сравнения, три реверсивных счетчика 10, три цифроаналоговых преобразователя 11, три управляемых элемента 8 задержки, два элемента 7 задержки, генератор 17 пилообразного напряжения, семь переключателей 18, кнопка 19, триггер 16, светодиод 15, элемент И-НЕ 14. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1654971 з

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для преобразования входных аналоговых сигналов и выдачи соответствующих им цифровых кодов и может применяться в радиолокации, цифровой осциллографии, телевидении, автоматизированных системах сбора и обработки информации.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — функциональная схема управляемого элемента задержки; на фиг. 3 — временные диаграммы работы управляемого элемента задержки.

Преобразователь (фиг. 1) содержит ис точник 1 опорного напряжения (ИОН), аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), регистр 3, блок 4 кодирующей логики, формирователь 5 тактовых импульсов {ФТИ), элементы 6 и 7 задержки, управляемый элемент 8,задержки (УЭЗ), блок 9 сравнения, реверсивный счетчик 10, цифроаналого вый преобразователь 11 (ЦАП), ключи 12, ,ждущий мультивибратор 13 (ЖМУ), элемент

И-НЕ 14, светодиод 15, триггер 16, генератор 17 пилообразного напряжения (ГПН), переключатель 18, кнопку 19 «Пуск».

Управляемый элемент задержки (фиг. 2) содержит резисторы 20 — 23, конденсаторы

24 — 26, компараторы 27 и 28.

На фиг. 3 обозначено: а — напряжение на входе управляемого элемента задержки; б — напряжение на инвертирующем входе компаратора 27; в, г — напряжение на выходах компараторов 27 и 28; д и е — напряжения на выходе элемента.

Работа устройства заключается в следующем.

Предлагаемый процесс преобразования исследуемых сигналов происходит аналогично известному.

Процесс коррекции (уменьшения динамической погрешности) начинается с того, что оператор нажимает кнопку 19 «Пуск» (фиг 1) и тем самым переводит триггер 16 в состояние, при котором размыкаются все нормально замкнутые, замыкаются все нормально разомкнутые контакты всех переключателей

18 и срабатывает светодиод 15, индицирующий перевод устройства в режим коррекции. При этом все четыре АЦП 2 оказываются в равных условиях, так как на клеммы для подключения первых опорных напряжений АЦП 2 подается опорное напряжение с выхода второго ИОН 1, а клеммы для подключения вторых опорных напряжений АЦП 2 оказываются заземлены. Кроме этого, с помощью первого переключателя 18 все АЦП 2 отключаются от входной шины и на измерительные входы всех АЦП 2 подается пилообразное напряжение с выхода ГПН 17.

ГПН 17 запускается внешним тактовым сигналом U. Скорость нарастания выход4 ного сигнала ГПН 17 должна быть достаточно высокой, чтобы эффективно и точно производить коррекцию., Шаг изменения задержки прохождения тактовых импульсов определяется, исходя из значения максимальной частоты входного сигнала устройСт Ва /ма кс, 3 à—

2 2я/макс (1)

1р Таким образом, скорость нарастания выходного сигнала ГПН 17 определяется

AU

S= — -) 4 (2) где AU — напряжение входного сигнала устройства в единицу младшего разряда.

В качестве источника сигнала, необходимого для коррекции динамической погрешности параллельного АЦП, состоящего из

20 нескольких малоразрядных параллельных

АЦП, может быть использован сигнал не только пилообразной, но и синусоидальной, трапецеидальной и другой формы. Важно, чтобы сигнал имел наклонный участок, скорость нарастания которого соответствовала

25 бы выражению (2), а его протяженность была бы достаточной для обеспечения пределов регулировки необходимой величины задержки.

ТаКтОВЫй СИГНаЛ Утакт. ПодаЕтСя На ВХОД элемента 7 задержки, где он задерживается по времени на фиксированную величину.

С его выхода тактовый сигнал U---. подается на вход формирователя 5, где из него формируются тактовые импульсы; форма и величина которых необходимы для работы элементов 8 и АЦП 2. Эти тактовые имЗ5 пульсы, пройдя элементы 8, подаются на входы стробирования АЦП 2, в которых по фронту тактовых импульсов производится выборка сигнала с выхода ГПН 17. Время задержки прохождения тактовых импульсов

40 в элементах 7 и 8 формирователя 5 должно быть достаточным, чтобы выходное напряжение ГПН 17 успело развиться примерно до середины своего выходного диапазона напряжения.

Кроме этого, тактовые импульсы с выхо45 да формирователя 5 через элемент 6 подаются на входы стробирования всех регистров

3, по фронту которых цифровая информация с цифровых выходов АЦП 2 заносится в регистры 3, которые предназначены для исключения неопределенного режима рабо5О ты АЦП вследствие отсутствия в микросхемах АЦП выходного буферного регистра.

Поскольку на все АЦП 2 поданы одинаковые опорные напряжения и их аналоговые входы объединены, то при условии одновременного взятия выборки всеми АЦП 2 на их цифровых выходах (а следовательно, и на цифровых выходах регистров 3) будет присутствовать один и тот же цифровой код (при отсутствии апертурного сдвига между

1654971

АЦП 2) и коррекции в этом случае на требуется.

Однако на практике, вследствие апертурного сдвига между АЦП 2 (различной задержки тактирующих импульсов АЦП 2 в цепях их прохождения и в самих АЦП 2), изменяющегося к тому же с изменением температуры окружающей среды, старением микросхем и других факторов, коды на выходах АЦП 2 будут различными.

Предположим, что наблюдается времен- 10 ной сдвиг между взятием выборки первым и вторым АЦП 2. П1ри условии, что на их входе присутствует один и тот же изменяющийся во времени сигнал, это приведет к тому, что на цифровых выходах первого и второго АЦП 2 будут присутствовать различные цифровые коды. Коррекцию будем производить на возрастающем участке сигнала, поступающего с ГПН !7, и предположим, что взятие выборки первым АЦП 2 производится по времени раньше, чем взятие вы- 20 борки вторым АЦП 2. При этом цифровой код на выходе второго АЦП 2 примем за эталонный, с которым сравниваются цифровые коды с других АЦП 2.

В этом случае цифровой код на выходе первого АЦП 2 численно будет меньше цифрового кода на выходе второго АЦП 2, соответственно на выходах первого и второго регистров 3. Третий блок 9 сравнивает эти цифровые коды и управляющий сигнал появится на первом выходе. 30

Тактирующий сигнал с выхода формирователя 5 через четвертый ключ 12 запускает

ЖН 13. Спадом импульса, прошедшего через четвертый открытый ключ 12, ЖМ 13 переводит третий реверсивный счетчик 10 в состояние, при котором его выходной цифровоЙ код увеличивается на единицу. Этот код подается на третий ЦАП 11, в соответствии с которым управляющее напряжение на его выходе также увеличивается. Это напряжение, приложенное к управляющему входу третьего элемента 8, увеличивает задержку 40 прохождения стробирующего импульса первого АЦП 2.

На вход управления задержкой второго элемента 8 подается фиксированное напряжение с резистивного делителя, соответствующее середине диапазона выходных напряжений ЦАП 11, при этом задержка во втором элементе 8 устанавливается в середине диапазона изменения задержке.

Следующим внешним тактирующим импульсом процесс повторяется и задержка стробирующего импульса первого АЦП 2 увеличивается еще на один шаг, и так до тех пор, пока коды на цифровых выходах первого и второго АЦП 2 не станут равны:

Возьмем теперь другой случай, при котором взятие выборки первым АЦП 2 произ- 55 водится позднее по времени, чем взятие выборки вторым АЦП 2. Тогда цифровой код на выходе первого АЦП 2 будет численно больше цифрового кода на выходе второго АЦП 2

6 и управляющий сигнал появится на втором выходе третьего блока 9, который поступит на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. Это приведет к тому, что задержка прохождения стробирующего импульса первого АЦП 2 будет уменьшаться с каждым тактом до тех пор, пока коды на цифровых выходах второго и первого АЦП 2 не станут равны.

После этого управляющий сигнал появится на третьем выходе третьего блока 9, который поступит на вход третьего ключа 12, который отключит третий реверсивный счетчик 10 от выхода ЖМ 13, и таким образом его состояние более не изменится, а следовательно, не изменится задержка прохождения стробирующего импульса первого АЦП 2.

Таким образом, компенсируется апертурный сдвиг между первым и вторым АЦП 2.

Аналогично производится компенсация апертурных сдвигов между третьим и вторым АЦП 2, между четвертым и вторым АЦП 2.

После того, как компенсация апертурных сдвигов будет проведена между всеми

АЦП 2 (появятся управляющие сигналы на третьих выходах всех блоков 9), срабатывает элемент 14, результатом чего будет возвращение триггера 16 в исходное состояние.

При этом все устройство из режима коррекции переводится в режим исследования входных сигналов. На АЦП 2 возвращаются индивидуальные опорные напряжения с ИОН 1, аналоговые входы АЦП 2 подключаются к входу устройства, ЖМ 13 отключается от формирователя 15 и состояние реверсивного счетчика 10 более не изменяется, независимо от управляющих сигналов блока 9. Светодиод 15 отключается, что свидетельствует об окончании процесса коррекции.

Управляемый элемент задержки работает следующим образом.

Тактовая последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 3 а), пройдя через интегрирующую цепочку из резистора 20 и конденсатора 24 (фиг. 2), поступает на инвертирующий вход компаратора 27 в виде экспоненциально нарастающего и спадающего напряжения (фиг. 3 б). На неинвертирующий вход компаратора поступает постоянное напряжение U„c выхода ЦАП 11. При достижении экспоненциального напряжения U постоянного напряжения U, срабатывает компаратор 27, формируя последовательность U> (фиг. 3 в). При изменении постоянного напряжения U, (на фиг. 3 б это (l ) происходит сдвиг по времени срабатывания компаратора 27 и формируется последовательность U, сдвинутая по времени относительно U i на величину т (фиг. 3 г). Одновременно с изменением срабатывания компаратора 27 происходит и изменение длительности импульсов (фиг. 3 в, г). Для сохранения постоянной длительности стробирующих импульсов в схему (фиг. 3) введен ждущий

1654971

Формула изобретения

7 мультивибратор на компараторе 28 с диффе ренцирующей цепочкой на резисторе 21 и конденсаторе 25 и цепью обратной связи R 3, R 4 на резисторах 22 и 23 и конденсаторе 26.

В, результате на выходе формируется последовательность импульсов (фиг. 3 д, е).

1. Параллельный аналого-цифровой преОбразователь, содержащий четыре источника порных напряжений, четыре аналого-цифровых преобразователя, измерительные входы которых объединены, а выходы соединены с соответствующими цифровыми входаМи соответственно первого — четвертого реГистров, выходы которых соединены с соответствующими цифровыми входами блока

Кодирующей логики, выходы которого являются выходной шиной, формирователь такТовых импульсов, выходы которого через

Первый элемент задержки соединен с входа1ыи стробирования регистров, отличающийся

ieM, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй и третий элементы задержки, три управляемых элемента задержки, генератор пилообразного напряжения, семь переключателей, три цифроаналоговых преобразователя, кнопка

«Пуск», три реверсивных счетчика, четыре ключа, три блока сравнения, ждущий мультивибратор, элемент И-НЕ, триггер и индикатор, выполненный на светодиоде, причем вход второго элемента задержки объединен с входом генератора пилообразного напряжения и является шиной стробирования, а выход соединен с входом формирователя тактовых импульсов, выход которого через соответствующие первый, второй и третий управляемые элементы задержки соединен с выходом стробирования соответственно четвертого, третьего и первого аналого-цифровых преобразователей, вторые входы первого, второго и третьего управляемых элементов задержки через первый,. второй и третий цифроаналоговые преобразователи соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков, входы сложения и вычитания которых соединены ссютветственно с первым и вторым выходами первого, второго и третьего блоков сравнения, третьи выходы которых соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей и соответственно с первым, вторым и третьим входами элемента И-НЕ, выходы первого, второго и третьего ключей соединены соответственно со счетными входами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков, а информационные входы первого, второго и третьего ключей объединены и через ждущий мультивибратор соединены с выходом четвертого ключа, первые и вторые цифровые входы первого блока сравнения соединены с соответствующими выходами второго и чет8 вертого регистров, первые и вторые цифровые входы второго блока сравнения соединены соответственно с выходами второго и третьего регистров, первые и вторые цифровые входы третьего блока сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, выход элемента И-НЕ соединен с первым входом триггера, второй вход которого через кнопку «Пуск» соединен с шиной нулевого потенциала, а выход — с

)0 входом светодиода, управляющим входом четвертого ключа и управляющими входами с первого по седьмой переключателей, первый информационный вход первого переключателя является входной шыной, второй информационный вход соединен с выходом ге"5 нератора пилообразного напряжения, а выход — с измерительными входами первого аналого-цифрового преобразователя, выход первого источника опорного напряжения соединен с первым информационным входом вто20 рого переключателя, выход второго источника опорного напряжения — с вторым информационным входом второго переключателя, первыми информационными входами третьего, четвертого и пятого переключателей и первым аналоговым входом второго аналого25 цифрового преобразователя, второй аналоговый вход которого является шиной нулевого потенциала, выход третьего источника опорного напряжения соединен с вторым информационным входом пятого переключателя и первым информационным входом шестого переключателя, второй информационный вход которого и второй информационный вход четвертого переключателя являются шиной нулевого потенциала, выход четвертого источника опорного напряжения соединен с первым информационным входом седьмого переключателя, второй информационный вход которого является шиной нулевого потенциала, выходы второго и третьего, четвертого и шестого, пятого и седьмого переключателей соединены соответственно

40 попарно с первыми и вторыми аналоговыми входами соответственно первого, третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей, а вход четвертого ключа объединен с входом первого элемента задержки, второй информационный вход третьего пере45 ключателя является шиной нулевого потенциала, выход формирователя тактовых импульсов через третий элемент задержки соединен со стробирующим входом второго аналого-цифрового преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, отличающий50 ся тем, что управляемыи элемент задержки выполнен на двух компараторах, четырех резисторах, трех конденсаторах, первый вывод первого резистора является первым входом элемента, второй вывод соединен с ин55 вертирующим входом первого компаратора и через первый конденсатор — с шиной нулевого потенциала, неинвертирующий вход первого компаратора является вторым входом элемента, а выход через второй кон1654971

uz, ап фП11

o) !

Vc(Составитель A. Титов

Редактор Л. Гратилло Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ !959 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О!

9 денсатор соединен с инвертирующим входом второго ком паратора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого является шиной нулевого потенциала, неинвертирующий вход второго компаратора соединен с первыми выводами третьего и чет10 вертого резисторов, второй вывод последнего из которых является шиной опорного напряжения, второй вывод третьего резистора через третий конденсатор соединен с выходом второго компаратора, который является выходом элемента.