Аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений. Техническим результатом является сохранение точности компенсации при переключении АЦП на несколько источников сигналов, имеющих паразитные смещения потенциалов. Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве схемы АЦП, содержащего дифференциальный усилитель (ДУ), схему тактируемой защелки (СТЗ) на выходе ДУ, счетчик на выходе СТЗ, первый запоминающий конденсатор (ЗК) для запоминания ошибок на входе ДУ, включенный первым выводом к источнику сигнала, вторым выводом - к инвертирующему входу ДУ, ключ, соединяющий во включенном состоянии выход ДУ с его инвертирующим входом, схему формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала (СФСНС), предложено ввести три ключа, опорный источник напряжения и второй ЗК, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом ДУ, а ключи соответственно соединены: первый ключ со вторым выводом первого ЗК и инвертирующим входом ДУ, второй ключ с выходом ДУ и вторым выводом второго ЗК, третий ключ с вторым выводом второго ЗК и СФСНС к неинвертирующему входу ДУ подключить источник опорного напряжения. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений.

Известны схемы аналогово-цифрового преобразования сигналов, содержащих компаратор, счетчик на выходе компаратора, схему формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала, подключенную выходом ко входу усилителя. См., например: Walt Kester (Editor), Analog-Digital Conversion, pp.3,89-3.90 Analog Devices 2004. Недостатком этих схем является зависимость точности преобразования от паразитных смещений на входах компаратора.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является схема, описанная в IEEE Journal of solid-state circuits, v.41, NO 12, December 2006, S.Yoshihara и др. "А 1/1.8-inch 6.4 Mpixel 60 frames/s CMOS image sensor with seamless mode change". Приведенная в этом источнике схема преобразования сигналов с активной ячейки фотодетектора, содержащая дифференциальный усилитель, схему тактируемой защелки на выходе усилителя, счетчик на выходе защелки, входной конденсатор для запоминания ошибок на входе усилителя, включенный первым выводом к источнику сигнала, вторым выводом - к инвертирующему входу усилителя, ключ, соединяющий во включенном состоянии выход усилителя с его инвертирующим входом, схему формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала, подключенную выходом ко входу усилителя, имеет лучшую точность преобразования вследствие компенсации на входном конденсаторе паразитных смещений схемы источника сигнала и входа усилителя, работающего вместе с тактируемой защелкой как компаратор.

Недостатком этой схемы является потеря точности компенсации при переключении преобразователя на несколько источников сигналов.

Техническим результатом настоящего изобретения является сохранение точности компенсации при переключении АЦП на несколько источников сигналов, имеющих паразитные смещения потенциалов.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве схемы аналогово-цифрового преобразователя, содержащего дифференциальный усилитель, схему тактируемой защелки на выходе усилителя, счетчик на выходе защелки, входной конденсатор для запоминания ошибок на входе усилителя, включенный первым выводом к источнику сигнала, вторым выводом - к инвертирующему входу усилителя, ключ, соединяющий во включенном состоянии выход усилителя с его инвертирующим входом, схему формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала, подключенную выходом ко входу усилителя, предложено:

- в схему преобразователя ввести три ключа, опорный источник напряжения и второй запоминающий конденсатор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом усилителя, а ключи соответственно соединены: первый ключ со вторым выводом первого запоминающего конденсатора и инвертирующим входом усилителя, второй ключ с выходом усилителя и вторым выводом второго запоминающего конденсатора, третий ключ с вторым выводом второго запоминающего конденсатора и формирователем линейного ступенчато изменяющегося сигнала,

- к неинвертирующему входу усилителя подключить источник опорного сигнала.

Сохранение точности автоматической компенсации при переключении АЦП на несколько источников сигналов, имеющих паразитные смещения потенциалов, достигается за счет раздельного запоминания корректирующего напряжения источника сигнала на первом конденсаторе и корректирующего напряжения входа усилителя на втором конденсаторе.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение

Фиг.1 иллюстрирует известное устройство АЦП с автоматической компенсацией паразитных смещений (прототип).

Фиг.2 показывает электрическую схему предлагаемого устройства.

Аналогово-цифровой преобразователь с автоматической компенсацией паразитных смещений в его усилителе и в источнике сигналов (1) содержит дифференциальный усилитель (2), схему тактируемой защелки (3), счетчик (4), входной конденсатор (5), включенный первым выводом (6) к источнику сигнала (1), схему формирователя (7) линейного ступенчато нарастающего сигнала, ключи (8, 9, 10, 11) и второй запоминающий конденсатор (12), первый вывод (13) которого соединен с инвертирующим входом (14) усилителя (2), а ключи соответственно соединены: ключ (8) с выходом (15) усилителя (2) и с его инвертирующим входом (14), ключ (9) со вторым выводом (16) первого запоминающего конденсатора (5) и инвертирующим входом (14) усилителя (2), ключ (10) с выходом (15) усилителя (2) и вторым выводом (17) второго запоминающего конденсатора (12), ключ (11) с вторым выводом (17) второго запоминающего конденсатора (12) и с выходом (18) формирователя (7) линейного ступенчато изменяющегося сигнала, к неинвертирующему входу (19) усилителя (2) подключен источник (20) опорного сигнала.

Схема работает следующим образом.

Сначала в режиме автокалибровки на конденсаторах (5) и (12) запоминаются подлежащие коррекции паразитные смещения в схемах источников сигналов (1) при их опорных значениях и в усилителе (2) при включенных ключах (8, 11) и поочередном включении ключей (9). Напряжение формирователя (7) при этом устанавливается равным начальному значению, например нулю.

Затем во второй фазе схема переводится в режим усиления сигналов с коэффициентом усиления, равным С1/С2, при разомкнутых ключах (8, 11), включенном ключе (10) и включении соответствующего ключа (9).

В заключительной фазе для данного, подключенного ключом (9) источника сигнала, ключ (10) размыкается, а ключ (11) включается. Усилитель (2) с разомкнутой отрицательной обратной связью работает как компаратор и переключает защелку (3) после того как ступенчато изменяемое напряжение формирователя (7) достигнет величины запомненного в фазе два на конденсаторе (12) выходного напряжения усилителя (2), работающего в режиме усиления сигналов. Количество ступенек до момента переключения защелки подсчитывается счетчиком (4) как результат преобразования.

На полученный в предлагаемом устройстве результат преобразования не оказывают влияния паразитные смещения на входе усилителя и на выходах источников сигналов, поскольку они скомпенсированы напряжениями, запомненными на конденсаторах (5) и (12) в режиме автокалибровки выходов источников сигналов и усилителя опорными напряжениями.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий дифференциальный усилитель, схему тактируемой защелки на выходе дифференциального усилителя, счетчик на выходе схемы тактируемой защелки, первый запоминающий конденсатор для запоминания ошибок на входе дифференциального усилителя, включенный первым выводом к источнику сигнала, ключ, соединяющий во включенном состоянии выход дифференциального усилителя с его инвертирующим входом, схему формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала, отличающийся тем, что введены три ключа, источник опорного напряжения и второй запоминающий конденсатор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а ключи соответственно соединены: первый ключ со вторым выводом первого запоминающего конденсатора и инвертирующим входом дифференциального усилителя, второй ключ с выходом дифференциального усилителя и вторым выводом второго запоминающего конденсатора, третий ключ с вторым выводом второго запоминающего конденсатора и выходом схемы формирователя линейного ступенчато нарастающего сигнала, к неинвертирующему входу дифференциального усилителя подключен источник опорного напряжения.