Параллельно-последовательный аналогоцифровой преобразователь

 

l 9VCЪ.г\/IVQПЛ

ПАтЕЧт 9- 7" я

УЧ

ЕСИН%

A (и)573872

О П И С А Й Я "Е"

ИЗОЬРИтЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДВТЙЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (223 Заявлено 30.05.75(21) 2140904/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5l) М. Кл.а

H 03 К 13/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР пе делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 25.09.773толлетень № 35 (53) УДК 681.325 (088.8) (45) Дата опубликования описания 20.10.77 (72) Автор изобретения

B. А. Беломестных (71) Заявители

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения

АН СССР и Новосибирский государственный университет (54) ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛБДОВАТЕЛЫПзЯ

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано при исследованиях физики плазмы, радиолокационных сигналов и в ряде других случаев, когда требуются приборы, позволяющие автоматически измерять быстро протекающие процессы в реальном масштабе времени.

Известен аналого-цифровой параллельнопоследовательный преобразователь, содержащий блок компараторов, выходы которых подключены к шифратору, делитепь напряжения, включенный между одними входами компараторов и выходами пифро-аналоговых преобразователей, управляемых регистрами, распределитель импульсов, элементы НЕ и две группы элементов И, причем первые входы элементов И одной группы присоединены. к выходам элементов НЕ, входы которых подключены к выходам шифратора, выходы элементов И второй группы соединены с нулевыми входами регистра одного из цифро-аналоговых преобразователей, а единичные входы этого регистра — с выходами распределителя импульсов (1).

Недостатком такого преобразоватечя является сравнительно большое количество оборудования и относительно низкие быстродействие и точность.

Известен также аналого-цифровой ггреобразователь (АБП), содержащий блок компараторов, одни из входов которых объединены шиной, соединенной с входом AI111, а другие входы подключены к делителю напряжения, состоящему из одинаковых резисторов, число которых равно числу компараторов. Свооодный вывод нижнего резистора подключен к общей шине прибора, а верхнего — к входу младшего компаратора и выходу цифро-аналогового преобразователя (т.тАП). Верхний зажим делителя напряжения подключен к входу старшего компаратора и к выходу управляемого генератора тока. Выход каждого компаратора через шифратор соединен с одним из входов соответствующего элемента И. Вторые входы элементов И подключены к распределителю импульсов. Эти же шины распределителя соединены с входом управляемого генератора тока. Выходы элементов И подключе573872 пы к входу регистра, а выход последнего— к входу ЦАП (21, В этом преобразователе, как и в уя мянутом выше, сопротивление нагрузки ЦАП функционально входит в состав делителя и б определяет номинал его резисторов, изменение которого поэтому невозможно без нарушения работоспособности АЦП. Между тем от номинала резисторов делителя зависит число компараторов, обусловливаю )О щее в свою очередь воэможность увеличения быстродействия АЦП. В известных преобразователях с увеличением числа компараторов увеличивается общее сопротивление делителя, что приводнт к возрастанию статнчес- И кой погрешности эа" счет входных токов комцараторов и к увеличению постоянной времени их входной цепи, особенно при ра боте АЦП в условиях иэмейяющихся температур. сО

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый аналого-цифровой параллель но-последовательный преобразователь, содер- Р жащий компараторы, выходы которых подключены к шифратору, соединенному с первыми входами алементов И, вторые входы которых подключены к распределителю импульсов,. делитель напряжения, включенный между од- О ними входами компараторов и выходами управляемого генератора тока, регистр, подключенный к выходам елементов И, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный с выходом регистра, введен дополнительный управляемый генератор тока, входы которого подключены к выходам распределителя импульсов, а выход - к нижнему зажиму делителя напряжения.

На чертеже приведена функциональная схе-"О ма предлагаемого параллельно-последовательного АЦП.

АЦП содержит M компараторов 1, одни входы которых присоединены к источнику измеряемого сигнала, а другие — к выходам делителя 2 напряжения. Выходы компараторов 1 подключены к входу шифратора 3, выходы которого соответственно соединены с одними из входов элементов И 4. Вторые входы элементов И 4 подключены к выхоО дам распределителя 5 импульсов, а выход каждого элемента И вЂ” к одному иэ установоч ных входов триггеров регистра 6. Выход регистра 6 соединен с входом ЦА П 7, а выход последнего подключен к входу делителя 2. К концам делителя «одключены управляемые генераторы тока 8, 9, входы которых присоединены к распределителю 5 импульсов„

Выход ЦАП 7 может быть присоединен к

6Î любой точке делителя, при этом и;-,:.:еняется исходное состояние триггеров регистра, оно должно быть строго определено для каждого случая.

Параллельно-последовательный AUll работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры регистра

6 находится в состоянии "О, соответственно и выходное напряжение ЦАП 7 тоже равно нулю. Генераторы 8, 9 вырабатывают максимальные по величине токи, причем эти токи равны между собой и противоположны по направлению. Под воздействием токовгенераторов 8, 9, протекающих через делитель 2, пороги срабатывания компараторов

1 устанавливаются такими, что весь диапазон изменения входной величины оказывается,разбит на 2 " эон, где й, — число параллельно определяемых двоичных разрядов. По состоянию компараторов 1 определяется, в какой из эон находится входной сигнал.

Шифратор 3 преобразует g -разрядный унитарный код в, в -разрядный двоичный, причем п @уй (N+ 1). Импульсами распределителя 5 через посредство элементов

И 4 и код старших разрядов заносится в регистр 6. На выходе ЦАП 7 устанавливается напряжение, аквивалентное значению кода старших разрядов. Одновременно токи управляемых генераторов 8, 9 уменьшаются в Я + 1 раэ, вследствие чего падение напряжения на резисторах делителя

2 уменьшается во столько же раз.

Таким образом, на втором такте, после затухания переходных процессов в делителе, производится определение следующих и — разрядов двоичного кода. При атом преобразуемое напряжение сравнивается с напряжением на втором вкоде -ro компаратора равным

Э

+0ц,где  — диапазон измерения вход ого напряжения; Ц п — напряжение на выходе UA i 7. Ширина зоны срабатывания двух соседних компараторов на втором такте равна -у- р, а на последнем — — 2 —, D ф(+ (К+1)п

Предпоследним импульсом распределителя

5 код младших разрядов заносит -я в триггеры регистра 6, не связанные с ЦАП 7.

Наконец, последним импульсом распределителя 5 триггеры регистра 6 устанавливаются в исходное состояние.

Число переключателей тока в управляемых генераторах 8, 9 на единицу меньше числа тактов, поскольку минимальные токи не коммутируются. Разность этих токов подбирается такой величины и знака, чтобы скомпенсировать суммарный входной ток компаратора.

573872

В описанном параллельно-последовательном АЦП значение номинала нагрузочного резистора ЦАП не связано со значением номинала резисторов делителя и поэтому номинал резисторов делителя может быть выбран значительно меньшим, чем в известных А11П. Уменьшение номинала резисторов делителя позволяет значительно улучшить метрологические характеристики преобразователя.

Под действием входных токов неоднородность зон срабатывания (дифференциальная нелинейность) компараторов уменьшается в Я-1 раз. Например, при 15 компараторах в блоке обусловленная, этим факто- }б ром статическая погрешность уменьшается в 14 раз.

Уменьшение времени установления компенсационного напряжения на входе компаратора, самого удаленного от ЦАП, приво- и дит к сокращению длительности такта и увеличению быстродействия AUll. Åøå сущес г веннее помогает повысить быстродействие

AIlfl возможность. увеличить количество нараллельно определяемых разрядов путем у, увеличения числа компараторов при одновременном уменьШении номинала резисторов делителя, что возможно в силу зависимости 9а4 Я

30

Формула изобретения

Параллельно-последовательный аналогоцифровой преобразователь, содержащий компараторы, выходы которых подключены к шифратору, соединенному с первыми входами элементов И, вторые входы которых подключены к распределителю импульсов, делитель напряжения, включенный между одними входами компараторов и выХодами управляемого генератора тока, регистр, подключенный к выходам элементов И, и цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с выходом регистра, о т л и ч аю ш-и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, он содержит дополнительный управляемый генератор тока, входы которого подключены к выходам распределителя импульсов, а выход — к нижнему зажиму делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 407423, М.Кл . Н 03 К 13/18, 23.02. 72.

Z. David 7. Haescbele,Уг."АиаPog-1о-ЙЯ» ta Г/д ф taF-to-cxna Pop conversion

techniques". Jowl Ч/ Реу U5A, 1968,ð4tÝ-416.

573872

Составитель Д. Голубович

Редактор Г. Котельский Техред М. Левицкая Корректор А. Гриценко

Заказ 3776/41 Тираж 1065 Подцисное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4