Аналого-цифровой преобразователь параллельного действия

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистически к

Республик

«я687586

Ф

/"/

Г (51)М. Кл. (6!) Дополнительное к авт. саид-еу— (22) Заявлено 01.0775 (2!) 2151809/18- 21 с присоединением заявки М—

Н 03 К 13/175

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 681. 325 (088.8) Опубликовано 25,09.79 ° бюллетень Й935

Дата опубликования описания 29.09.79 (72) Авторы изобретения

М.А. Пильв и П.П. Алексеев (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОВРАЭОВАТЕЛЬ

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ!

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в качестве быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в приборах и системах для измерения различных быстропротекающих процессов, а также в системах автоматического управления и контроля.

Известен AIIII параллельного действия, содержащий компараторы на линейных интегральных элементах, подключенные к транзисторным ключам, диоды и резисторы (1). !5

В этих преобразователях компараторы выполнены на линейных интегральных схемах, что требует применения в схеме преобразователя отдельных от цепей компараторов схем сдвига и де- 2О шифрования, усложняющих rõåìó преобразователя и уменьшающих его быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является AI1II параллельного действия, который представляет собой четырехразрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компараторы, на основе линейных интегральных схем, транзисторы, ре- . 30 зисторы, диоды клеммы питания, кодовые выходы и входную клемму (2) .

Кроме многоэтапности преобразования, известный АЦП характеризуется большим количеством точных резисторов.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя и упрощение .устройства.

Достигается это тем, что в аналого-цифровом преобразователе параллельного действия, содержащем tl компараторов на интегральных микроэлементах и цепь сдвига уровней срабатывания и-1 компараторов, подключенную к входу устройства, компараторы выполнены на .логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам аналого-цифрового преобразователя, а цепь сдвига уровней срабатывания и. — 1 компараторов содержит последовательно соединенные между собой диоды и источник постоянного тока, подключенный к общей шине.

В результате сокращается число задержек в распространении сигнала и отпадает надобность в применении множества точных резисторов и дополнительных транзисторов, и так как

687586 время прохождения сигнала через -,акай преобразователь равняется времекк прохождения сигнала через сос"авляюшие преобразователь интегральные лсгические вентили, та времена преобразования АЦП на логических интегральных схемах, з зависимости от применяемой серии интегральных схем, могут быть s диапазоне от десятков да сатен наносекунд.

Иа чертеже дана структурная схема аналога-цифрового AIIII параллельного действия.

АЦП содержит амплитудные компараторы на логических интегральных инвертарах 1 к 2 с резисторами 3 и 4 обратной связи для кодового разряда 8, на микроэлементе 5 типа

2И-HE и кнзерторе 6 с резисторами 7 и 8 для ходового разряда 4, на микроэлементе 9 типа ЗИ-2И-2ИЛИ-НЕ к инзертсре 10 с резисторами 11 и 12 для кадазага разряда 2, на микроэлементе 13 типа 4И-ЗИ-ЗИ-2И-И-5ИЛИ-ЯЕ к инвертаре 14 с резисторами 15 и «б для кодового разряда 1, диоды 17-26, клемму 27 питания, кодовые выходы 28-31 входную клемму

32, источник 33 входного преобразуемого напряжения, иста:ник 34 постоянного тока.

Рабата АЦП заключается в следующем. Входное преобразуемое напряжение с ис" ачнкка 33 через клемму 32 и диоды 7-26 поступает на компаратары кодовых разрядов 8, 4, 2, Так как входной преобразуемый так проходит через смещенную в прямом направлении диодную цепь из диодов 1 7-26, включенную между источником 33 входного напряжения и источником 34 постоянного тока, а величина падения напряжения на смещенных в прямом направлении диодах при достаточной величине проходящего така очень мало зависит от изменения величины проходящего тока, то применением такой входной цепи исключается влияние изменения входных токов логических микроэлементов и инверторов в зависимости от логического положения микроэлементов и инвертора на величины падения напряжения яа элементах цепи подачи входного преобразуемого напряжения к компаратарам. Ввкду того, чта потребление входного тока логических интегральных элементов сильно изменяется з зависимости от логического положения вентиля (в,пределах от нескольких микроампер до нескольких миллиампер), формирование цепи подачи входного напряжения к кампараторам из резисторов вызывало бы балычке измечения падения напря-. жения на этих резисторах и ввело бы, таким образам, з работу преобразователя дополнительный источник погрешности.

Па результатам экспериментальнога исследования АЦП на логических интегральных ТТЛ-элементах примем для конкретности уровень срабатывания кампаратаран равным 1,5В, а зе5 личину квантования примем равной

0,7В (величина падения напряжения на кремниевых диодах), При этих условиях полный диапазон входного преобразуемого напряжения будет лежать в пределах - 7,8В, причем диапазон преобразования можно карригиразать входным масштабным усилителем, являющимся составной частью любого преобразователя.

В соответствии с кодом преобразования (1-2-4-8) начальные уровни срабатывания компаратаров кодовых являются, соответственно, следующими: кампаратор, саответстзуюший весу 1 и выполненный на микроэлементе 13, кнверторе 14, резисторах 15 и 16, срабатывает при величине входного напряжения 1,5В; квадратор, соответствующий весу 2 и выполненный на микроэлементе 9, инверторе 10, резисторах 11 к 12, срабатывает при величине входного напряжения 2,2В;

30 компаратор, соответствующий весу 4 и выполненный на микроэлементе 5, инверторе 6, резисторах 7 и 8 срабатывает при величине входного напряжения 3,6В;

35 компаратор, соответствуюший весу 8 и выполненный на инверторах

1 и 2, резисторах 3 и 4, срабатывает при величине входного напряжения

6, 4В.

С выходов инвертора 1 и микроэлементов 5 и 9 снимаются инвертированные кодовые выходы соответственно 8 4 2 используемые в

P d P процессе преобраз овани я.

Процесс преобразования в предлагаемом преобразователе происходит следующим образом.

При превышении входным напряжением уровня 1,5В срабатывает компаратор с весом 1 и на клемме

31 получается выход кодовой 1 .

При превышении входньм напряжением уровня 2,2В срабатывает компаратор с весом 2, на клемме ЗО получается выход кодовой 2, одновременно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом 1, и с клеммы 31 исчезает выход кодовой 1 . При повышении входными напря60 жеяием уровня 2,9В срабатывает компаратор с весом 1, и на клемме

31 получается выход кодовой 1 .

Этому моменту соответствует код 0011 (числовое значение 3 входного напряЯ жеяия) на кодовых выходах 28, 29, 687586

30, 31 соответственно. При превышении входным напряжением 3,6В срабатывает компаратор с весом 4, на клемме 29 получается выход кодовой 4, одновременно с этим выходное напряжение микросхемы 5 через микроэлементы 9 и 13 отключает компараторы с весом 2 и 1 и с клемм

30, 31 исчезают выходы кодовых 2 и 1 соответственно. На кодовых выходах (клеммы 28, 29, 30, 31) при 10 этом зафиксировано 0100, что отража ет числовое значение 4 входного напряжения. Превышение входным напряжением уровня 4,3В вызывает срабатывание компаратора с весом 1, на клемме 31 получается выход кодовой 1, на кодовых выходах получается код 0101, соответстнующий числовому значению 5 входного напряжения.

При превышении входным напряжением уровня 5,0В срабатывает компаратор с весом 2, на клемме 30 получается выход кодовой 2, одновременно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом 1 и 25 с клеммы 31 исчезает выход кодовой 1 . Это состояние AIJII отражается выходным кодом 0110 или числовым значением 6 входного напряжения.

Превышение входным напряжением уров- 30 ня 5,7В вызывает срабатывание компаратора с весом 1, при этом на клемме 31 образуется выход кодовой 1, а выходной код имеет вид 0111, что соответствует числовому значе- 35 нию 7 входного напряжения. При превышении входным напряжением уровня

6,4В срабатывает компаратор с весом 8, и на клемме 28 получается выход кодовой 8, одновременно с этим выходное напряжение инвертора 1 отключает компаратор с весом 4 и с клеммы 29 исчезает выход кодовой 4 ; компаратор с весом 2 и с клеммы 30 исчезает выход кодовой 2 ; компаратор с весом 1 и с клеммы 31 исчезает выход кодовой 1 .

Данное состояние AIIII соответствует числовому значению 8 входного напряжения, а выходной код имеет вид 1000. Пренышение входным напряжением уровня 7,1В вызывает срабаты-. вание компаратора с весом 1, на клемме 31 вновь появляется выход кодовой 1, а выходной код 1001 представляет собой числовое значение 9 нходного напряжения.

Как видно из приведенного описания, в соответствии с кодом преобразования по мере срабатывания компараторов более старших разрядов вводятся запреты срабатывания компараторов более младших раэрядон преобразователя.

Выполнение параллельного АЦП на логических интегральных элементах согласно схеме изобретения, в когорой логические интегральные схемы используются по схеме амплитудного компаратора с одновременным выполнением теми же интегральными схемами функции сдвига уровней срабатывания компараторон (функция дешифрирования), позволяет значительно повысить быстродействие параллельных АЦП с одновременным упрощением устройства в целом.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь параллельного действия, содержащий п компараторов на интегральных микроэлементах.и цепь сдвига уровней срабатывания и-1 компараторон, подключенную к входу устройства, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьыения быстродействия и упрощения устройства, компараторы выполнены на логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам аналогоцифрового преобразователя, а цепь сдвига уровней.срабатывания п-1 компараторов содержит последовательно соединенные между собой диоды и источник постоянного тока, подключенный к общей шине.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3710377, кл. 340-347, опублик. 21.09. 71.

2. С,V.V. Pratapa, Reddy A-D Con;verter-A threshold logik Approach, 1пгегпational Тогпа1 of Electronics>

1974, v. 37, 93, р. 367, фиг. 3 прототип).

687586

Заказ 5744/52

Тираж 1060 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

Филиал ППП П т атент, г; Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Д. Голубович

Редактор Е, Гончаров Техред С.Мигай К орректор M. Селехман