Аналого-цифровой преобразователь

 

!

ОПИСА-ЙЫВ изовргтгния ""7" 676

Союз Советских

Социалистинеских

Республик (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 190773 (21) 1945163/18-21 (51) М

И 03 К 13/17 с присоединением заявки i¹ (23) Приорктет—

Государствениь1й комитет СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 250130 Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 280130 (53) УД (681 ° 325 (088.8) (?2) Авторы изобретения

К.Г.Самофалов, Я,В,Мартынюк и А.Д.Харламов

Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-БИФРОВОЧ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение касается электроприборостроения и может быть использова. но в устройствах автоматики, в системах информационно-измерительной техники и в аналого-цифровых вычислитель" 5 ных устройствах для преобразования быстро изменяющихся аналоговых сигналов (напряжений, токов, временных интервалов) в цифровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий источники эталонных уровней, ключи, компараторы, триггер (1).

Однако, функциональные возможности устройства ограничены. 15

Известен аналого-цифровой преобразователь обобщенного многошкального считывания, содержащий источники эталонных уровней шкал, ключи, компара-, торы, информационные входы которых 20 объединены между собой и через ключ, цифровой вход которого через триггер подсоединен к синхронизатору, соединены с входом преобразова-. теля, а выходы компараторов через . регистрирующие триггеры соединены с шифратором двоичного кода и одновременно с дешифратором, подсоединенным через триггеры к цифровым входам ключей (21. 30

К недостаткам устройства относится невозможность функциональной перестройки электрическим путем, сложность схемы, трудоемкость процесса настройки при изгстовлении, низкая надежность работы, Бель изобретения — введение электрической перестройки с запоминанием для аналого-цифрового преобразования по различным функциональным зависимостям, повышение технологичнос" ти и надежности, для этого в аналого-циФровой преобразователь, содержащий блок управления, компараторы, аналоговые ключи, два блока триггеров, шифратор, дешифратор, введены блок формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи, причем входы блока Формирователей сигналов перестройки эталонных уровней соединены с выходной шиной источника напряжения поляризации и выходами блока управления, а выходы подсоединены к информационным входным шинам и опорным входным шинам компараторов, которые через сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи соединены с выходными шинами компа711676 раторов, à TBK же введены источник опорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опорного сигнаЛа соединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы которых соединены с общей шиной устройства, выходы первого аналогового ключа через конденсаторы соединены с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговых ключей соединены через конденсаторы с )O соответствующими выходами блОка формирователей сигналов перестройки.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Аналого-цифровой преобразователь содержит блок 1 формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, компараторы 2,3,4, конденсаторы 5, аналоговые ключи 6-11, источник 12 опорного сигнала, блок 13 триггеров, 20 шифратор 14, дешифратор 15, блок триггеров 16, регистр 17 старших разрядов кода, регистр 18 младших разрядов кода, блок 19 управления, .сегнетоэлектрический пьезотрансфор- 75 матор 20, состоящий из входных электродов 21, пьезокерамической пластины 22,. экранирующего электрода 23, пьезокерамической пластины 24, выходного электрода 25, формирователей 26,27,28, Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Двоичный код N« эквивалентный выборке преобразуемого сигнала Х, определяется в 35 результате сравнения ее последовательно с грубой и составной шкалами эталонов. Эталонные уровни каждой из шкал формируются непосредственно в компараторах 2-.4 путем масштабного изменения в соответствии с амплиту- 40 дами коэффициентов передачи задействованных сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов и суммирования сиг-. налов, поступающих на опорные входы каждого из компараторов 2-;4. Одновременно с этим эталонные уровни сравниваются с выборкой преобразуемого сигнала Х ° АмплитУды коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 являются следующиМИ: по входу ВХ1 К = К„г--К = 1 по входу ВХ2 К 21 гг К25 = 1/2 по входу ВХЗ К., = К =K =-1/4

32 33 по входу ВХ4 K4 = 3/16

К 42= 1/8

К = 1/16

Указанные значения коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 приведены в относи-60 тельных единицах для частного случая, когда преобразование является линейным, а величина опорного сигнала равна допустимому максимальному значению преобразуемого сигнала Хм . В общем случае данные коэффиценты передачи мо гут принимать различные значения как по величине,так и по знаку и определяются уровнем и направлением спонтанной поляризации участков пьезокерамики под входными электродами 21. Электрическая перестройка с запоминанием для аналогоцифрового преобразования по различным функциональным зависимостям осуществляется в преобразователе путем изменения по амплитуде и по знаку коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансФорматоров

20 по их входам, достигаемого в результате управления уровнем и направлением спонтанной поляризации участков пьезокерамики под входными электродами 21 при помоши воздействия электрического поля, Управляющие сигналы требуемой амплитуды полярности, длительности, частоты следования, количества импульсов в пачке вырабатывает блок 1. Входным сигналом Х для предлагаемого преобразователя могут являться напряжение, ток и временной интервал, представленный длительностью импульса тока фиксированной амплитуды. Величина амплитуды входного сигнала Хм выбирается такой, чтобы амплитуда импульса напряжения, прикладываемого при этом ко входам сегнетозлектрических пьезотрансформаторов 21, была значительно меньше амплитуды напряжения переполяризации пьезокерамической пластины 22. Вследствие этого значения коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 не изменяются в процессе многократного аналого-цифрового преобразования, т.е. не разрушается информация об эталонных уровнях, причем эта информация может храниться без разрушения, практически, сколь угодно долго и при полном отключении питающих напряжений. В начальном положении аналоговые ключи 6-.11 соединяют с корпусом устройства все входы компараторов 2-,4, т.к. триггеры управления блока 16 находятся в состоянии 0 . Период преобразования выборки входного сигнала состоит из четырех тактов. В первом такте через аналоговый ключ б производится выборка преобразуемого сигнала Х> а через аналоговые ключи 7 и 8 опорный сигнал подается на соответствующие входы компараторов

2-.4. При этом в компараторах 2-:4 формируются эталоны грубой шкалы, а именно: в компараторе 2 — эталон с весом (1/2+1/4)Х,,так как задействованы входы ВХ2 и ВХЗ; в компараторе 3-1/2Х„, так как задействован вход ВХ2; в компараторе 4-1/4Хм, так как задействован вход ВХЗ..

Одновременно с этим данные эталон.

711676 сравниваются с выборкой Х, поступившей на входы ВХ1. Если Х в каком-либо из компараторов 2-.4 превышает эталонный уровень с точностью до величины зоны нечувствительности, то в результате сравнения на его выходе появляется импульс стандартной амплитуды. Импульсы со сработавших комнараторов переводят соответствующие триггеры блока 13 в состояние "1 .

Кроме того, в конце первого такта преобразуемый и опорный сигналы отключаются от компараторов 2-;4. Во втором такте периода преобразования происходит формирование старших разрядов выходного кода Й, в шифраторе14, а также управляющих уровней — в дешифраторе 15. В третьем такте код с шифратора 14 записывается в регистр

17, опорный сигнал подается через аналоговый ключ 11 на входы каждого из компараторов 2-;4. Этим обеспечи- 20 вается формирование эталонов точной шкалы: в компараторе 2 эталона с весом 3/16X, в компараторе 3-1/8Х ь в компараторе 4-1/16Х„, В каждом из компараторов 2-:4 Формируется наиболь- 25 ший по весу эталон грубой шкалы среди тех эталонов, веса которых оказались меньше выборки Х, Это реализуется при помощи аналоговых ключей 7-.10, которые позволяют сфор- 3Q мировать любой из эталонов грубой шкалы в каждом из компараторов 2-,4.

Одновременно с формированием эталонов происходит их суммирование, а также сравнение новой составной 35 шкалы с выборкой входного сигнала

Х, . Выходные .импульсы, сработавмих в результате сравнения компараторов, регистрируются в соответствующих триггерах блока 13. Чосле этого входной и опорный сигналы отключаются от компараторов 2-;4. В четвертом такте периода преобразования выборки Х1 происходит формирование в шифраторе

14 младших разрядов кода N, . В начале следующего периода преобразования код с шифратора 14 записываемого в регистр 18, после чего двоичный код К<, эквивалентный выборке входного сигнала Х, можно считывать с регистров 17 и 18. Кроме того,на- 50 чинается преобразование следующей

Bbl6oDKH Х2 H T ° gj. устройство чается высокой технологичностью, так как задание тех или иных функциональных особенностей при изготов- 55 лении достигается последующей электрической обработкой его узлов (компараторов), а электрическая перестройка преобразователя может происходить непосредственно в процессе его функци60 онирования. Существенно повышается надежность аналого-цифрового преобразователя, поскольку в нем отсутствуют механические элементы настройки, а все узлы выполнены в виде интегральных микросхем. Кроме того, благодаря указанным отличиям существенно упрощается схема аналого-цифрового преобразователя, так как отпадает необходимость в использовании суммирующих схем или циФро-аналогового преобразователя, а также за счет уменьшения количества применяемых ключей для коммутации аналоговых сигналов.

Формула изобретения

1.. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами двух блоков триггеров, шифратора, дешифратора, регистра младших разрядов кода и регистра старшйх разрядов кода, компараторов, информационные входные шины которых объединены, а выходные шины через первый блок триг— геров соединены с входами шифратора и дешифратора, выход которого через второй блок триггеров соединен с цифровыми входами аналоговых ключей, а выходы шифратора соединены с входами регистров младших и старших разрядов кода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью введения электрической перестройки с запоминанием для аналого-цифрового преобразования по различным функциональным зависимостям, повышения технологичности и надежности, введены блок формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи, причем входы блоков формирователей сигналов перестройки эталонных уровней соединены с выходной шиной источника напряжения поляризации и выходными блока управления, а выходы подсоединены к информационным входным шинам и опорным входным шинам компараторов, которые через сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи соединены с выходными шинами компараторов °

2, Аналого-цифровой преобразователь по пункту 1, о т л и ч а юшийся тем, что в него введены источник опорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опорного сигнала соединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы .которых соединены с общей шиной устройства, выходы первого аналогового ключа через конденсаторы соединены с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговых ключей соединены через конденсаторы с соответствующими выходами блока формирователей сигналов перестройки.

711676

Составитель А.Титов

Редактор В.Сапирштейн Техред Л.Алферова ХорреКтор H.Còåö

Заказ 9385/66 Тираж 995 . Подписное

ПИИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Фнлиал ППП Патент, г,ужгород, ул,Проектная,4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гитис Э.И. Преобразователи и омации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., Энергия, 1975, с.50-270.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 200873, кл,С 06 F 1967 (прототип) .