Аналого-цифровой преобразователь

 

патенно т

О П И -8 -И а-

Союз Советсних

Социалистичесних

Республин (i>i 767965

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ

Ф

/ ==(61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.10.78 (21) 26?1963/18-21 (51) М. Кл з

Н 03 К 13/02 с присоединением заявки №вЂ”

Гооударотвенный комитет

СССР (23) Приоритет— по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) Опубликовано 30.09.80. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 10.10.80 (72) Авторы изобретения

В. Я. Загурский и Г. И. Готлиб

Институт электроники и вычислительной техники

АН Латвийской CCP (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕ,г1Б

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам преобразования формы информации, и может использоваться в вычислительной технике и скоростных системах обработки информации;

Известен аналого-цифровой преобразователь (ALIA), содержащий в каждом из трех каналов параллельный АЦП, а также регистр и счетчик 11). Три старших разряда цифрового эквивалента преобразуемого сигнала формируются параллельно с помощью АЦП, а младшие разрядь1 — путем 1П счета импульсов во время линейного разряда конденсатора дополнительных устройств выборки, содержащихся в каждом канале.

Недостатками такого АЦП являются низкая точность и невысокое быстродействие.

Цель изобретения — повышение точности

15 и быстродействия АЦП.

Это достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий параЛлельный, аналого-цифровой преобразователь, регистр и счетчик, дополнительно введены еп управляемый по частоте генератор сигнала развертки, блок компараторов, делитель частоты, формирователь строб-импульсов, импульсно-фазовый детектор и генератор эталонной частоты, причем первые входы блока компараторов и параллельного аналогоцифрового преобразователя объединены и соединены с входной шиной, выход блока компараторов через формирователь стробимпульсов подключен соответственно к второму входу параллельного аналого-цифрового преобразователя и первому входу регистра, выход генератора эталонной частоты соединен с входом счетчика, выход которого подключен к второму входу регистра и, через делитель частоты к первому входу импульсно-фазового детектора, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым выходом и входом управляемого по частоте генератора сигнала развертки, второй выход которого соединен с вторым входом блока компараторов, выходы параллельного аналого-цифрового преобразователя и регистра соединены с выходной шиной. При этом управляемый по частоте генератор сигнала развертки содержит первый и второй управляемые источники тока, первый и второй интеграторы, первый и второй компараторы, а также управляющий R — S-триггер и переключатель, причем выход первого управляемого источника тока соединен с вхо767965 дом первого интегратора, выход которого соединен с первыми входами первого и второ "го компараторов, вторые входы которых подключены"к источникам опорного напряжения а выходы соединены соответственно с S u R входами управляющего R — S-триггера, выход которого соединен с первым входом переключателя и входом второго интегратора, выход которого через второй управляемый источник гока соединен с вторым входом переключателя, выход которого соединен с входом первого интегратора. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема k-разрядного (k=n+m, где n=1, 2, З,,n; m= f

2,3,...,m) аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 изображены временные диаграммы работы преобразователя; на фиг. 3 представлена блок-схема управляемого по частоте генератора сигнала развертки.

Преобразователь (фиг. 1) содержит иразрядный (п = 1, 2, Ç,...,n) параллельный аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого соединен с первым входом блока 2О компараторов 2 и входом 3 устройства. Выход блока 2 через формирователь строб-импульсов 4 соединен с вторым входом преобразователя 1 и первым входом m-разрядного (m=1,2,3,...,m) регистра 5. Выход генератора эталонной частоты 6 соединен с входом m-разрядного (m = 1,2,3,...,m) счет- чика 7, выход которого подключен к второму входу регистра 5 и входу делителя час....тоты 8. Выход делителя частоты 8 соединен с первым входом импульсно-фазового детек- зе тора 9, выход которого соединен с управляющим входом 10 управляемого по частоте генератора сигнала развертки 11. Выход 12 генератора сигнала развертки 11 соединен с входом импульсно-фазового детектора 9, а выход 13 — с вторым входом блока 2. ВыЭJ ход 14 преобразователя 1 и выход 15 регистра 5 образуют выходы устройства для старших и младших разрядов цифрового эквивалента преобразуемого сигнала соответствен но.

ЯФ

Временные диаграммы (фиг. 2) получены при условии, что и = гп = 3; преобразователь 1 и счетчик 7 работают в коде Грея; делитель частоты 8 — двухразрядный, а генератор 11 вырабатывает сигнал развертки треугольной формы. На фиг. 2 приняты следующие обозначения; 16 — квантующая характеристика преобразователя 1 (заштрихованы состояния лог. «1»); 17 — квантующая характеристика блока 2 в момент времени 18 (с учетом работы схемы 4); 19 — 23 — моменты совпадения сигнала на входе 3 с порогами срабатывания блока 2.

Для обеспечения такой строгой синхронизации управляемый по частоте генератор сигнала развертки, представленный на фиг. 3, содержит первый 24 и второй 25 управляе- и мьге источники тока, причем выход источника тока 24 соединен с входом первого интегратора 26, выход которого соединен с первыми входами первого 27 и второго 28 компараторов. Выходы компараторов 27 и 28 соединены соответственно с S u R входами управляющего R-S-триггера 29, выход кото рого соединен с первым входом переключателя 30 и второго интегратора 31. Выход второго интегратора 31 через второй управляемый источник тока 25 подключен к второму входу переключателя 30, выход которого соединен с входом первого интегратора 26. К вторым входам 32 и ЗЗ соответственно первого 27 и второго 28 компараторов подключены источники опорного напряжения. Выход первого интегратора 26 является выходом 12 сигнала развертки, выход управляющего R-S-триггера 29 — выходом

13 меандра, а вход первого источника тока

24 — управляющим входом 10 всего управляемого по частоте генератора сигнала развертки 11. Как уже указывалось, генератор

11 вырабатывает сигнал треугольной формы.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразуемый сигнал с входа 3 поступает на входы блока 2 и преобразователя 1.

Поскольку блок 2 сканирует весь диапазон преобразования, то в момент времени 1923 (фиг. 2) произойдет совпадение преобразуемого сигнала с порогом срабатывания одного из компараторов блока 2. Моменты совпадения 19 - 23 определяются как ходом реализации преобразуемого сигнала, так и сигнала развертки. В момент совпадсния на выходе формирователя 4 происходит смена логических уровней (лог «О на лог «1». или наоборот) . Фронт этого импульса стробирует как преобразователь 1, так и регистр 5, записывая в нем текущее значение кода на выходе счетчика 7. При этом на выходе 14 фиксируется и старших разрядов, а на выходе 15 — m младших разрядов, составляющих k-разрядный (k = и+ m} кодовый эквивалент преобразуемого сигнала. Фиксация кодов старших и младших разрядов происходит одновременно по сигналу формирователя строб-импульсов 4.

При этом шкала младших разрядов в процессе работы преобразователя реализуется следующим образом.

Импульсы эталонной частоты с выхода генератора 6 подсчитываются счетчиком 7.

Старший разряд с выхода счетчика 7 подается на вход делителя частоты 8. Импульсы деленной (в рассматриваемом случае— в 4 раза) частоты с выхода делителя 8 при помощи импульсно-фазового детектора

9 сравниваются с сигналом меандра на выходе 12 генератора сигнала развертки 11.

При уходе частоты генератора сигнала развертки 11, что соответствует изменению параметров íà его выходах 12 и 13, на выходе импульсно-фазового детектора 9 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности фаз эталонного сигнала генератора 6

767965 на выходе делителя частоты 8 и меандра на выходе 12 генератора сигнала развертки 11.

Сигнал с выхода импульсно-фазового детектора 9 подается на управляющий вход !О генератора сигнала развертки 11. В результате воздействия этого сигнала частота и фаза меандра и,соответственно сигнала развертки изменяются таким образом, что разность фаз между меандром и сигналом с выхода делителя частоты 8 становится равной нулю. Этим устраняются флуктуации частоты и фазы сигнала развертки. В установившемся режиме сигнал развертки когерентен сигналу генератора эталонной час тоты 6.

Вследствии когерентности этих сигналов значения кода на выходе счетчика 7 строго соответствуют квантованным по амплитуде значениям сигнала развертки генератора сигнала развертки 11. Моменты их изменений, S

1I0

15 образующиеся в результате подсчета счетчиком 7 импульсов с выхода генератора 6, строго синхронизованы с началом и концом iO меандра генератора сигнала развертки ll и, следовательно, с экстремальными значениями самого сигнала развертки.

Управляемый по частоте генератор сигнала развертки 11 (фиг. 3) работает сле23 дующим образом.

Пусть в данный момент времени, вследствие наличия сигнала от импульсно-фазового детектора 9 на управляющем входе 10 генератора 11, на выходе управляющего триг-, гера 29 появляется лог. «О»; при этом пе- щ реключатель 30 отключает источник тока 25 от интегратора 26. Ток источника 24 приводит к линейному изменению (увеличению (уменьшению) в соответствии с направлением тока) напряжения на выходе интегратора 26.

3S

Напряжение изменяется до тех пор, пока не станет равным опорному напряжению, поданному на вход 32 компаратора 27. Компаратор 27 при этом срабатывает и переводит управляющий триггер 29 в состояние лог. «1». От сигнала с выхода триггера 29 срабатывает переключатель 30 и подключает источник тока 25 к интегратору 26. Если ток источника 25 не равен току источника

24, то напряжение на выходе йнтегратора

26 начинает линейно изменяться (увеличиваться, уменьшаться) . Напряжение изменяется до тех пор, пока не станет равным опорному напряжению, поданному на вход

33 компаратора 28. Компаратор 28, срабатывая, вновь переводит управляющий триггер 29 в состояние лог. «О».

Если отношение токов источника 25 и источника 24 не равно двум, т.е. скважность меандра не равна двум, начинает работать интегратор 31, и на его выходе появляется сигнал, изменяющий ток источника 25 так, SS что скважность меандра приближается к двум.

Управление импульсно-фазовым детектором

9 током источника 24 генератора 11 приводит к изменению частоты сигналов на его выходах 12 и 13. Этим обеспечивается стабильность и симметрия сигнала развертки.

Величина амплитуды сигнала развертки определяется заданием опорных напряжений на входах 32 и 33 генератора сигнала развертки 11, а стабильность частоты — стабильностью генератора эталонной частоты 6.

Управляемый по частоте генератор сигнала развертки 11 формирует симметричный сигнал развертки треугольной формы, частотой которого можно управлять.

Таким образом, введение новых блоков и их соединений позволяет создать такую структуру АЦП, в которой точность преобразователя определяется лишь относительной нестабильностью генератора эталонной частоты, а быстродействие может быть повышено увеличением частоты сигнала развертки при перераспределении разрядов за счет увеличения числа разрядов, кодируемых параллельным АЦП.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий параллельный аналого-цифровой. преобразователь, регистр и счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены управляемый по частоте генератор сигнала развертки, блок компараторов, делитель частоты, формирователь стробимпульсов, импульсно-фазовый детектор и генератор эталонной частоты, причем первые входы блока компараторов и параллельного аналого-цифрового преобразователя объединены и соединены с входной шиной, выход блока компараторов через формирователь строб-импульсов подключен соответственно к второму входу параллельного аналого-цифрового преобразователя и первому входу регистра, выход генератора эталонной частоты соединен с входом счетчика, выход которого подключен к второму входу регистра и через делитель частоты к первому входу импульсно-фазового детектора, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым выходом и входом управляемого по частоте генератора сигнала развертки, второй выход которого соединен с вторым входом блока компараторов, выходы параллельного аналого-цифрового преобразователя и регистра соединены с выходной шиной.

2. Аналого-цифровой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что управляемый по частоте генератор сигнала развертки содержит первый и второй управляемые источники тока, первый и второй интеграторы, первый и второй компараторы, а также управляющий R — S-триггер и переключатель, причем выход первого управляемого источника тока соединен с входом первого интег767965 ратора, выход которого соединен с первы " мй входами"первоro и второго компараторов, в чЪрйе входы котб р ых" подклю чены к источ" " никам опорного напряжения, а выходы соединены соответственно с S u R входами управляющего R-S-триггера, вь|ход которого соединен с первым входом переключателя и входом второго интегратора, выход которого через второй управляемый источник тока соединен с вторым входом переключателя, выхОд которого соединен с входом первого интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3697978, кл. 340-347, 1970 (прототип) .

767965

22

23 18

2а 21

Риз. 2

Составитель А. Кузнецов

Техред К. Шуфрич Корректор М. Демчик

Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

Редактор Е. Караулова

Заказ 7217/51