Аналого-цифровой преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советских

Социалистических

Республик (ii) 869023 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 250180 (23) 2874150/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Г3риоритетОпубликовано 30,0981. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 3009.81 (53)e. K .

Н 03 К 13/17

Государственный комитет

ССС P по делам изобретений н открытий (53} УДК 681. 325 (088. 8) (72) Автор изобретения

В;А. Багацкий

t!

Ордена Ленина институт кибернетики

AH Украинской ССР (71).Заявитель (54 ) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

f0!

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и аналогоцифровой вычислительной технике и предназначено для аналого-цифрового преобразования напряжения в цифровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной усилитель, быстродействующий ключ, усилитель, токозадаюший резистор, нульорган, цифроаналоговый преобразователь и устройство управления (1l.

Недостатком данного устройства является невысокая точность, зави сящая от большого дрейфа нуля компаратора.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной измерительный преобразователь,цифроана- 20 логовый преобразователь, состоящий из источников разрядных токов на резисторах и разрядных токовых ключей, токозадающий резистор Кр, блок коррекции погрешностей, два ограничительных диода, компаратор и блок управления (21.

Недостатком этого преобразователя является низкая точность преобразования. 30

Цель изобретения-повыаение точности преобразования;

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащй входной измерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходу подключен первый вывод токоэадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей. цифроаналогового преобразователя, введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен со входом компаратора и через промежуточный измерительный преобразователь

869023 подклю IBH ко второму выводу токоэадающего резистора, причем катод первого и анод второго диодов через соответствующие источники напряжений соединены с общей шиной.

На фиг. 1 представлена структУР,ная электрическая схема аналого-ци фрового преобразователя.

Предлагаемое устройство содержит блок 1 коррекции погрешностей, входной измерительный преобразователь 2, компаратор 3, блок 4 управления, промежуточный измерительный преобразователь 5, токоэадающий резистор б, цифроаналоговый преобразователь 7, состоящий иэ разрядных источников 8 токов и разрядных токовых ключей 9, резистор 10 нагрузки, первый и второй ограничительные диоды 11 и 12, первый и второй источники напряжений 13 и 14.

Введение новых блоков позволяет 20 получить величину кванта по напряжению в суммирующем узле такой, чтобы практически полностью исключить влияние дрейфа напряжения нуля компаратора на погрешность всего ана- 25 лого-цифрового преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал Ux поступает на вход входного измерительного преобразователя 2. Выходное напряжение преобразователя 2 преобразуется в ток с помощью токоэадающего резистора б. Ток, соответствующий входному сигналу Ux, поступает на вход промежуточного измерительного преобразователя 5, выход которого является генератором тока. В начальном состоянии выходные цифровые сигналы блока

4 управления таковы, что разрядные источники 8 тока цифроаналогового 40 преобразователя 7 отключены от суммирующего узла, т.е. узла, где соединяются выходы разрядных токовых ключей 9, выход промежуточного измерительного преобразователя 5, вход ком- А5 паратора 3, катод и анод ограничительных диодов 11 и 12 и первый вывод резистора 10 нагрузки.

На первом такте с первого выхода блока 4 управления на первый управ- О ляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает цифровой сигнал, под воздействием которого ключ подключает к суммирующему узлу соответствующий разрядный источник 8 тока. Так как к этому же узлу с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 поступает ток, противоположный по знаку току разрядного источника тока и зависящий от значения входного 60 сигнала Ux то в суммирующем узле происходит вычитание токов . Раэностный ток создает на резисторе 10 нагрузки падение напряжения, под воздействием которого на выходе компара- 65 тора 3 проявляются уровни сигналов, поступающие по цепи обратной связи на вход блока 4 управления. Если входной сигнал Ux таков, что зависящий от него ТоК с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположный по знаку выходной ток разрядного источника тока, то падение напряжение на резисторе 10 нагрузки приводит к появлению на выходе компаратора 3 такого сигнала, в соответствии с которым разрядный источник тока остается подключенным к суммирующему уэлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал Ux таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем выходной ток разрядного источника тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым разрядный источник тока отключается от су лмирующего узла. Если раэностный ток образует на резисторе 10 нагрузки падение напряжения больше, чем — (Е + U () — + (Е + Uz) р То это напряжение ограничивается схемой ограничения иэ диодов Д„, Д и источников напряжений Е и E<(U„ - паде1 ние напряжений на открытом ограничительном диоде) .

На втором такте со второго выхода блока 4 управления на управляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает такой цифровой сигнал, который подключает к суммирующему узлу выход соответствующего разрядного источника 8 тока. Если первый разрядный источник тока остается подключенным к суммирующему узлу, то к нему протекает сумма токов от первого и второго разрядных источников 8 токов, а также ток, зависящий от входного сигнала Ux и протекающий с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5. Если входной сигнал Ux таков, что зависящий от него ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположная по знаку сумма выходных токов первых двух разрядных источников 8 тока, то раэностный ток создает на резисторе 10 нагрузки падение напряжения, которое воздействует на вход компаратора 3 и приводит к тому, что на его выходе появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник

8 тока остается подключенным к суммиРующему узлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал Ux таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем сумма выходных токов ïåðвых двух разрядных источников тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник тока отключается от суммирующего узла.

869023

На следующих тактах происходит . процесс компенсации тока, зависящего от входного сигнала Ux и протекающего с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 путем включения и в зависимости от выходного сигнала на выходе компаратора 3 отключения разрядных источников 8 токов разрядными токовыми ключами 9 от суммирующего узла преобразователя.

При измерении температуры окружающей среды блок 1 коррекции погрешностей поддерживает такое выходное напряжение, чтобы токи, поступающие от разрядных источников 8 тока через токовые ключи 9 в суммирующий узел, оставались неизменными.

На фиг. 2 приведена одна из возможных схем промежуточного измерительного преобразователя 5.

Промежуточный измерительный преобразователь состоит иэ двух анало- 20 гичных каналов: канала управляемого генератора тока с отрицательным выходным током и канала генератора тока смещения с положительным выходным током. В связи с необходимостью обеспечить высокую линейность и стабильность коэффициента передачи оба канала построены на основе следящих схем с опрерационными усилителями 15 и 16 в цепях обратной связи по току.

Канал генератора тока смещения введен для того, чтобы при Зх=О через транзисторы 17 и 18 протекали токи см, что исключает неустойчивую работу следящей схемы на основе усилителя 15, транзистора 17 датчика и эмиттерного резистора 21.

Управляемый генератор тока состоит иэ операционного усилителя 15, резистора 19 смещения, компенсирующего резистора 20, транзистора 17, 40 датчика с эмиттерным резистором 21 и выходного транзистора 18 с эмиттерным резистором 22. Вход промежуточного измерительного преобразователя

5 соединен с неинвертирующим входом 4 усилителя 15, первым выводом резистора 19 смещения и коллектором транзистора 17 датчика. Второй вывод резистора 19 подсоединен к отрицатель- ному. выводу источника опорного напряжения. Инвертирующий вход усилителя 15 подключен к первому выводу компенсирующего резистора 20, второй вывод которого подключен к общей шине. Выход усилителя 15 соединен с базами транзисторов 17 и 18.

Эьыттеры транзисторов 17 и 18 подключены к первым выводам резисторов 21 и 22 соответственно. Вторые выводы этих резисторов соединены с положительным выводом источника питания р

"Иит.< °

В суммирующем узле на неинвертирующем входе усилителя 15 осуществляется суммирование токов 3 х, Д„ . и поддерживается отрицательной об- 45 ратной связью потенциал земли .

При изменении Ux изменяется 7 х и для сохранения на данном входе потенциала земли выходное напряжение 0з„,„„становится таким, что изменение 3 „ компенсирует изменение

2„. Таким образом, изменение U а ,затем Зк приводит к равному изменению Э . Параметры транзисторов 17 кт1 и 18, а также резисторов 21 и 22 одинаковы (например, если транзисторы и резисторы расположены на одном кристалле или подложке), поэтому соответственно изменяется и J т.е. выходной ток управляемого генератора тока.

При изменении коллекторного тока

Экт„иэ-за изменения напряжения питания U„„ „è параметров транзистора 17 с температурой и временем, напряжение

Пакор „ изменяется так, чтобы поддерживать постоянный ток7кт„ и, как следствие, выходной ток Экт управляемого генератора тока.

Канал генератора тока смещения работает аналогичным образом.

В преобразователе масштаб преобразования входного сигнала в ток определяет токозадающий резистор 6.

Преобразование раэностного тока во входное напряжение компаратора происходит на реэисторае 10, так как с введением промежуточного измерительного преобразователя выходные .сопротивления ветвей, подключенных . к суммирующему узлу, весьма велики.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной измерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходу подключен первый вывод токоэадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к .общей шине, а второй его вывод соединен со входом компаратора и через промежуточный иэмеритель869023

Электронные измес цифровым от1970, с.25, Фиг. 8

ВНИИПИ Эаказ 8355/84 Тираж 991 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãoöoä, ул.Проектная,4 ный преобразователь подключен ко второму выводу токозадающего резистора, причем катод первого и анод второго ,диодов через соответствующие источники напряжений соединены с общей шиной.

И"точники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Швецкий Б И рительняе приборы счетом. "Техника" рис. 4.

2. Автометрия, 1970, М 2, с. 44, рис. 7.