Аналого-цифрвоой преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ И < 1873402

К АВТОУСК©МУ СВИ ВТИЗЬСТВУ (61) Дополмительмое к авт. сеид-ву (22) Заявлено 17.08.79 (21) 2811413/18-21 Р1)М К 1

Сеееэ Сееетскмк

Социалистических ресеублнк.Ф т

/ с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Н ОЗ К 1З/Ог

f AaperaeHHhlA коимтет ссср ма делам мзобретеммб м еткрытмй

Опубликовано 15.10.81 Ьюллетемь 89 З8

Дата опубликования описания 15,1081

Ю) Уд (б81.325 (088.8) (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54 ) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ

Устройство относится к электроизмерительной технике и используется в информационно-измерительных системах.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два амплитудных

5 анализатора, две группы дифференциальных каскадов, причем один из входов каждого дифференциального каскада подключен ко входу данного аналого-цифрового преобразователя, другой вход 10 каждого дифференциального каскада подключен к соответствующему источнику напряжения, а инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов объединены с неинверсными выходами четных 15 дифференциальных каскадов (1) .

Недостатком данного преобразователя является низкая точность и надежность аналого-цифрового преобразования. 20

Цель иэобретення — повышение точности и надежности аналого-цифрового. преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровом преобраэовате- 25 ле, содержащем два амплитудных анализатора, четыре компаратора, две группы из;шестнадцати. дифференциальных каскадов . каждый, причем первые входы дифференциальных каскадов соедине- Зр ны со входной шиной, вторые входы дифференциальных каскадов соединены с соответствующими шинами опорных напряжений, инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов соединены с с неинверсными выходами четных дифференциальных каскадов, дополнительно введены преобразователи ток-напряжение, при этом инверсный выход второго дифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого, t десятого,четырнадцатогодифференцнальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого дифференциальных каскадов второй группы и соединен со входом первого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом первого компаратора, инверсные выходы второго и десятого дифференциальных каскадов второй группы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и соединены со входом второго преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом второго компаратора, инверсный выход четвертого дифференциального каскада второй группы соединен с не873402 инверсным выходом тринадцатого дифференциального каскада первой группы и соединен со входом третьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсный выход восьмого дифференциального каскада второй группы подключен ко входу чет,вертого преобразователя ток-напряже-. ние, выход, которого соединен со входом четвертого компаратора, инверсные

В выходы нечетных дифференциальных каскадов и неинверсные выходы четных дифференциальных каскадов обеих групп соединены со входами соответственно пятого и шестого преобразователей ток-напряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первого.и второго амплитудных анализаторов, неинверсные выходы первого, третьего-, девятого, одиннадцатого, инверсные выходы четвертого, восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и неинверсные выходы первого, пятого, девятого, тринадцатого, а также инверсные выходы шестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого, дифференциальных каскадов второй группы соединены с шиной источника напряжения.

На фиг.1 представлена схема аналого-цифрового преобразователя, где

1,2,3,...,16 дифференциальные каскады, объединенные в две группы, причем первые входы дифференциальных каскадов каждой группы подключены ко входной шине преобразователя. Вторые входы дифференциальных каскадов подключены к шинам опорных напряжений.

Инверсные выходы дифференциальных каскадов 1,3,5,7,9,11,13 н 15 объединены с неинверсными выходами дифференциальных каскадов 2,4,6,8,10, 12,14,и 16 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 17, выход которого подключен к амплитудному анализатору 18. Инверсные выходы дифференциальных каскадов 2,6,10 и

14 группы 19 объединены с неинверсными выходами 3,7,11 и 15 дифференциальных каскадов группы 20 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 21, выход которого подключен к компаратору 22. Неинверсные выходы дифференциальных каскадов

7 и 15 группы 19 объединены с инверс ными выходами 2 и 10 дифференциальных каскадов группы 20 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 23, выход которого подключен ко входу компаратора 24. Неннверсный выход дифференциального каскада 13 группы 19 соединен с инверсным выходом дифференциального каскада 4 группы 20 и со входом преобразователя ток-напряжение 25, к выходу которого подключен вход компаратора 26. Инверсный выход дифференциального каскада

8 группы 20 соединен со входом преобраз Ов ателя ток-н ап ряже нне 2 7, к выходу которого подключен вход компаратора 28. свободные выходы дифференциальных каскадов обеих групп подключены к клемме 29 источника напряжения.

Линеаризация характеристик аналого-цифрового преобразователя осущест вляется с помощью опорных напряжений, путем смещения функции преобразова-

iO ния двух групп дифференциальных каскадов по входному напряжению относительно друг друга так, чтобы нелинейные участки одной перекрывались относительно линейными участками другой.

На фиг.2а, 6 представлены токи с выхоцов дифференциальных каскадов обеих групп, которые используются для формирования необходимых функЩ ций преобразования, l

1 ь, Г 12 ... 1>Q сООтветственнО тО ки с йеинверсных и инверсных выходов дифференциальных каскадов первой групиц il.пи пыл I„ у 12 °, 1 Ь у I„у 1 1, 1 тОки СО ответственно с неинверсных и инверс-., ных выходов дифференциальных каскадов второй группы. Линейные участки функций преобразования, на которых работают выходные амплитудные анализаторы 18, представлены на фиг.25 где сплошной линией обозначены линейные участки функции преобразования первой группы, пунктирной — второй.

На фиг.21,а,е, м представлены зависимости токов, нтекающих в преобразователи ток-напряжение 21, 23, 25 и

27 (соответственно токи 11„,115,1,lpga . от входного напряжения. Входные токи данных преобразователей являются сум4Р мой соответствующих токов с ныходов дифференциальных каскадов.

Дна выходных амплитудных анализатора 18 кодируют любой входной сигнал н интервале (U U ).Однако вза4 имно однозначное соответствие между кодом с амплитудных анализаторов и выходным сигналом нозможно только для интервала входных напряжений, который меньше половины периода функций преобразования групп дифференциальных каскадов. Компараторы 22,24,26 и 28 кодирУют напряжения U<, О,...,U1Ь (фиг.2Ь), отстающие друг от друга на половину периода преобразования и, таким образом, отделяют один интервал входных напряжений, который кодирует выходные амплитудные анализаторы 18, от другого. Вследствие этого результирующий код (код с компараторов 22,24,26 и 28 и других амплитудщ ных анализаторов 18) однозначно связан со входным сигналом.

Компаратор 28 имеет уровень срабатывания такой I (фиг.22,), что переключается всякий раз, когда входной сигнал проходит напряжение Uq.Точно

873402 так же компараторы 26,24 и 22 переключаются при напряжениях соответственно Uy,О,И, 0>, О, О, О„ и 0>,04, 06, ОВ, О„,, 0,2, О„,, О„,. На выоде компараторов 22,24,26 и 28 появляется напряжение логической единицы,если выходной ток соответствующего преобразователя ток-напряжение меньше I. 3a счет указанных зависимостей

TOKOB 2 12+ 12 I 27 oT BXOQHQI O Hc» пряжения" код образу ий я на выхо- 10 дах компараторов 22,24,26 и 28, пред ставляет собой двоичный код Грея.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

При входном напряжении 0 = U . (фиг.2И ) на выходе компаратора 28 15 появляется напряжение логического нуля так как при U = 0„° I>7)I на выходе компаратора 26 — напряжение логической единицы, так как

12ИО, на выходе компаратора 24 — так- 2О же напряжение логической единицы, так как I ci, и на выходе компаратора 22 - нМ»ряжение логического нуля, так как I2 >I Таким образом, на выходах компараторов, кодирующих стар-. 25 шие разряды, образуестя код 0110, что соответствует четырем в.десятичном коде и показывает, что Ох превышает четыре интервала: (0>,02), (U2,U ), (Ug,04), (U4,Ug) (фиг.2И) и находится в пятом интервале (0,0 ).

В зависимости от того,,в какой учас- . ток интервала (U5,0 ) попадает входное напряжение Ох., работает первый или второй амплитудный анализатор.

В данном случае напряжение О» пере крывается линейным участком функции преобразования второй группы дифференциальных каскадов и, поэтому код, образовавшийся иа выходах компараторов второго амплитудного аналиэато- 40 ра, определяет положение О» внутри интервала (05,U ).

Кодирование старших разрядов в данном аналого-цифровом преобразо вателе производится с помощью четы- 45 рех компараторов, что повышает надежность работы. Кроме того, в преобразователе перед каждым компарато" ром (включая компараторы амплитудных анализаторов) включено одно .и то,же количество последовательно соединенных дифференциальных каскадов и преобразователей ток-напряжение. Это позволяет при наличии идентичности каскадов избежать смещения по фазе напряжений, действующих на входах 55 компараторов, вследствие чего дина-. мическая погрешность аналого-цифро« вого преобразователя уменьшается, что повышает, точность преобразования.

dO

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий два амплитудных анализа тора, четыре компаратора, две группы иэ <шестнадцати дифференциальных 65 каскадов каждый, причем первые входы дифференциальных каскадов соединены,: со входной шиной, вторые входы дифференциальных каскадов соединены с соответствующими шинами опорных напряжений, инверсные выходы нечет.ных дифференциальных каскадов соединены с неинверсными выходами четных дифференциальных каскадов, о т

1 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыаения точности аналого-цифрового преобразователя и его надежности, до- полнительно введены преобразователи ток-напряжение, при этом инверсный выход второго дифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого, десятого и четырнадцатого дифференциальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого дифференциальных каскадов второй группы и соединен со входом первого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом йервого компаратора, инверсные выходы .второго и десятого дифференциальных каскадов второй группы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого диф- ференциальных каскадов первой группы и соединены со входом второго преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом второго компаратора, инверсный выход четвертого дифференциального каскада второй группы соединен с неинверсным выходом тринадцатого дифференциального каскада первой группы и соединен со входом третьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсный выход восьмого дифференциального каскада второй группы подключен ко входу четвертого преобразователя ток-напряжение, выход .которого соединен со входом четвертого компаратора, инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов и неинверсные выходы четных дифференциальных каскадов обеих групп соединены со входами соответственно пятого и шестого преобразователей ток напряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первого и второго амплитудных анализаторов, неинверсные выходы первого, третьего, девятого, одиннадцатого, инверсные выходы четвертого восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов первой группы,и неинверсные выходы первого, пятого, девятого,тринадцатого, а также инверсные выходы шестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов второй группы соединены с шиной источника напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Arbe1 А., Kurz К, FASTADC-IЕЕЕ

Fraus Nuct sci, 1975, voI.NS-22, Р 1, р.450 (прототип). 873402 Фиг.2 составитель A. кузнецов

Редактор И.Иитровка Техред JI.Ïåêàðü Корректор Г.Огар.

Эаказ 9070/83 :Тираж 991 Подано ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . no делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент"; r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4