Параллельный аналого-цифровой преобразователь

 

(iii 934574

Союз Советскик

Социалистические

Республик

O ll И С А Н. И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 13. 12.77 (2l ) 2554459/18-2 1 (5I)M. Кл.

Н 03 К 13/175 с присоединением заявки РЙ

3Ъеударстееииый квинтет

СССР аю делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.06.82. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 10.06.82 (53) УДК 781 ° .325(088.8) B. Я. Загурский, Г. И. Готлиб, ll. В. Сотский, А. И. Таланцев, В. М. Тулуевский, В. Б. сыч .и Ю. В. Осокин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен параллельный аналого-цифровой преобразователь, соцержащий параллельно включенные анализаторы уровня, выполненные на дифференциальных каскацах, и элементы ИЛИ, аналоговый сигнал поступает на вхоцы параллельно включенных анализаторов уровня, причем каждый из них образует на своем выхоце логический сигнал, значение которого определяется настройкой цанного анализатора уровня и величиной преобразуемого напряжения, выходные сигналы анализаторов преобразуются в обычный двоичный коц либо в код Грея 1 1).

Нецостатком устройства является опраничение по точности, поскольку при увеличении числа цвоичных разрядов, т.е. увеличение точности, число дифференциальных каскацов пропорционально (2 -1), п где И вЂ” число разряцов.

По этой причине число разрядов не более -3, что ограничивает точность преобра зов а те ля.

Известен параллельный аналогс цифро .5 вой преобразователь, содержащий в слу чае И разрядов И групп компараторов и элементов памяти, причем общее число компараторов в этом случае составляет и п-1 (2 -1), а элементов памяти 2, выходы компараторов подсоединены к управляк щим входам элементов памяти, тактовые входы которых поцсоецинены к источнику стробирующего сигнала, а выхоцы поцсоецинены к разрядным шинам (2).

Оцнако устройство имеет низкую точность преобразования.

Цель изобретения - увеличение точности преобразования при упрощении уст ройства.

Указанная цель достигается тем, что в параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий цве группы компараторов, элементы памяти, ввецены цо

3 93457 полнительняя группа компяраторов, источники токов смешения, резистивный целитель, цва резистора и формирователь импульсов, причем первая группа компа,1 раторов содержит (2 ) компараторов и - 4 соответственно (2 ) элементов памяти, вторая группа 2(2 ) компараторов и .

Р-4 соответственно (2 Р ") элементов памяти, дополнительная группа содержит (2 ) компараторов, гце:K + р И - число раз- !0 ряцов, к - число разряцов, коцируемое компараторами первой группы, р - число разряцов, коцируемсе компяраторами второй группы, первые входы компараторов цополнительной группы соединены соответственно с шиной источника преобразуемого напряжения, вторые входы поцсоецинены к резистивному целителю, первый зажим которого через резистор соецинен с общей шиной устройства, н через второй 0 резистор соецинен с шиной источника стробируюшего сигнала, первый и второй зажимы резистивного целителя соединены с выходами исто гников тока смещения, выходы компараторов дополнительной груп- пы обьецинены попарно и соединены с входами формирователя импульсов, выход которого соецинен со вторыми входами элементов пямяти первой и второй групп компараторов, стробирующие входы компараторов второй группы соецинены соответственно с шиной источника стробирующе го си гн а ла.

В параллельном аналого-цифровом преобразователе шсла к и р выбираются из соотношений к = р цля четного VI u к = р + 1 цля нечетного И

И параллельном аналого-цифровом преобразователе формирователь импульсов

40 содержит цополнительный вхоц управления.

На фиг. 1 привецена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2временные циагрнммы работы устройства.

Устройство соцержит ахоп 1 преобразуемого напряжения 0@, вход строби» ) 45 рующего сигнала Е .; компараторы 3 - 5 с прямым (+) и инверсным (-) вхоцями, образующие соответственно первую, вторую и третью группы, элементы 6 памяти, в частности D -триггеры с входа50 ми управления (Р) и тактирования (С), выхоцы 7 разрядных шин преобразователя, входы 8 формирователя импульсов, формирователь 9 импульсов, тактовая шина 10, источники 11 токов смешения,"реэистивный целитель 12, резисторы 13 и 14.

На фиг. 2 прецставлены цияграммы, поясняющие работу аналого-цифрового

4 4 преобразователя, где обоэначеньг. квантуюшие характеристики 15 первой группы компараторов 3, квантуюшая характеристика 16 второй группы компараторов 4, квантуюшая характеристика 17 третьей группы компараторов 5, Е - стробируюший сигнал на входе 2, Ес - стробируюший сигнал на резисторе 13 преобразуемый сигнал 18, например, в-вице линейно нарастающего напряжения А, Б и

B — - значения преобразуемого сигнала

18; А, Б и В - значения сигнала Е, к соответствующие значения А, Б, В; А, Б и 13 — положения квантуюшей характе У ристики 16 в момент преобразования значений А, Б, В сигнала 18; 19 и 20сигналы на входе 8 и выходе формирователя 9 импульсов.

Первые вхоцы компараторов 3 и 5 подсоецинены к входу 1, а первые входы компараторов 4 - к вхоцу 2. Вторые вхоцы компараторов 3 и 4 поцсоецинены к источникам опорных напряжений, coom ветствующих уровням квантования, выраженным в полях Од, гце Ug — максимально возможное значение U>>, и Ес, гце

Ес,- максимально возможное значение E

Токи смещения источников 11 устанавливают такими, чтобы реализовать посрецством компараторов 5 третьей группы квантующую характеристику 16. В частном случае они выбираются оцинаковыми

4 по величине и противоположными по направлению, так что при отсутствии сигналов Е на резисторе 13 - нулевое падение напряжения, а на последовательно включенных резисторах 1> пацение напряжения определяется их величиной и соответствует уровням квантования характеристики 16.

Аналого-цифровой преобразователь работает слецующим образом., Прецположим, что на вход 1 (фиг.1) подается сигнал 18 (фиг. 2), а на вхоце

2 - стробируюшие сигналы Е, например, треугольной формы.

Сигнал 18 квантуется компараторами

3 в соответствии с квантуюшими характеристиками 15, а сигнал Е квантуется компараторами 4 в соответствии с квантуюшими характеристиками 17. Резистор

14 обеспечивает пассивное ослабление сигнала Е цо величины Е, причем максимальное значение E равно Ll 2K гце К = 1,2 ... число цвоичных раэряцов, коцируемое компараторами 3 первой груп1 пы. Сигналы Ес выделяются HB резисто- . ре 13, что приводит к сцвигу квантую5 934 щей характеристики 16 под его воздействие м.

Преобразование происходит следующим образом. B момент пересечения характеристикой 16 (сдвигаемой под дей1 ствием Е )сигнала 18, например, в точке А, происходит изменение выходных уровней компараторов 5. В этот момент характеристика 16 занимает положение

А. Это приводит к смене уровней напра- щ жения на оцном из вхоцов 8 формирователя 9. На цополнительном входе 8формирователь 9 при этом отсутствует внешний запрещающий сигнал. При его поцаче преобразование прекращается, поскольку формирователь 9 заблокирован и формирует короткий импульс. Временные диаграммы сигналов на входе (19) и выходе (20) формирователя 9 прецставлены на фиг. 2. Поскольку выход 20 формирователя 9 поцключен к тактовой шине 10, объединяющей тактовые вхоцы элементов 6 памяти, то происхоцит па-раллельное и одновременное запоминание квантоввгх значений A и А сигналов 18 25 и E.,B результате цействия сигнала 20 на выходах элементов 6 памяти, поцклю. ченных к разрядным шинам, появляется одновременно цифровой эквивалент значения ОщАсигнала 18 в точке А, коциро- 30 ванный в коце Грея. Конкретное его значение (от старших разряцов к младшим) 01010, что соответствует 13 квантам. Аналогично образуются цифровые эквиваленты значений Б и В сигнала 18, у которым соответствуют коцы 0 10 11 (l4 квантов) и 11011 (18 квантов).

Если принять для рассматриваемого примера преобразования U > с точностью пяти двоичных разряцов и что весь 40 диапазон 0 разби1 на кванты с точностью 1/2 = 1/32, то точное значение

Мщ в точке А (фиг. 2) составляет

Ощ д — — 0,25 0А+ О, 14 U = 0,39 0 или

0,39 х 32 кванта = 12,5 кванта. 4s

Полученное цифровое значение Ugy в точке А отличается от истинного, таким образом, менее чем на 1/32, т.е. менее

1 кванта, вместо 12,5 кванта имеем 13 квантов. Аналогичное положение имеет место и цля значений Ug в точках Б и В.

Суммарный цифровой результат преобразования получается как суперпозиция цифровых значений, получаемых при запоминании результатов квантования компараторов 3 и 4. В частном стгучае цля цифрового значения UBX в точке А имеем цля 2, 2 и 2 разряцов коц 010 соот4.

5,74 6 ветственно, а цля 2, 2 разряцов «оц

10. Суммарный коц следует рассматри- . вать как сумму двух цвои nrbac чисел, кодированных в коде Грея 0 1000+000 LO

0101О, которая образуется в момент запоминания коца и хранится цо следующего такого момента. ф

При изменении числа разряцов преобРазователя может перераспределяться число разрядов, получаемых в первой и второй группах, с помощью компараторов 3 и 4. Если число раэряцов преобразователя выбрано равным И =к + р, где k - число

Разрядов,, коцируемое компараторами 3, а

P - число разрядов, копируемое «омпараторами 4, то число компараторов 3 со ставляет (2 -1) и соответствующее ему к» число элементов памяти составляет 2к " а число компараторов 4 составляет 2 р-4 1 (2 ) и соответствующее ему число элементов памяти составляет 2

При числе разрядов Ъ 3-4 оптималь-. ное распределение межцу к и р выбирается из соотношений к = р цля И=2 И где э

И = 1,2,3 и к = р + 1 цля п = 2 +1, Поскольку группа комд 5 осу ществляет сравнение текущей величины входного сигнала Ugy c текущим значением сигиала Е во всем циапазоне с Э то число компараторов 5, необхоцимое и достаточное для образования квантующей, характеристики 16 с учетом заранее выбранного числа раэряцов К, составляет

2 . Момент формирования короткого

K-4 импульса на выходе 10 формирователя

9 соответствует моменту равенства величины аналогового вхоцного сигнала (например в точке А фиг. 20 ) и величины сигнала, прецставленного в вице суммы значений сигнала Е или, что то же самое, Е /4 (в точке А на фиг. 2 ему соответствует F или эквивалентное ему значение Е /4 в точке A ) и кванА 1 тованного посрецством компараторов 3 значения13 „- E в точке А (фиг. 2) ему соответствуете@,— E = 0 250 или в

ВХ„ CA a коде Грея 010. l aê как E квантуется одновременно с0 группой компараторов

4, то в дополнение к квантованному значению О Ес получается в момент запоминания одновременно с этим значениt ем и квантованное значение ЕсА . Точность преобразования в целом опрецеля ется точностью квантования этих веагчин, а само преобразование проиэвоцится параллельно.

Устройство не критично к форме стробирующего сигнала Е и частоте его повторения. Быстродействие устройства оп 9345 ределяется только конкретными динамическими характеристиками применяемых элементов. К элементам не предьявляют повышенных требований по точности по сравнению с точностью всего устройства. 5

Компараторы 4 могут иметь .хуцшую чувствительность, нежели остальные, поскольку они участвуют в преобразовании сигнала Ес, амплитуда которого может быть равна 0> или выбрана большей. Уст- î ройство может быть реализовано в вице интегральной схемы с использованием небольшого числа элементов.

Ф ормула изобретения

1. Параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержаший две груп пы компараторов, сигнальные входы ком- 20 параторов первой группы подсоединены соответственно к шине источника преобразуемого напряжения, входы компараторов обеих групп поцсоединены к шинам источников опорных напряжений, вы- д ходы компараторов обеих групп, кроме первого компаратора первой группы, обьединены попарно и соединены с управля юшими входами элементов памяти, кроме первого, выход первого компаратора пе- 3О вой группы соецинен с управляюшим входом элемента памяти, выходы элементов памяти подсоединены к разрядным шинам, о т к и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности при упрошении 3$ устройства, введены дополнительная группа,компараторов и источники токов смещения, резистивный делитель, два резистора, формирователь импульсов, причем первая группа компараторов содержит (2" ) компараторов и соответственно л (2 ) элементов памяти, вторая груп

74 8 па 2 (2 " ) компараторов и соответственно (2 " ) элементов, памяти, дополнительная группа содержит (2К ) компараторов, гце к + р =И- число разр дов, к - число разрядов; коцируемое компараторами первой группы, р - число разрядов, кодируемое. компараторами второй группы, первые входы компаратороа цс полнительной группы соединены соотвеи ственно с шиной источника преобразуемго напряжения, вторые вхоцы поцсоединены к резистивному целителю, первый зажим которого через резонатор соединен с обшей шиной устройства, а через второй резистор соединен с шиной источника стробирующего сигнала, первый и второй зажимы резистивного делителя соединены с выходами источников тока смешения, выходы компарат оров дополнительной группы обьединены попарно и соединены с входами формирователя импульсов, выход которого соединен со втс рыми входами элементов памяти первой и второй групп компараторов, стробируюшие входы компараторов второй группы соединены соответственно с шиной источника стробируюшего сигнала.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что числя к и р выбирают из соотношений к = р для четного и и к р + 1 для нечетного и.

3. Преобразователь по п. 1, о тЛичаюши йс ятем, чтоформирователь импульсов содержит дополнительный вход управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N4 3806915, кл. 340-247, 1972.

2. Патент США %3829853, кл. 340-247, 1972 (прототип).