Параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()940295

Сотов Севетсхив

Социалистические

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву 1т 573872 (22) Заявлено 22. 12 80{21) 3220448/18-21 (5I)M. Кл. с присоединением заявки J4— (23) Приоритет

Я 03 К 13/08 (Ьеудврстеииый камнтет

СССР, аа делам изобретение и втермткк (53) УД (681.325 (088.8) Опубликовано 30.06.82. оюллетеиь JA 24

Дата опубликования описания 30.06.82 (72) Автор изобретения

В.К. Чепалов (71) Заявитель (54) ПА РАЛЛЕ ЛЬН О-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналого-цкф ровой вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при автоматическом измерении широкополооных периодических сигналов.

По основному авт. св. М 573872 известен параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компараторы, выходы которых цодключены к входам шифратора, соединенным та с первыми входами элементов И, вторые входы которых подключены к распредели» телю импульсов, делитель напряжения, и включенный между оатими входами компа15 раторов и выходами управляемого генератора тока, регистр, подкшоченньтй к выходам элементов И, цифро-аналоговый яре-обраэователь, соединенный с выходом регистра, и дополнительный управляемый генератор тока, входы которога подключены к выходам распределителя импуль сов, а выход - к нижнему зажиму делителя напряженИя.

Преобразование входного напряжения осуществляется в несколько тактов, причем в каждом такте определяется несколько разрядов вьтхотаого кода. Благодаря наличйю двух управляемых генераторов тока в преобразователе получено повышен ное быстродействие и высокая точность.

Недостатком указанного устройства является большая величина динамической погрешности цреобраэования, определяемая изменением входного ситчтала за время преобразования, Динамическая погрешносФь определяется по формуле Q S пР, гда

S - скорость, изменения входного ситяалаа (,пг время преобразования преобраэова теля.

Время преобразования преобразователя имеет значительную величину, поскольку преобразование осутцествляется в несколько тактов, которые непрерывно следуют друт за другом.

Цель изобретения - уменьшение дина мической -погрешности преобраэования и

3 940295 при преобразовании периодических са нилов.

Указанная цель достигается тем, что в параллельно-госледовательный аналогоцкфровой преобразователь введены последовательно соединенные дополнительный компаратор, триггер, управляемый генератор, счетчик> элемент задержки и одновибратор, выход которого подключен к второму входу триггера и управляюше- 10 му входу счетчнка, установочные sxotut которого соединены с шинами кода управ ления,.а выход - с вторыми входами компараторов, при этом выход элемента задержки подключен к входу распределятеФ ля импульсов, а входы дополнительного компаратора соединены соответственно с шинами входного и опорного напряжений, Техническая сущность предлагаемого устройства заключается в снижении динамической погрешности преобразования за счет того, что разные такты преобразовання осуществляются и разных периодах входного сигналц.

Компараторы в предлагаемом устройст- >> ве нмеют дополнительный вход опроса.

Прк этом компаратор изменяет свое состояние только прн наличии импульса по входу опроса, таким образом можно зафиксировать состояние компаратора в определенный момент времени, т.е. п))оизвес-. ти сравнение в определенной точке преобразуемого сигнала, На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, 35

Преобразователь содержит М компарато ров 1, делитель 2 напряжения, шифратор 3, элементы И 4, распределитель 5 импуль сов, регистр 6, цифро-аналоговый преоб40 разователь (LlAfI) 7, управляемые генераторы 8 и 9 тока, дополнительный компаратор 10, триггер 11, управляемый генератор 12, счетчик 13, элемент 14 задержки, одновибратор 15, вход 16 опорного напряжения (цепи начальной ус45 тановкн регистра 6, распределителя 5 импульсов, счетчика 13, триггера 11 условно не показаны).

В исходном состояннн триггеры регистра 6 находятся в состоянии "0, соответственно, и выходное напряжение 11АП

7 тоже равно нулю. Генераторы 8 и 9 тока вырабатывают максимальные по величине токи, причем последние равны между собой и противоположны по направ- лению, Под воздействием токов генераторов 8 и 9, протекаюших через делитель

2, пороги срабатывания компараторов 1 устанавливаются такими, что весь диапазон изменения входной величины оказы вается разбитым на 2 зон; где Ичнсло параллельно определяемьи двоичньи разрядов. Пороги срабатывания компараторов при этом образуют шкалу Ш 1 (фиг., 2a).

При превышении периодическим входным сигналом (фиг. 2а) опорного уровня синхронизации Моп,на выходе дополнительного компаратора 10 формируется импульсный сигнал (фиг, 2б), поступающий на динамический вход С 3)- триггера 11. На вход Q-триггера постоянно подается уровень логической " 1". При поступлении на вход С переднего фронта сигнала (фиг. 2б), на выходе триггера 1 1 устанавливается уровень логической "1", которым запускается управляемый генератор 12, на выходе которого формируется последовательность импульсов (фиг. 2s).

В счетчик 1.3 предварительно заносится код задержки, величина которого определяет задержку момента преобразования входного сигнала относительно момента превышения входным сигналом опорного уровня, Код задержки подается на установочные входы счетчика 13 постоянно, а его запись в него осуШествляется импульсом, поступающим на вход занесения счетчика, При поступлении на счетный вход счетчика 13 (M-к)-го импульса с управляемого генератора 12 (где M- полная ем-, кость счетчика 13; к - предварительно занесенный код) на вьиоде счетчика 13 формируется импульс переполнения (фнг. 2г), поступаюший на входы опроса компараторов 1 и на вход элемента 14 задерж-. ки. B результате по импульсу (фиг. 2г) в момент времени t4 происходят сравнение сигнала (фиг. 2а) со шкалой Ш1, компараторами 1 фиксируется единичный код, который шифратором 3 преобразуется в двоичный код старших разрядов выходного кода, I

С выхода элемента 14 задержки задержанный импульс (фиг. 28) поступает на вход распределителя 5 импульсов н вход одновибратора 15. При поступлении на вход импульса (фиг, 2Э) распределитель

5 импульсов выдает по первым выходам импульсы, которыми через элемент И 4 заносятся в регистр 6 код старших разрядов и переключаются токи управляемьи генераторов 8 и 9 тока. Токк генераторов

8 и 9 тока уменьшаются в Й+ 1 раз, вследствие чего падение напряжения на

05 d привести и существенной ошибке в определении результирующего кода.

После окончания импульса (фиг.2) преобразователь снова готов к следующему такту прообраэования, .который проте кает аналогично первому, при этом. производят сравнение напряжения точки А в момент времени 4g со шкалой Ш2 к определение младших разрядов выходного кода. В общем случае тактов преобраэоваHIM может быть несколька, их количество определяется разрядностью выход ого хода и числом Й,4сомпараторов. Роль распределителя 5 импульсов при этом сводится к тому, что прк поступлении первого импульса с выхода элемента 14 задержки он формирует управляющие импульсы по первым выходам, при поступлении второг o импульса формируются управляющие импульсы по вторым выходам и так лалее. По :леднимуправляющкм импульсом заносится . код младших разрядов и триггеры младших разрядов регистра 6, которые нв связаны с цифро-аналоговым преобразователем 7 (число разрядов ПАП 7 на И меньше числа разрядов регистра 6). Управляемые генераторы 8 и 9 тока при этом но коммутируются, поскольку п последнем такте нет необходимости формирования следующей шкалы.

Таким образом, благодаря введению дополнительного компаратора, триггера,; . управляемого генератора, счетчика, элемента задержки и олновкбратора реализуется стробоскопический режим работы ана логе-цифрового преобразователя, при котором опрос компараторов, т.е. фиксация единичного кода компараторов, прокзводится всегда в одной и той же точке периодического сигнала (точка А ка фиг.2ф.

Изменение состояний IlAH к генераторов тока производится в теченке времени меж ду двумя импульсами опроса, поэтому время установленкя 0АП и управляемых генераторов тока не вносит вклада в динамическую погрешность преобразования. Йинамическая погрешность преобраэеванкя мгновенного значения сигнала практически определяется только апертурной погрешностью компараторов. Благодаря наличию блокировки запуска преобразова» теля импульсом одновкбратора можно использовать менее быстродействующие, зато более простые и более точные цифро-аналоговый преобразователь и управляемые генераторы тока.

Формула иэобретенкя

Параллельно-последовательный аналого-цкфровой преобразователь по авт. св.

Из фиг.2 следует, что при периоде повторения входного сигнала. (фиг.20) меньше длительности импульса (фиг.28) (т.е., если время установления шкалы Ш2 больше периода следования входного преобразуемого сигнала), очередной импульс входного сигнала пропускается и определение младших разрядов производится в третьем по счету периоде входнот о сигнала.

5S

Этим обеспечивается защкта преобразователя от сбоев, которые могут возникнуть при высокой частоте повторения входного сигнала и

5 9402 резисторах делителя 2 уменьшается во столько же раэ, Поскольку в регистр

6 занесен код старших разрядов, на выходе ЦАП 7 устанавливается напряжение, соответствующее коду старших разрядов. - $

После окончания переходных процессов, 4 вызванных переключениями, пороги срабатывания компараторов 1 образуют шкалу Ш2 (фиг, 2a) для определения младших разрядов выходного кода. Элемент 1О

14 задержки необходим для того, чтобы занесение информации в регистр 6 через элементы И ) происходило после установления информации на выходе шифратора

3, т.е. для компенсации задержки в цепях 1$ компараторов 1 и шифратора 3.

При поступлении импульса (фиг.2Z) с выхода элемента 14 задержки одновиб- ратор 15 формирует импульс (фиг.28), постуйающиЬ на вход Щ)-триггера 11. 2а

Плительность импульса одновибратора 1 5 выбирается . акой, чтобы она была больше времени установления шкалы Ш2, которое определяется временем переключения управляемых генераторов 8 и 9 тока и временем установления выходного напряжения ЦАП 7. Импульс (фиг.2с), присутствующий на входе Щ)-триггера 11, устанавливает на его выходе уровень логического 0, в результате чего прекра- 3О щается генерация импульсов генераторов

12 (фиг,2о), и импульсом, поступающим на вход занесения счетчика 13 с выхода одновкбратора 15, в счетчик 13 вновь заносится код задержки. Кроме того, импульсом (фиг;28) триггер 11 блокируется, т,е. во время действия импульса триггер 1 1 не реагирует на поступление им-. пульсов (фиг.2) на динамический вход

С, и уровень 0 на входе управляемого ® генератора остается неизменным. Наличиее блокировки запуска триггера 1 1 обеспечивает определение младших разрядов выходного кода только после того, как окончатся переходные процессы установ-ления шкалы Ш2.

7 940295

¹ 573972, о т л и ч а ю щ и и с s управляюшему входу счетчика, установочтем, что, с целью снижения динамической ные входы которого соединены с шинами погрешности преобразования и при преоб- кода управления, а выход — с вторыми разовании периодических сигналов, в не- входами компараторов, при этом выход го введены последовательно соединенные 5 элемента задержки подключен к входу дополнительный компаратор, триггер, уп- распределителя импульсов, а входы дополравляемый генератор, счетчик, элемент нительного компаратора соединены соотзадержки и одновибратор, выход которого ветственно с шинами входного и опорного

° подключен к второму входу триггера и напряжений.

940295

Составитель В. Солодова

Редактор A. Лежнина Техред M. Гергель Корректор А. Ференц у I» а а е ю а аййайюаа а@а

Заказ 4686/77 Тираж 959 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, .Москва, 5, Раушскак наб., д. 4/5

«Фа а

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород..ул. Проектная, 4 ллл .патент аак..3Я- 5