Аналого-цифровой преобразователь

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий компараторы,первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторьм входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый -выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя соединен с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов. входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших :разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления , входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов , к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шинами , отличающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и экономичности, введены третий и четвертый генераторы тока и , ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом тре-г тьего генератора тока непосредственно и через ключ - с выходом четвер41 того генератора тока, вход управлесх ния ключа соединен с прямым выходом 00 триггера управления, J шина токового ;питания цифроаналогового) преобразователя подключена к второму выходу переключателя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

О М

РЕСПУБЛИК (19) И1) g )) Н 03 К 13/17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ: СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2882273/18-,21 (22) 15 .02.80 (46) 07.10.84. Бюл. Ф 37 (72) С.M.Åðøîâ (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .Ф 630743, кл. Н 03 К 13/02, 1977

2."Banelemente der Elektrotechnik"

1972, ВА7, Ф 5, с. 66, рис. 18 (прототип). (54) (57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий компараторы,первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя соединен с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы

: которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержР ки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходы g последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шияами, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и экономичности, введены третий и четвертый генераторы тока и ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом тре-. тьего генератора тока непосредственно и через ключ — с выходом четвертого генератора тока, вход управления ключа соединен с прямым выходом триггера управления, а шина токового питания цифроаналогового. преобразователя подключена к второму выходу переключателя. 2 резисторы второй цепи из последовательно включенных резисторов. Совместно с входными емкостями комлараторов резисторы указанной цепи образуют интегрирующие цепи с различными постоянными времени, что вызывает появление дополнительной и различной по величине для разных кбмпараторов задержки в срабатывании и, следовательно, также снижает быстродействие преобразователя.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий компа- . раторы, первые входы которых под« ключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выходы первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя - с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших .и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены C выходами элемен( тов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым вхоуправления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым дов, выходы последних и выходы старших разрядов соединены с выходными шинами $2 ).

Однако применение s цифроаналоговом преобразователе известного шкалы, сдвига точной шкалы и в цифроаналоговом преобразователе является неэкономичным.

1 1117835

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено для представления аналоговых сигналов в цифровой форме.

Известен аналого-цифровой преобра5 эователь (АЦП), содержащий компараторы, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и с входами регистров старших и млад-. 10 ших разрядов, выходы регистров — с выходными шинами устройства, а входы управления регистров подключены к одному выходу блока управления и к

) выходам триггера тактов преобразо5 вания, входы которого соединены с другими выходами блока управления, дешифратор, входы и выходы которого подключены соответственно к выходам регистра старших разрядов и входам управления многопозиционного переклю-. чателя, первую цепь из последовательно включенных резисторов, выводы которой соединены с одними входами компараторов и с выходами многопозиционного переключателя, а крайние выводы этой цепи подключены также к выходам первого и второго стабилизаторов тока, вторую цепь из последовательно включенных резисторов, выводы которой соединены с другими входами компараторов, один из крайних выводов этой цепи — непосредственно с источником преобразуемого сигнала и через первый ключ с третьим стабилизатором тока, а второй крайний вывод подключен через второй ключ дом младшего компаратора, триггер к четвертому стабилизатору тока, причем управляющие входы .первого и второго ключей соединены с выходами тактов преобразования.

Данный АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму за два такта при-одном наборе компараторов и не содержит аналогового сумматора и цифроаналогового. преобразо- входам элементов И младших разря45 вателя обратной связи L1).

К недостаткам данного устройства следует отнести: !. Большое число последовательно включенных после компараторов узлов (преобразователь кода, регистр старших разрядов, дешифратор, многопо- устройства операционного усилителя зиционный переключатель),что уве- увеличивает время преобразования, личивает задержку в цепи обратной а использование разных источников связи и след, снижает быстродействие 55. для формирования напряжения грубой преобразователя.

2. Преобразуемый сигнал проходит к другим входам компараторов через

3 111783, Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства и экономичности. укаэанная цель достигается тем, что АЦП, содержащий компараторы, первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компарато- 1п ров, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом . старшего компаратора, а вход переключателя — с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответ твенно C выходами компараторов и первыми входами элементов

И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, .цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы ко- 25 торого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младmего компаратора, триггер управления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам

35 элементов И старших разрядов и к вторым входам .элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шинами, введены третий и четвертый генераторы тока и ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом третьего генератора тока не45 посредственно и через ключ — с выходом четвертого генератора тока, вход управления ключа — с прямым выходом триггера управления, а шина токового питания цифроанало--.

50. гового .преобразователя подключена к второму выходу переключателя.

5 4 нераторы тока, переключатель 8, преобразователь 9 кода, элементы И 10 старших разрядов, элементы И 11 младших разрядов, регистр 12 старших разрядов, цифроаналоговый . преобразователь (ЦАП) 13, триггер 14 управления, элемент 15 задержки, блок 16 управления, выходные шины

17, третий генератор 18 тока, четвертый генератор 19 тока, ключ

20.

Принцип действия аналого-цифрового преобразователя состоит в следующем.

В исходном состоянии, когда напряжение на выходе источника 5 равно нулю, триггер 14 управления находится в нулевом состоянии, ключ

20 разомкнут, переключатель 8 находится в положении, когда ток генератора 7 тока проходит через вто рой выход переключателя 8 на вход

ЦАП 13. Если выходные напряжения регистра 12 старших разрядов соответствуют логическому нулю, то ток на выходе ЦАП 13 отсутствует. Таким образом, через резисторы 3 и 4 последовательной цепи 2 протекает ток генератора 6 тока, а через резистор 4 той же цепи 2 — ток от генератора 18 обратного знака. Указанные токи создают на резисторах.последовательной цепи 2 опорные напряжения для компараторов 1, причем значения опорных напряжений соответствуют точной шкале преобразова-. теля и для каждого последующего компаратора 1 отличаются от опорного напряжения предццущего компаратора 1 на величину падения напряжения на резисторе 3 от протекания тока генератора 6 тока. Выходные напряжения всех компараторов 1 соответствуют логическому нулю.

При наличии напряжения источника 5 сигнала и поступлении импульса с блока 16 управления триггер 14 управления переходит в единичное состояние, что вызывает изменение положения переключателя 8 и замыкание ключа 20. С единичного выхода триггера М управления поступают разреша55

На чертеже приведена структурная схема АЦП.

АЦП содержит компараторы 1, последовательную цепь 2 из резисторов

3 и 4, источник 5 преобразуемого сигнала, первый 6 и второй 7 reющие сигналы на вторые входы элементов И 10 старших разрядов и сигнал обнуления регистра 12 старших разрядов. Ток генератора 7 тока с первого выхода переключателя 8 протекает через резисторы 3 н 4

5 1117835 последовательной цепи 2, а ток генератора - через резистор 4 той же цепи 2. Совместно с токами генераторов

19,6 и 18 тока подключенные токи формируют на резисторах последовательной цепи 2 опорные напряжения грубой шкалы преобразователя.

В зависимости от величины напряжения источника 5 определенное число компараторов 1 переходит в состоя- lp ние логической единицы. Двоичный код старших разрядов с выходов пре" образователя 9 кода проходит через элементы И 10 старших разрядов в регистр,12 и там запоминается. ЦАП 15

13 устанавливается выходными напряжениями регистра 12 в положение, соответствующее коду старших разрядов.

Через время задержки элемента 15 задержки триггер 14 управления воз- 20 вращается в нулевое положение, что вызывает переключение тока генератора 7 тока от последовательной цепи

2 к входу ЦАП 13 и отключение тока генератора 19 от резистора 4 после- 25 довательной цепи 2. При этом также появляются разрешающие сигналы на вторых входах элементов И 11 младших разрядов и запрещающие сигналы на вторых входах элементов И 10 стар- 3б ших разрядов. ЦАП 13, основанный на токовых делителях, питаемых одним источником тока, разделяет ток генератора 7 тока на несколько токов, число которых равно числу старших разрядов, а их значения пропорциональны весовым коэффициентам старших разрядов, в соответствии с чем часть тока генератора 7 тока, соответствующая числу логических единиц в старших разрядах и весов разрядов, проходит на резистор 4 последовательной цепи 2 и создает на резисторе 4 падение напряжения, равное грубо определенному на первом такте. значению напряжения источника 5.

Таким образом, токи генераторов

6 и 18 тока формируют на резисторах

3 и 4 опорные напряжения точной шкалы, а токи с выхода ЦАП 13 осуществляют сдвиг точной шкалы. В связи с этим на выходах компараторов 1 появится единичный код, соответствующий результату точного изме.55 рения сигнала от источника 5. Этот код преобразуется преобразователем 9 кода в двоичный код и передается на выходные зажимы младших разрядов.

С поступлением следующего импуль- са с блока 16 управления происходит переход к грубому преобразователю, а содержимое регистра 12 старших разрядов стирается. Работа преобра-. зователя проходит аналогично.

Направление токов генераторов

6, 18, 7 и 19 тока, соотношения их значений и соотношения между сопротивлениями резисторов 3 и 4 устанавливаются на основании следующих соображений.

Параллельно-последовательный в-разрядный АЦП, использующий одни и те же компараторы в обоих тактах преобразователя, содержит (2 - 1) компараторов, где h- число разрядов выходного кода, а отношение суммы токов генераторов 6 и 7 тока к значению тока генератора 6 тока равно отношению цены деления грубой шкалы к цене деления точной шкалы, т.е. например, для 8-разрядного АЦП число компараторов равно 15, ток генератора 7 тока содержит 15 частей, равных току генератора 6 тока. При указанном выборе соотношений блоков создаются на резисторах 3 падения напряжения, необходимые для проведения преобразования на первом и на втором тактах. Для повышения экономичности устройства сдвиг точной шкалы по результату грубого преобразования осуществляется с использованием тока генератора 7 тока путем его переключения на втором такте преобразования к шине питания ЦАП 13. Для случая 8-разрядного АЦП (4 старших грубых разряда) в ЦАП 13 ток генератора тока 7 делится на части, которые относятся одна к другой как

8:4:2:1. В соответствии с значением кода старших разрядов определенные части тока генератора 7 тока проходят с выхода ЦАП 13 к второму входу младшего компаратора 1 и создают на резисторе 4 напряжение сдвига точной шкалы, для чего сопротивление резис" тора 4 выбрано в 2 раз, т.е. в /2

16 раз для 8-разрядного АЦП, больше сопротивления резистора 3 последовательной цепи 2.

Такое техническое решение позволяет получить сдвиг точной. шкалы с токами в 16 раэ меньше, чем в случае равенства сопротивлений резисторов 3 и 4. При этом формирование

Составитель В.Иахнанов

Редактор .В.Данко Техред Л.Коцюбняк Корректор А.3ииокосов

Заказ 7276/43 Тираж 861 Поднасное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Нроектная, 4

7 11! 7835 на резисторе 4 падений напряжений, равных цене деления грубой шкалы и точной шкалы, обеспечено действием токов генераторов 18 и !9тока. При грубом преобразовании через резистор 4 протекает сумма токов генера торов 18 и 19 тока, равная величине тока генератора 7 тока, а при точном преобразовании через резистор

4 течет только ток генератора 18 тока, величина которого составляет

Чк

Я (! -, Г ") часть тока генератора 6 тока.

Предлагаемый АЦП обладает в срав ненни с известными устройствами большой экономичностью, так как в нем использован один и тот же генератор тока для формирования напряжений грубой шкалы и для сдвига точной шкалы, и большим быстро- действием, что обеспечено уменьшением времени задержки при переходе от первого такта преобразования к второму такту за счет использования токового ЦАП.