Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистнческмк

Респубпик iii919077 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву(5()М. Кл. (22) Заявлено 30. 05. 80 {21) 2938730/18-21 с присоединением заявки М— (23) ПриоритетН 03 К 13/20

9Ъоударсткеииый комитет

Опубликовано 0/.04.82. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 07. 04. 82 оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681,325 (088. 8) (72) Автор изобретения

В. М . Мудрецов (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на сравнении аналогового сигнала с набором эталонов и уравновешивании входного сигнала набором эталонов, включение которых осуществляется в соответствии с законом реализации нарастающего ряда натуральных чисел (в виде пилообразного напряжения)(15.

Недостатком способа является низкая точность преобразования.

Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный на сравнении аналогового сигнала с набором эталонов и уравновешивании входного сигнала набором эталонов, включение которых осуществляется последовательно, начиная с эталона, соответствующего старшему разряду а устройство для осуществления способа содержит компаратор, первый вход которого соединен с выходом устройства выборки и хранения, а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами управляющего устройства, выход которого соединен с выходом компаратора L2).

Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая точность преобразования.

Цель изобретения — повышение точности преобразования °

Поставленная цель достигается тем, что в способе аналого-цифрового преобразования, основанном на сравнении аналогового сигнала с, набором эталонов, его уравновешивании и кодировании, аналоговый сигнал дифференцируют, одновременно с преобразованием в код, определяют знак и уровень его производной, измеряют интервалы времени от момента появления кодового слова, соответствующего весу коррек3 91907 тируемого эталона, до появления кодовых слов соответственно меньше и больше указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяют разность измеренных интервалов време5 ни и преобразуют ее в аналоговый сигнал, по которому корректируют соответствующий эталон.

В устройство для осуществления способа, содержащее компгратор, пер- 1о вый вход которого соединсн с выходом блока выборки и хранения, второй входс выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с выходо компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока вы,борки и хранения, введены дифференцирую;ций блок, два пороговых блока, го компаратор знака; три дешифратора, шесть элементов ИЛИ, три RS-триггера, генератор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединены с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходы которых соединены со входами перво" î эпезо мента ИЛИ, входы дешифратора соединены с кодовыми выходами блока управления, а выходы — с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого

35 элемента ИЛИ, выходы второго и третьего эпел!ентов ИЛИ соединены с R-вхо-дами первого и второго RS-триггеров, первый выход четвертого элемента ИЛИ

40 соединен с S-входом первого RS-триггера и с R-входом третьего RS-триг гера, выход генератора импульсов соединен с первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ, вторые входы ко-. торых соединены соответственно с выхо, 15 дом перв го RS-триггера и со вторым выходом четвертого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и втоcG рого счетчиков, выход второго RSтриггера соединен с S -входом первоlo RS-триггера соединен с S-входом второго счетчика, первый выход которого соединен с S-входом третьего счетчика, зторой выход соединен с S -вхо2 дом первого с!!етчика, а третий выход соедин!ен с В-входами второго и

7 третье о RS триггеров, выходы перво го счетчика соединены с входами третьего счетчика, выходы которого через дополнительный цифроаналоговый преобразователь соединены с ачалоговым входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит компаратор 1, блок 2 выборки и хранения, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 управления, дифференцирующий блок 5, пороговые устройства 6 и 7, компаратор 8 знака, элемент ИЛИ 9, дешифраторы 10- 12, элементы ИЛИ 13- 5, RS-триггеры 16-18, генератор 19 импульсов, элементы ИЛИ 20 и 21, счетчики 22-24, цифроаналоговый преобразователь 25.

Устройство работает следующим образом.

Подлежащий преобразованию аналоговый сигнал поступае! на анологовый вход блока 2, выполненного в вире стробируемого диодного кпю-!а нагруженного на конденсатор и развязанного на входе и выходе усилителями. В блоке 2 в !ечение времени действия стробирующего импульса, которь!й поступает с выхода блока 4,заряжается конде,!сатор до уровня входного сигнала . После окончания действия импульса напряжение на выходе блока ? остается постоянным в течение вре iQHI преобразования да IHol o

> мгновенного значения сигнала !зппоть до прихода следующего стробирующего импульса.

В течение времени преобразования происходит сравнение аналогового сигнала, действующего на выходе блока

2 с набором эталонов цифроаналогового преобразователя 3. начиная с самого большого, и последовательное уравновешивание входного сигнала этим набо ;.îì эта",oíoâ. В конце цикла преобразования каждый из зтапоноэ цифроаналоговогo I1pQo6»B3QBBHI R оказывае-.СЯ ВО ВКПЮЧ HHOII ИПИ ВЫКЛЮЧЕННОМ состоянии в зависимости от уровня входного аналогового сигнала. В свою очередь каждому включенному ипи выключенному эталону соответствует единица или ноль в кодовом спсве на кодовых выходах блока.4. Блок 4 может содержать сдвиговый регистр посредством которс го осуществпяет5 9190 ся последовательный перебор эталонов, а также включение блока 2, регистр разрядных триггеров и регистр триггеров для получения параллельного кода. 5

Одновременно с этим процессом преобразования входной аналоговый сигнал поступает на вход дифференцирующего блока 5 и дифференцируется в нем. Уровень производной входно- 1о го сигнала в заданных пределах и ее знак определяется пороговыми устройствами 6 и 7 и компаратором 8,который может быть выполнен так же, как и компаратор 1, но на второй вход его должен быть подан нулевой потенциал.

Гсли входной сигнал изменяется достаточно медленно, так, что его на огределенном интервале можно аппроксиgo мировать, например, возрастающей линейной функцией, то на выходах пороговых устройств 6 и 7 и на выходе компаратора 8 появляются сигналы, соответствующие логическим нулям, при 2S

,этом логический ноль будет и на выхо де элемента ИЛИ 9.

В тот момент времени, когда на выходах блока 4 появляется кодовое слово, отстоящее на несколько единиц зо от кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, на выходе дешифратора 10 появляется логи ческая единица, которая переводит в нулевое состояние RS-триггер 16, который о:-крывает элемент ИЛИ 20 и импульсы с генератора 19 поступают на счетчик 22, где подсчитываются, т.е. начинается измерение интервала времени с момента появления упомянутого выше кодового слова.

Вследствие дальнейшего увеличения входного сигнала на выходе блока 4 появляются новые кодовые слова. Когда появляется кодовое сло- 4> во, соответствующее весу корректируемого эталона, на выходе дешифратора 11 появляется логический ноль, что вызовет появление логической единицы на первом выходе элемента ИЛИ 14, RS-триггер 17 переходит в нулевое состояние и переключает счетчик 22 в режим вычитания, Количество импульсов, подсчитанных счетчиков 22 до момента переключения его в режим вычитания, пропорционально интервалу времени до момента появления кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, от момента появления кодового слова, меньшего на несколько единиц упомянутого выше кодового слова.

Дальнейшее увеличение входно -о сигнала вызывает появление на выходе блока 4 кодового слова, отстоящего на такое же количество единиц, что и в первом случае, от кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона. Это проявляется в появлении на выходе дешифратора

12 логического нуля, что приводит к появлению логической единицы на первом выходе элемента ИЛИ 15, установке триг -ера 16 в единичное состояние, закрытии элемента ИЛИ 20. остановке счетчика 22, установке

RS-триггера 18 в нулевое состояние, переводу счетчика 23 в счетный режим, а также к открытию элемента

ИЛИ 21 и началу подсчета импульсов счетчиком 23.

Остановка счетчика 22 фиксируст окончание измерения интервала времени от момента появления кодового слова, соответствующего весу корректиру.— емого эталона, до появления кодовогo слова, большего на такое же число единиц, что и в предыдущем интсрвале.

Число, зафиксированное в счетчике 22, соответствует разности измеряемых интеовалов. так как в течение второго интсрвала счетчик работал в режиме вычитания.

В результате начала работы счетчика 23 на первом его выходе появляется логическая единица, в счетчик 24 переписывается число, зафиксированное в счетчике 22. Это число преобразуется в анологовую форму посредством цифроаналогового преобразователя 25.

При появлении логической единицы на втором выходе счетчика 23 счетчик 22 обнуляется.

Появление единицы на третьем выходе счетчика 23 вызывает установку единицы в RS-триггере 17 перевод счетчика 22 в счетный режим,установку единицы в RS-триггере 18 и обнуление счетчика 23. На этом цикл корректировки эталона заканчивав ся.

Если в результате изменения температуры или в результате действия других дестабилизирующих факторов эталон изменит свое значение, это приведет к тому, что интервалы времени от момента появления кодового слова. соответствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовых слоев соответственно меньше и больше указанного кодов го слова на одинаковое число единиц,не будут рав.;bl,.ðåçóëüT÷ò суммирования импульса и последующего вычитания в счетчике 22 10 будет отличаться от нуля, этот результат перепишется в счетчик 2, декодируется цифроаналоговым преобразователем 25 и аналоговый сигнал с его выхода поступит в качестве си †на 15 ошибки для корректировки эталона.

Выше было описано устройство и его работа для случая, когда требуется подстройка одного эталона. Бсли требуется дальнейшее увеличение точности д и возникает необходимость подстройки нескольких эталонов, в устройстве должно содержаться такое же количество цепей регулировки, сколько эталонов должно подстраиваться. zs

Очередность процессов регулировки в цепях должна быть организована таким образом, чтобы регулировка начиналась с более младшего эталона кончалась самым старшим эталоном.

Таким образом, благодаря процессу

<орректировки эталонов, можно значиельно повыси ь очность аналого. ::Фрового преобразования.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового вЂ,.-,еобразования, основанный на срав

låíèë аналогового сигнала с набором эталонов, его уравновешивании кодировании, о т л и ч а ю щ л йс я тем, что, с целью повышения

-очности преобразования, аналоговый сигнал дифференцируют одновременно с преобразованием в код, определяют знак и уровень его производной. измеряют интервалы времени от момента появления кодового слова, соогветствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовых слов соответственно меньшего и большего указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяют раз. вЂ;ость измеренных интервалов времеи преобразуют ее в аналоговый си . -. ал, по которому корректируют соответствующий эталон.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения, второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены дифференцирующий блок, два пороговых устройства, компаратор знака, три дешифратора, шесть элементов ИЛИ, три

RS-триггера, генератор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединен с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, входы дешифраторов соединены с кодовыми выходами блока управления, а выходы — с первыми входами второго, третьего и четвертого элемента ИЛИ, вторые входы которых соединень с выходом первого элемента ИЛИ, выходы второго и .-ретьего элементов ИЛИ соединены с R-входами первого и второго RS-триггерон, первый выход четвертого элемента ИЛИ соедичен с S-входом первого Я5-триггера и с R-входом третьегn RS-триггера, выход генератора импульсов соединен с пеpBl=ми входами пятого и шестого элсментов ИЛИ вторые входь, которых соедичечы соответственно с выходом первого

ВБ-триггера и с вторым выходом четвертого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и второго счетчиков, выход второго КБ-триггера соединен с S -входом первого счетчик ка, выход третьего RS-триггера соединен с 5-входом второго счетчика., первый выход которого соединен с ,.-входом третьего счетчика., второй выход соединен с S,;-вхсдом перзого счетчика, а третий ьыход соединен с 5-входами второго и тре гьего RSтриггеров, выходы первого счетчика соединены с входами третьего счетчика, выходы которого через дополнительный цифроаналоговый преобразователь соединены с аналоговым

ВНИИПИ Заказ 2161/39 Тираж 954 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная >

9,91 входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов В. Б. и др. Полупроводниковые кодирующие и декодируюЩие

9077 1О преобразователи напряжения, Jl., нЭнергия, 1967, с. 134.

2. й. "; оч1e r shne 1 1е А/Dumse tzen, Elektronik,1975, с. 83-87 оис 1,6 (прототип).