Многоканальный аналого-цифровой преобразователь

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОФСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cores.. Советсюе

Социалистических республик

pir993468! (6I) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено ОВ.О5.80 (21)2948285д8-И ю с присоединением заявки М—

РЦМ IOI з

Н 03 К 13/1 7

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

153 } УДК -681 . 325 (088.8 ) Опубликовано 3001.83. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 3 ЮО 183 (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для построения многоканальных систем сбора измерительной информации с пространственным разделением каналов.

Известен многоканальный АЦП, содержащий кодирующий блок и входной коммутатор аналоговых сигналов 1 .

Недостатком данного устройства является низкое быстродейсгвие, обусловленное раздельным во времени кодированием,информации отдельных каналов.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым вхоЯом компаратора соответствующего «акала, второй вход которого подключен к .измерительной шине канала, а выход кЬмпаратора соединен с управлякицим входом элемента И соответствующего каь нала, выход которого подключен к входу счетчика канала, а управляющий вход ключа соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второйс шиной сигнала считывания(2 .

Пониженное быстродействие известного устройства обусловлено тем, что развертка общей меры в каналах выполняется последовательно квант за квантом. Поэтому число тактов для уравновешивания оказывается равным числу уровней квантования.

Цель изобретения — повышение быстродействия многоканального АЦП. укаэанная цель достигается тем, что в.многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управЗ0,ляющим входом элемента И соответствую993468 щего канала, ныход которого подключен к входу счетчика .канала, а управляю-. щий вход ключа соединен с выходом . триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второй вход — с шиной сигнала считывания5 введены многоразрядный резистивный делитель, аналоговые ключи, распре- делитель, многонходовый элемент ИЛИ, элемент ЙЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов„ а в каждый 10 канал - элемент ИЛИ, триггеры памяти и дополнительные компараторы, первые входы которых соединены с выходами ступеней младшего разряда много- разрядного резистивного делителя, включенного между выходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной, вторые входы — с измерительной шиной соответствующего канала, а выходы подключены к первым входам триггеров памяти, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ канала, первый вход каждого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика, канала, второй вход— к управляющему входу элемента И, вход которого соединен с управляющими входами дополнительных компараторов и через формирователь стробимпульса подключен к входу запуска генератора ступенчатого напряжения и распределителя, выходы которого соединены с входами управления аналоговых ключей, каждый из которых включен между ступенью соотнетстнующего старшего разряда многоразрядного резистивного делителя и общей шиной, вход сброса распределителя соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса регистра адресов, информационные входы которого соеди-: 4О нены со вторыми входами соответствую щих элементов ИЛИ каналов и входами многовходового элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу ключа и через элемент НЕ соедй-. 45 нен с шиной сигнала. считывания.

На чертеже изображена функциональная схема многоканального AIQI.

Схема содержит измерительные шины 1 каналов, каналы 2 с компаратором 3, группами дополнительных ком параторов 4, триггерами 5 памяти, элементом ИЛИ 6,счетчиком 7 и элементом И 8, распределитель 9, аналоговые ключи 10, декады ступенеК мно-55 горазрядного резистивного делителя .от первого старшего разряда 11 (R) до предпоследнего 12 (R 1 0" ) и последнего 13 (R - 1 W) младшего разряда, генератор 14 ступенчатого напряжения,,ключ 15, многовходовый элемент ИЛИ 16, тактоный генератор 17, формирователь 18 строб-импульса, элемент HE 19, триггер 20, шину 21 сигнала считывания, шину 22 сйгнала запуска и регистр 23 адресов (каналов) .

Устройство работает следующим образом.

По внешнему сигналу запуска в шине 22 АЦП переключается в исходное состояние,- при котором все àналогоные ключи 10 по соответствующим сиг налам распределителя 9 шунтируют декады ступеней 11-13 делителя на общую шину, на-выходе генератора 14 ступенчатого напряжения (ГСН) устанавливается нулевое напряжение, триггер 20 переключается, а ключ 15 деблокируется и, кроме того, триггеры 5 памяти, советчики 7 и регистр 231. сбрасываюэся в нулевое положение.

Наличие нулевого сигнала в ши не 21 при нулевом напряжении на нйходе ГСН является признаком того, что во всех измерительных каналах 2 измеряемые величины равны нулю.

Если хотя бы в одном из каналов измеряемая величина превысит нулевое значение, то изменившимся на единичное значение сигналом компаратора 8 соответствующего канала, переданным через элемент ИЛИ 16, откроется предварительно деблокированный ключ 15 и первым появившимся тактовым импульсЬм генератора 17 пере. ключается ГСН 14. При этом на выходе ГСН появляется цервая ступень напряжения.

Ступени 13 делителя. равные

И-1

gI0 (re, È- число десятичных разрядов выходного кода), совместно с компараторами 4 образуют M@I считывания, которые в зависимости рт числа декад ступеней 13 смогут работать в соответствующих пределах. Требуемый шаг квантования по уровню, величина которого равна единице младшего разряда кода, задают выбором соответствующего соотношения между единичнбй ступенью выходного напряжения ГСН, пропорциональной единице предпоследнего младшего разряда кода, и величиной ступени 13 делителя.

Выходное напряжение ГСН распределяется по ступеням 13 всегда с. равным и постоянным приращением, образуя равномерную шкалу квантования.

Если измеряемая величина н канале не превышает уровня установленной ступени ГСН, то часть компараторов 4 соответствующего канала по импульсу стробирования формирует единичные сигналы, которые переключают связанные с ними триггеры 5 памяти, а компаратор 3 данного канала изменяют на своем выходе ранее установленный единичный сигнал на нулевой.

Формирование строб-импульса в элементе 18 происходит с задержкой но времени, превышающей задержку установления ступени ГСН и задержку ком9934б8

Формула изобретения

Многоканальный аналого-цифровой

45 преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчи50 ков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управ-, ляющим входом элемента И соответствующего канала, выход которого подключен к входу счетчика канала, а управляющий вход ключа соединен с бо выходом триггера, первый вход которго соединен с шиной сигнала запуска, а второй вход — с шиной сигнала считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро65 действия, в него введены многоразрядпаратора 3 грубого сравнения, что обеспечивает правильную работу компараторов 4 точного сравнения и блокирование появившимся нулевым сигналом компаратора 3 передачи через элемент И строб-имйульса в счетчик 7 в соответствующем канале.

Если после установления первой ступени ГСН окажется, что ни в одном из каналов измеряемая. величина не превышает этот уровень, то нулевым сигналом элемента ИЛИ 16 блокируется дальнейшая передача тактовых сигналов через ключ 15. Одновременно -единичным сигналом элемента НЕ 19 пе-. реключается триггер 20, который-блоки рует ключ 15 на время считывания кода из триггеров памяти в процессор (или регистратор) до появления очередного внешнего сигнала запуска АЦП.

Код считывается при изменении сигнала в шине 21 с нулевого. значения на единичное (цепи считывания на,чертеже не изображены).

Направленное обращение к каналам для считывания кода производится в соответствии с содержимым регистра 23,адресов каналов, указывающим в каких каналах появились единичные сигналы компараторов грубого сравнения в данном цикле преобразования.

Если после установления первой ступени ГСН окажется. что хотя бы в одном из каналов измеряемая величина превышает установленный уровень напряжения ГСН, то единичный сигнал компаратора 3 соответствующего кана-. ла, переданный через элемент ИЛИ 1б, разрешит в последующем переключение

ГСН очередным тактовым. сигналом на уровень второй ступени, а в данном такте разрешит передачу задержанного строб-импульса через элемент И 3 в счетчик 7 данного канала. Внутри канала. единичный сигнал компаратора

3 фиксирует нулевое положение триггеров 5 памяти.

Одновременно с переключением ГСН на вторую ступень этим же тактовым сигналом переключается также распределитель 9; На его первом выходе появляется сигнал, по которому соответствующий аналоговый ключ размыкается и .тем самым включает последовательно со ступенями 13 делителя одну ступень 12, равную сумме ступеней 13, т.е. R-.10" . Так как одновременно с увеличением напряжения

ГСН.на одну ступень пропорционально возросло и сопротивление делителя, то приращение напряжения на, каждой ступени 13 относительно соседней сохраняется прежним, но само напряжение на каждой ступени 13 возрастает при этом на величину ступени ГСН.

Описанный процесс изменения выходного напряжения ГСН и последовательного включения в делитель соответствующих ступеней различных разрядов при сохранении отношения напряжения ГСН к величине сопротивления делителя продолжается до тех пор. пока очередной уровень ГСН не превы-. сит наибольшего из значений измеряемых величин в каналах. При этом компараторы грубого сравнения всех каналов сформируют нулевые сигналы и на шине 21 появится единичный сигнал !

О на считывание кодов в процессор.

Число, записанное.в счетчике 7 канала, представляет код и-1 старших разрядов измеренной величины в данном канале, а в триггерах памяти это15 го канала фиксируется код младшего разряда.

После считывания кодов процесс преобразования повторяется аналогично описанному выше.

20 При использовании N декад компараторов 4 в каждом канале число так". тов преобразования не превышает

10 0что в 10tnpaa больше скорости

«Й преобразования известного устройства.

25 Скорость преобразования данного мно-. гоканального АЦП дополнительно воз растает также благодаря ациклическому режиму уравновешивания в каналах.

При необходимости считывание кодов

30 можно организовать по мере готовности каждого из каналов кодирования, признаком чего является изменение сигнала компаратора 3 грубого сравнения с единичного на нулевой. Ацикли35 ческое считывание кодов отдельных каналов до завершения йреобразования во всех каналах позволяет допоЛнитель. но повысить быстродействие АЦП в системе.

993468 ный. резистивный делитель, аналоговые ключи, распределитель, многовходовый элемент ИЛИ, элемент ЙЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов, а в каждый канал — элемент ИЛИ, триггеры памяти и дополнительные компараторы, первые входы которых соединены с выходами ступеней младшего разряда многоразрядного резистивного делителя, включенного между выходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной,, вторые входы — с измерительной шиной соответствующего канала, а выходы подключены к первым входам триггеров памяти, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ канала, первый вход каждого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика канала, второй вход — к управляющему входу элемента И, вход которого соединен с --управляющими входами дополнительных компараторов и через формирователь строб-импульса подключен к вхо ду запуска генератора ступенчатого напряжения;и распределителя, выходы которого соединены с входами управ ления аналоговых ключей, каждый из которых включен между ступенью соответствующего старшего разряда многоразрядного резистивного делителя и общей шиной, вход сброса распределител соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса регистра адресов, информационные входы ко" торого соединены со вторыми входами

10 соответствующих элементов ИЛИ Каналов и входами многовходового элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу ключа и через элемент НЕ соединен с шиной сигнала

15 считывания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цапенко М.П. Измерительные

2р информационные системы. М., "Энергия", 1974.

2. Универсальные электронные пре.образователи информации. Под ред.

В.В.Смолова. Л., "Машиностроение", 1971, с. 52-53, рис. 1.20 (прототип) .