Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 81

ЗC31) H 03 К 13 20

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3367558/18-21 (22) 11. 12.81 (46) 15.06.84. Бюл. Н - 22 (72) Е.П. Угрюмов, А. X. Мурсаев и Ю.А. Добрынин (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 68 1.325 (088.8) (56) 1. Патент CIIIA М 3051939, кл. 340-347, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 567206, кл. И 03 К 13/20, 1977 (прототип). (54) (57) AHAJIOI O-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий первый преобразователь напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной, а выход — с первым выходом первого ключа и входом первого интегратора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа на— чальной установки, выход которого соединен с входом первого генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, вто1)ой вход которого соединен с общей шиной, а выход — с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с первым входом первого цифрового измерителя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и управляющими входами первого ключа начальной установки и первого ключа, информационный вход которого соединен с выходом первого источ ника образцового тока, а второй выход — с общей шиной, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью псвышения быстродействия, в него введены второй интегратор, второй и третий источники образцового тока второй и третий ключи, второй ключ начальной установки, второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор, второй и третий триггеры, второй цифровой измеритель временных интервалов, элемент И, ключ выборки, запоминающий конденсатор, второй преобразователь напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной, а выход — с первыми выходами второго и третьего ключей и входом второго интегратора, выход которого соединен с информационным входом второго ключа начальной установки, выход которого соединен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого через запоминающий конденсатор соединен с общей шиной и через ключ выборки с выходом первого интегратора соответственно, а выход — с первым вхо.дом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов и управляющим входом ключа выборки соответственно, а выход — с управляющими входами третьего ключа и второго ключа начальной установки и первым входом второго цифрового измерителя временных интервалов соответственно, второй вход которого соеди! 098 I 0 1

20!

40 нен с вторым выходом генератора тактовых импульсов и первым входом элемента И соответственно, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход — с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с первым вьгходом генератора тактовых импульсов, а

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при построении цифровых измерительных приборов и аналого-цифровых комплексов.

Известен интегрирующий аналогоцифровой преобразователь, содержащий двухвходной интегратор, один вход которого подключается к источнику преобразуемого напряжения, а второй через ключ — к источнику образцового напряжения. Выходы интегратора и генератора линейно изменяющегося напряжения через сумматор подключены к входу компаратора, выход которого соединен с входом триггера, управляющего работой ключа $ 1 1. !

Недостатком данного аналого-цифрового преобразователя является низкое быстродействие.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом цифрового измерителя временных интервалов, второй выход соединен с первым входом триГгера, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с вторым входом измерителя временных интервалов и управляющими входами двухпозиционного ключа и ключа,выход которого соединен с входом начальной установки генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), состоящего из конденсатора начальной установки и генератора тока, выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с входом компаратора, а информационный вход ключа соединен с выходом интегратора, который состоит из конденсатора и буферного каскада, выход — с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго источника образцового тока, а второй выход— с общей шиной, при этом информационный вход третьего ключа соединен с выходом третьего источника образцового тока,а второй вьгход — с общей шиной. при этом информационный вход двухпозиционного ключа соединен с выходом источника образцового тока, первый выход ключа соединен с общей шиной, а второй выход соединен с входом интегратора и выходом преобразователя напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной 2 1.

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый преобразователь напряжения в ток,вход которого соединен с входной шиной, а выход — с первым выходом первого ключа и входом первого интегратора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа начальной установки,, выход которого соединен с входом первого генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с первым входом первого цифрового измерителя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и управляющими входами первого ключа начальной установки и первого ключа, информационный вход которого соединен с выходом первого источника образцового тока, а второй выход — с общей шиной, введены второй интегратор, второй и третий источники об45

На фиг.1 представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя, на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Аналого-цифровой преобразователь содержит первый преобразователь 1 напряжения в ток, первый интегратор

2, первый ключ 3 начальной установз 10981 разцового тока, второй и третий ключи, второй ключ начальной установки,второй генератор линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор, второй цифровой измеритель временных ин5 тервалов, элемент И, ключ выборки, запоминающий конденсатор, второй преобразователь напряжения в ток, вход которого соединен с входной шиной, а выход — с первыми выходами 1О второго и третьего ключей и входом второго интегратора, выход которого соединен с информационным входом второго ключа начальной установки, выход которого соеДинен с входом второго генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого через запоминающий конденсатор соединен с общей шиной и через ключ выборки — с выходом первого интегратора соответственно, а выход — с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов и управляющим входом ключа выборки соответственно, = выход — с управляющими входами третьего ключа и второго ключа начальной установки и первым входом второго цифрового измерителя временных интервалов соответственно, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов и первым входом элемента И

35 соответственно, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход — с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с первым выходом гене- 40 ратора тактовых импульсов, а выход— с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго источника образцового тока, а второй информационный выход — с общей шиной, при этом информационный вход третьего ключа соединен с выходом третьего источника образцового тока, а второй выход- — с общей шиной.

01 4 ки, первый генератор 4 линейно изме. няющегося напряжения, первый компаратор 5, первый триггер 6, первый измеритель 7 временного интервала, источники 8,9 и 10 образцового тока, ключи 11, 12 и 13, ключ 14 выборки установки, генератор 15 тактовых импульсов, элемент И 16, второй триг гер 17, конденсатор 18, второй преобразователь 19 напряжения в ток, второй интегратор 20, второй ключ

2 1 начальной установки, второй генератор 22 линейно изменяющегося напряжения, второй компаратор 23 третий триггер 24, второй цифровой измеритель 25 временного интервала.

Вход преобразователя 1 напряжения в ток соединен с входной шиной и входом второго преобразователя 19 напряжения в ток, выход которого соединен с входом интегратора 20, выходом ключа 12 и выходом ключа

13. Информационный вход ключа 12 соединен с выходом источника 9 образцового тока, второй выход ключа

12 соединен с общей шиной и вторым выходом ключа 13. Информационный вход ключа 13 соединен с выходом источника 10 образцового тока, управляющий вход ключа 13 соединен с управляющим входом ключа 21, с выходом триггера 24, и выходом цифрового измерителя временного интервала 25, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 тактовых импульсов, первым входом элемента И 16 и вторым входом цифрового измерителя 7 временного интервала, первый вход которого соединен с выходом триггера 6, вторым входом элемента И 16, управляющим входом ключа 11 и управляющим входом ключа 3, информационный вход которого соединен с выходом интегратора 2 и входом ключа 14 выборки, выход которого соединен с конденсатором 18 и входом компаратора

23, выход которого соединен с входом триггера 24, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 15 тактовых импульсов и управляющим входом ключа 14.

Второй вход компаратора 23 соединен с выходом генератора 22 линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с выходом интегратора 20. Выход источника 8 обраэ1098101

IloDoI тока соединен с входом ключа !

1, первый выход которого соединен с общей шиной, а второй выход соединен с выходом преобразователя 1 напряжения в ток и входом интегратора 2. Выход ключа 3 соединен с входом генератора 4 линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входом компаратора 5, выход которого соединен с входом триггера 6, второй вход которого соединен с выходом генератора 15 тактовых импульсов и вторым входом триггера 17, первый вход которого соединен с выходом элемента И 16.

Управляющий вход ключа 12 сое— динен с выходом триггера 17.

Вторая обкладка конденсатора 18 и второй вход компаратора 5 соединены с общс и шиной устройства.

В момент времени, (фиг.2) ключи 3, 14, 21 замкнуты и конденса— тор 18 отслеживает напряжение на выходе интегратора 2. Напряжение на входе и выходе генератора 4 линейно изменяющегося напряжения соответствует напряжению на выходе интегратора 2. Напряжение на входе и выходе генератора 22 линейно изменяющегося напряжения равно напряжению на выходе интегратора 20.

Ключи 11, 12 и !3 находятся в положении, когда токи от источников

8, 9 и 10 образцового тока переключены на общую шину. Интеграторы 2 и 20 интегрируют входной сигнал .

В момент времени t, импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов переключает триггеры 6 и 17. Ключ 3 размыкается, ключ 11 переключает ток 31 на вход интегратора 2, ключ

12 переключает ток 3„ = j на вход интегратора 20.

Ключ 12 подключает ток от источ— ника 9 образцового тока к входу интегратора 20 на время з. 1сч- д ., где t ч — период счетных импульсов. йГ= à — Ей — 1 — время, соот— с

t сч сч ветствующее младшим разрядам цифрового эквивалента входного сигнала, eNt — целая часть числа.

Интеграторы 2 и 20 интегрируют сумму токов 38„ и 3„, Напряжение на выходе генератора 4 линейно изменяющегося напряжения изменяется от

u(t,) до О. В момент равенства 0 компаратор переключает триггер 6 и ключ 3 замыкается, ключ 11 переключает ток на общую шину, с приходом очередного счетного импульса на второй вход элемента И 16 переключается триггер 17 и ключ 12 переключают ток на общую шину.

В интервале времени от t до мо2 мента срабатывания компаратора 5 на вход цифрового измерителя временных интервалов 7 поступали счетные импуль< и с выхода генератора тактовых импульсов I 5 и формировался код старших разрядов преобразуемого входного напряжения. !

5 К моменту t, =t:, +Т/7 (где Т вЂ” период преобразования) напряжение на интеграторах 2 и 20 имеет вид:

С„ 2 "с

О„{С ) =U{E )+ — 3 (W) d<- — — 3,dt;

1 1

tn 12

С сч с

U2{<8)=u {< ) 7, {+)™+ 31 С 2 где 11 { )

"г8„— скорость разряда конденсатора генератора 8 линейно изменяюшегося напряжения. глин 8

5 =—

С глин 8

ЗО

При 5 =3 lrC

Ф., 0{1) 0Н) Э (ММ3 1 2 1

С ох {

50

СЧ

1 С

В момент времени t импульс генератора 15 тактовых импульсов раэом5S кнет ключ 14, переключит триггер 24 в состояние, когда на цифровой измеритель 25 временных интервалов

Т

u (t+I вк (+3 о и с ей1 — сц

Nc=- Г

СЧ с„ а т / - g o (2

7 1098101 поступают счетные импульсы, ключ 13 переключает 3 источника 10 образ2 цового тока с общей шины на вход интегратора 20, ключ 2 1 разомкнется, и начнется разряд генератора 22 линейно изменяющегося напряжения 22.

Так как п.-разрядный код цифрового эквивалента аналогового сигнала разбит íà n/2 старших и и/2 младших разрядов, то ток 3 источника образ- 10 цового тока 10 равен

3=-3 2

2 1

Разряд будет продолжаться время „(+,, )- u, (<, М- ™

2 где S — скорость разряда конденсатора генератора 22 линейно изменяющегося напряжения

2 / ь(При S = — =S /2,к моменту врег=с мени t + = t, + Т/2 напряжения

U„(t ) и U (й ) равны: 25 4 ;т

"1 (+4) - 44(+a l+C 3a (+Ж- С 3вÄ(t t

t

2 30

14

О (Ц=О (Е )+ — 3 (t)dk+3— г . аЗ С В 2CZ

В следующем такте процесс повторяется: и/2 N 2 и п 2

-в сч где e Nt — целая часть.

Таким образом, уже во втором такте после изменения входного сигнала аналого-цифровой преобразователь выдает старшие и младшие разряды цифрового эквивалента, причем старшие. разряды в прямом коде, а младшие разряды в дополнительном коде. Прототип дает решение тоже во втором такте, но при одинаковой частоте счетных импульсов и при одинаковом количестве разрядов цифрового эквивалента аналогового сигнала период преобразователя прототипа равен

Т„ = 2"+" t „ а у предлагаемого устройства Т = 2 "/ "

Таким образом, данный аналогоцифровой преобразователь имеет быстродействие в К pas большее, чем прототип, где

ТпЕ 2 Р

1098101

Й/2. f

/Н

Uf

ГЛИ/

gtz

ВИИИПИ Заказ 44Ц Т аж 862 Пс аиснее

Филиал ППП "Пвтемт, г.огороди ул.Проектим, 4