Двухканальный аналого-цифровой преобразователь

Двухканальный аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два устройства сравнения, два делителя напряжения, в каждом разряде, кроме младшего, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два ключа, два триггера, нулевые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данного раз ряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триггера первого канала данного разряда, первые ВХОДЫ первого и второго устройств сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго . делителей напряжения, первые входы первого из которых соединены соответственно с выходами первых ключей каждого разряда, кроме младшего, а первые входы второго - с выходами BToptix ключей каждого разряда кроме младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединены с ВХОДНОЙ шиной, и триггер мпадшего разряда первого канала, отличающийся тем, что, с целью повьш1€жия быстродействия,В него введены двя дополнительных элемента совпадения и Р каждый разряд, кроме младшего, два дополнительных ключа. ВЫХОД первого пз которых соединен с соответствующим вторым входом первого делителя напряжения, а вход - с ВЫХОДОМ элемента ИЛИ данного разряда , первьй ВХОД которого соединен с ВХОДОМ первого ключа данного разряда и через второй дополнительный ключ .с соответствующим вторым входом второго делителя напряжения, а второй в.ход - с нулевым выходом триггера второго квнапа данного разряда, тактовый Е1ХОД которого объединен с тактовыми входами триггеров всех разрядов первого и второго каналов и ВЫХОДОМ первого дополнительного элемента совпадения, первый вход которого соединен с нулевым выходом (Л триггера младшего разряда первого канала, а второй вход - с шиной такс товых импульсов и первым входом второго дополнительного элемента совпадения , второй ВХОД Которого соединен с шиной Пуск, а выход - с единичными входами триггеров всех разрядов второго канала, единичным входом тригОд гера старшего разряда первого канала и нулевым ВХОДОМ триггера младшего разряда первого канала, при этом выход первого устройства сравнения соединен с вторыми входами первых элементов совпадения всех разрядов, третий ВХОД каждого из которых соединен с единичньм ВЫХОДОМ триггера второго канала, первыми входами второго и третьего элементов совпадения данного разряда, второй вход которого соединен с первым ВХОДОМ первого элемента совпадения и вторым входом второго элемента совпадения данного разряда , а ВЫХОД - с единичным входом триггера первого капала последующего

СОЮЗ 008ЕТСННХ

CNNV

РЕСПУБЛИК ое пи

3QB Н 03 К 13/125

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н NNlOPCNOMV CNONTNTCNTNV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTl (21) 3594057/! 8-21 (22) 23.05.83 (46) 30.07.84.Бюл. М- 28 (72) Б.В.Белоусов . (53) 684.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

8- 779900229900, кл. Н 03 К 13/17, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 517997, кл. Н 03 К 13/176, 1973 (прототип). (54) (57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два устройства сравнения, два целителя напряжения, в каждом разряде, кроме младшего, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два ключа, два триггера, нулевые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данного разряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триггера первого канала данного разряда, первые входы первого и второго устройств сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго делителей напряжения, первые входы первого иэ которых соединены соответственно с выходами первых ключей каждого разряда, кроме младшего, а первые входы второго — с выходами вторь х ключей каждого разряда, кроМе младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединены с входной шиной, и триггер младшего разряда первого канала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия,в него введены два дополнительных элемента совпадения и в каждый разряд, кроме младшего, два д.полвительных ключа, выход первого из которых соединен с соответствующим вторым входом первого делителя напряжения, а вход — с выходом элемента ИЛИ данного разряда, первый вход которого соединен с входом первого ключа данного разряда к через второй дополнительный ключ— .с соответствующим вторым входом второго делителя напряжения, а второй вход — с нулевым выходом триггера второго канала данного разряда, тактовый вход которого объединен с тактовыми входами триггеров всех разрядов первого и второго каналов и выходом первого дополнительного элемента совпадения, первый вход В которого соединен с нулевым выходом триггера младшего разряда первого канала, а второй вход — с шиной тактовых импульсов и первым входом второго дополнительного элемента совпаФФ дения, второй вход которого соединен с шиной "Пуск", а выход — с .единичными входами триггеров всех разрядов второго канала, единичным входом триггера старшего разряда первого канала и нулевым входом триггера младшего разряда первого канала, при этом выход первого устройства сравнения соединен с вторыми входами первых элемен. тов совпадения всех разрядов, третий вход каждого иэ которых соединен с единичным выходом триггера второго канала, первыми входами второго и третьего элементов совпадения данного разряда, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента совпадения и вторым входом второго элемента совпадения данного р;- зряда, а выход — с единичным входам триггера первого капала последующего ми входами вторых элементов совпадения всех разрядов.

1106010 разряда, причем выход второго устройства сравнения соединен с третьи1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться в цифровых измерительных устройствах.

Известен преобразователь напряжения в код последовательного приближения, содержащий два блока суммирова- ния, блоки коммутации, сравнения, управления, источник эталонньм напря. жений (токов), два регистра и связи между ними .13.

Недостатком данного преобразователя является низкое быстродействие устройства.

Наиболее близким к изобретению является двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦ ) содержащий два устройства сравнения, два делителя напряжения, в каждом разряде, кроме младшего, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два ключа, два триггера, нулевые входы которых . соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпа дения данного разряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триггера первого канала данного разряда, первые входы первого и второго устройства сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго делителей напряжения, первые входы первого из которых соединены соответственно с выходами первых ключей каждого раз. ряда, кроме младшего, а первые входы второго — с выходами вторых ключей каждого разряда, кроме младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединены с входной шиной и триггер младшего разряда первого канала i23.

Недостатком известного устройства также является низкое быстродействие, Цель изобретения — повышение быстродействия.

11оставленная цель достигается тем, что в двухканальный аналого-цифровой преобразоввте;и, содержащий два устройства сравнения, два делителя напря жения, в каждом разряде, кроме младшего, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два ключа, два триггера, нулевые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данного разряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триг. гера первого канала данного разряда, первые входы первого и второго устройств сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго делителей напряжения, первые входы первого из которых соединены соответственно с выходами первых ключей каждого разряда, кроме младшего, а первые входы второго — с выходами вторых ключей каждого разряда, кроме младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединены с входной шиной, и триггер младшего разряда первого канала, введены два дополнительных элемента совпадения и в каждый разряд, кроме младшего, два дополнительных ключа, выходы первого из которых соединены с соответствующим вторым входом первого делителя напряжения, а вход — с выходом элемента ИЛИ данного разряда, первый вход которого соединен с входом перво го ключа данного разряда и через.

1 второй дополнительный ключ - с соответствующим вторым входом второго делителя напряжения, а второй вход— с нулевым выходом триггера второго канала данного разряда, тактовый вход которого объединен с тактовыми входами триггеров всех разрядов первого и второго каналов и выходом первого дополнительного элемента совпадения, первый вход которого соединен с нулевым выходом триггера младшего разряда первого канала, а второй вход — с шиной тактовых импульсов и первым входом второго дополнительного элемента совпадения, второй вход которого соединен с шиной "Пуск", а вы1106010 ход — с единичными входами триггеров всех разрядов второго канала, единичным входом триггера старшего разряда первого канала и нулевым входом триггера младшего разряда первого 5 канала, при этом выход первого устройства сравнения соединен с вторыми входами первых элементов совпадения всех разрядов, третий вход каждого из которых соединен с единичным выходом триггера второго канала, первыми входами второго и третьего элементов совпадения данного разряда, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента совпадения и вторым входом второго элемента совпадения данного разряда, а выход — с единичным входом триггера первого канала последующего разряда, причем выход второго устройства сравнения соединен с третьими входами вторых элементов совпадения всех разрядов.

На фиг.1 представлена функциональ- 25 ная схема предлагаемого АЦП; на фиг.2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Двухканальный АЦП содержит устройства 1=1 и 1=2 сравнения, делители 30

2 1 и 2=2 напряжения, и -разрядов, каждый разряд из которых, кроме младшего, содержит ключи 3=1, 3=2, 3=3 и 3 4, триггеры 4 1 и 4 2, элементы 5-2 совпаДения, элемент ИЛИ 8, а младший разряд — триггер 4=1, шину 9 "Пуск", шину тактовых импульсов 10, входную шину 11, элементы 12 и 13 совпадения.

В первом и втором канале первые 4р входы устройства 1=1 и 1=2 сравнения соединены соответственно с выходами делителями 2=1 и 2=2 напряжения, входы которых соединены в каждом разряде, кроме младшего, с выходами 45 ключей 3 1, 3=2, 3=3 и 3=4, нулевые входы триггеров 4=1 и 4=2 соединены соответственно с выходами элементов

5 и 6 совпадения данного разряда, первые и вторые входы которых соединены с первыми и вторыми входами элемента 7 совпадения, прямой выход триггера 4-1 каждого разряда соединен с входом элемента ИЛИ 8. Шина 9

"Пуск", шина 10 тактовых импульсов, входная шина 11 соединены соответственно с входами элемента совпадения 12, 1=1 и 1=2 сравнения элемента 13 совпадения.

Двухканальный АЦП работает следующим образом, На тактовую шину 10 подаются непрерывно тактовые сигналы. Началом одного цикла преобразования напряжения в код является подача сигнала на шину 9 "Пуск". Тактовые сигналы и сигнал пуска поступают на входы элемента 13, который формирует сигнал установки триггеров 4 1 и 4=2 в исходное состояние. В исходном состоянии все триггеры 4=2 второго канала и триггера 4=1 старшего разряда первого канала устанавливаются в единичное состояние, остальные триггеры

4=1 первого канала — в нулевое состояние. При установке триггера самого младшего разряда 4=1 первого канала в нулевое состояние единичный потенциал на нулевом выходе разрешает прохождение тактовых сигналов, поступающих от шины 10 через элемент 12, на тактовые входы всех триггеров

4=1 и 4=2.

При исходном состоянии триггеров 4=1 и 4=2 компенсационное напряжение, формируемое на выходе делителя 2=1 первого канала и подаваемое на первый вход устройства 1=1 первого канала, равно 2/3 шкалы формируемых напряжений, а компенсационное напряжение, формируемое на выходе дели- . теля 2=2 второго канала и подаваемое на первый вход устройства 1=2 второго канала, равное 1/3 шкалы формируемых делителем напряжений. Преобразуемое напряжение поступает с входной шины 11 на вторые входы устройств

1=1 и 1=2 первого и второго каналов. Устройство 1=1 формирует на своем выходе разрешающие (единичные) сигналы, при условии, если компенсирую. щее напряжение от делителя 2= 1 больше преобразуемого напряжения, а устройство 1=2 — при условии, если преобразуемое напряжение больше компенсирую. щего напряжения от делителя 2=2. В зависимости от соотношений преобразуемого и двух компенсационных напряжений на входах в. устройство 1=1 и 1=2 появляются разрешающие сигналы на выходе одного или другого или на обоих выходах одновременно, которые поступают на третьи входы элементов

5 и 6. Единичные сигналы от единичных выходов и триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда первого и второго каналов поступают на первые и вторые

1106010 в ходы элементов 5-7 первого разряда.

На выходе элемента 7 формируется единичный сигнал. На выходах элемента 5 единичные сигналы формируются при условии наличия единичного сиг- 5 нала на третьем его входе от устройства 1=1, на выходе элемента 6 — при условии наличия единично;о сигнала, поступающего от выхода устройства

1=2. Сигналы, поступающие от элементов 5 и 6 первого разряда изменяют состояние триггеров 42 первого разряда при наличии тактового сигнала, а сигнал от элемента 7 первого раз, ряда изменяет состояние (при наличии !5 тактового сигнала) из нулевого в еди. ничное триггера 4=1 второго разряда первого канала.

Так как пара триггеров первого разряда находится в состоянии "1 1" и 20 разрешающие сигналы от выходов элементов 5 и 6 подаются на нулевые входы триггеров 4 1 и 4=2 этого разряда, то по фронту тактового сигнала один из триггеров или оба переклю- 25 чаются в нулевое состояние. Пара триггеров второго разряда находится в состоянии: триггер 4=1 первого канала в нулевом (О); триггер 4=2 второго канала в единичном (1), т.е. пара зо в состоянии "01", при этом и все более младшие разряды то же в этом состоянии "01". Сформированный на выходе элемента 7 первого разряда единичный сигнал подается на единич- З ный вход триггера 4=1 второго разряда первого канала. По фронту такто" вого сигнала одновременно с переключением пары триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда переключается также триг4п гер 4=1 второго разряда первого канала, и таким образом пара триггеров второго разряда переключена из состоя.ния "01" в состояние "11". Так как пара триггеров 4=1 и 4=2 второго

45 азряда и пары триггеров 4=1 и 4=2 ос. тальных младших разрядов были до ! ,фронта тактового сигнала в состоянии "01", то ни один элемент 7 остальных разрядов не формирует разрешающих сигналов на переключение последующих разрядных триггеров 4=1 первого канала в единичное состояние.

Таким образом происходит за один такт работы анализ троичного состояния первого разряда, запись этого

55 троичного состояния в пару триггеров

4=1 и 4=2 первого разряда и.установка пары трнгг«ров 4=! и 4=2 разряда в состояние "11", при этом состояние

"11" является измерительным, состояния пар триггеров "01", "00" и "10" индицируют одно из трех чисел троичного разряда: "0", "1" или "2".

Работа преобразователя при выявлении состояния каждого последующего троичного разряда аналогична,с единственным отличием . пары триггеров старших разрядов, в которых уже записаны троичные состояния "01", "00" или "10", блокируют формирование разрешающих сигналов на выходах элементов 5-7 этих старших разрядов и, следовательно, исключают возможность повторной сбойной работы этих разрядов.

Состояния пары триггеров одного разряда формируют уровни напряжений (токов) на входах разрядов делителей 2=1 и 2=2. При подаче нулевого сигнала на вход ключей 3=1, 3=2, =3 и 3=4 на их выходах имеется низкий потенциал (или нулевой ток), а при подаче единичного сигнала — высокий потенциал (наличие фиксированного тока). При состоянии пары триггеров

"01" на единичном выходе триггера

4=1 первого канала имеется нулевой сигнал, на нулевом выходе триггера 4-2 второго канала — также нулевой сигнал, эти нулевые сигналы подаются на входы ключей 3=1, 3=2 и 3=4 непосредственно и на вход ключа 3=3 через элемент 8. Так как при подаче нулевых сигналов на входы ключей 3=1, 3 2,3=3 и 3=4 на их выходах присутствуют низкие потенциалы (отсутствие тока), то на вход данного разряда делителя 2=1 и 2=2 подается низкий потенциал. При состоянии пары триггеров "10" на единичном выходе триггера 4=1 первого канала и на нулевом выходе триггера 4 2 второго канала имеются единичные сигналы, эти "единичные" сигналы также подаются на входы ключей 3-1, 3-2 и 3-4 непосред;ственно и на вход ключа 3-3 через элемент .8. Так как при подаче единичных сигналов на входы ключей разряда на их выходах присутствуют высокие потенциалы (наличие токов от всех ключей), то на вход данного разряда делителя 2=2 и 2=2 подается 1.ысокий потенциал. При состоянии пары триггеров "00" на единич ном выходе триггера 4=1 первого канала имеется нулевой сигнал, на нулевом

1106010 выходе триггера 4=2 второго канала имеется единичный сигнал. В соответствии с этим на входы ключей

3=1 и 3=2 подаются нулевые сигналы, а на их выходах присутствуют низкие потенциалы. На вход ключа 3=4 непосредственно и ключа 3-3 через элемент 8 подаются единичные сигналы, в соответствии с чем на их выходах имеются высокие потенциалы, Так как выходы ключей 3=1 и 3=3 подсоединены к входу данного разряда делителя 2=1, то в узле делителя формируется средний потенциал. Аналогично от выходов ключей 3-2 и 3-4, подсоеди. ненных к. входу разряда делителя 2 2, также в узле делителя формируется средний потенциал (средний ток).

При измерительном состоянии пары триггеров "11" на единичном выходе триггера 4=1 первого канала имеется единичный сигнал, который поступает на входы ключей 3-1 и 3-2 непосредственно и на вход ключа 3=3 через элемент 8. Эти ключи формируют на своих выходах высокие потенциалы.

На нулевом выходе триггера 4=2 регист ра второго канала имеется нулевой сигнал, который подается на вход ключа 3-4, и на выходе которого формиру- ЗО ется низкий потенциал. Так как ключи

3=4 подсоединены к разрядным входам делителей 2=1 и 2=2 определенным образом, то в измерительном состоянии на разрядный узел делителя 2=1 пода- З5 ется высокий потенциал, à íà разрядный узел делителя 2=2 — средний потенциал.

Исходное состояние пар триггеров: 4р для первого разряда "11", т.е. измерительное, для остальных разрядов "01" (троичный "0"). В соответст- . вии с этим на входы ключей 3=1 и

3=3 с подсоединенных к разрядам дели 45 теля 2=1 подаются сигналы, которые представляются троичным кодом

"200. .О", и на выходе делителя формируется напряжение, равное по амплитуде 2/3 от максимального возможного формируемого напряжения. На входы ключей 3=2 и 3=4, соединенных с разрядами делителя 2=2, подаются сигналы, которые представляются троичным кодом "100..0" (где "1" и "2" эквиваленты числу ключей "3", на выходах которых имеется высокий потенциал), и на выходе делителя 2=2 формируется напряжение, равное по амплитуде 1/3 от максимально возможного формируемого напряжения.

Преобразуемое напряжение, поступающее с входа 11 на вторые входы устройства 1=1 и 1=2 сравнивается с компенсирующими напряжениями от делителей 2 1 и 2=2. Если преобразуемое напряжение ниже 1/3 шкалы напряжений, то единичный сигнал формируется на выходе устройства 1 1, и через элемент 5 по фронту такта триггер 4=1 первого канала устанавливается в нулевое состояние, т.е. пара триггеров. становится в состояние "01" (троичный "0"). Если преобразуемое напряжение находится в пределах от 1/3 до 2/3 шкалы напряжений, то единичные сигналы формируются на выходах устройств 1=1 и 1--"2 и через элементы 5 и 6 по фронту такта пара триггеров первого разряда устанавливается в состояние "00" (троичная "1"). Если преобразуемое напряжение превышает 2/3 шкалы напряжений, то единичный сигнал формируется только на выходе устройства 1 1, и через элемент б по фронту такта пара триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда устанавливается в состояние "10" (троичная "2"). .В какое бы состояние не была установлена пара триггеров первого разряда, триггеры ,пары второго разряда первым тактом устанавливаются в измерительное состояние.

На втором такте преобразования на входы ключей 3=2 и 3=4, подсоединенных к разрядам делителя 2=2, подаются сигналы, которые можно представить троичным кодом "Х20..0", а к разрядам делителя 2=2 кодом

"Ki0..0". Таким образом, на втором такте треть шкалы напряжения, выбранная на первом такте, и определенная как "Х", снова поделена формируемыми компенсирующими напряжениями на три доли, каждая но 1/9 от шкалы напряжения, устройства 1=1 и 1=2 формируют соответствующие единичные сигналы по аналогии работы в первом такте— и по фронту второго тактового сигнала пара триггеров второго разряда устанавливается в необходимое состояние, а пара триггеров третьего разряда устанавливается в измерительное состояние. Работа на последующих тактах по-тактово аналогична рассмотренной.

1106010

При определении состояния предпоследнего разряда подготавливается переключение по единичному входу триг. гера 4 1 последнего разряда первого канала, и по фронту тактового сиг- 5 нала происходит соответствующее переключение. Триггер 4=1 последнего разряда первого канала переключается в состояние "1", на его нулевом выходе появляется нулевой сигнал, которьй блокирует прохождение тактовых сигналов от шины 10 через элемент 12 на тактовые входы триггеров 4=1 и

4 2, и преобразование прекращается.

Состояние последнего троичного разряда индицируется на выходах уст" ройств 1 1 и 1=2 или на выходах элементов 5 и 6 последнего разряда.

Суммарное количество тактов (пуск+ такты работы) равно числу тооичных разрядов преобразователя.

Таким образом, предлагаемый преобразователь уменьшает в 1,5 раза число тактов на преобразование, не вводя в схему более быстродействующих элементов, так как для одиннадцати разрядов преобразователя (при 2

2048 градациях кодирования) в известных решениях требуется 11+1=!2 .тактов:. преобразования, а в предлагаемом решении (прн 3 = 2187 градациях кодирования) при троичных разрядах преобразователя требуется всего

7+ 1=8 тактов преобразования. При этом в известйом решении для построения преобразователя требуется 11х333 триггера, в предлагаемом решении7х2=14+1=15 триггеров..1106010

ПШ

HgAO

ПШ

ПШ

АЛЬ

Фиг.2

Редактор А.Гулько

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5613/44

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 à

>dr

Составитель А.Кузнецов

Техред A. Ач Корректо.. В.Синицкая