Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Устройство относится к автоматике и может быть использовано для аналого-цифрового преобразования по алгоритму поразрядного уравновешивания с повышенным быстродействием. Повышение быстродействия достигается за счет коррекции динамических погрешностей ЦАП непосредственно в процессе уравновешивания. Это позволяет уравновешивать старшие разряды более грубо и поднять тактовую частоту в начальных тактах преобразования без увеличения погрешности всего устройства. АЦП содержит первый ЦАП 1, резистор 2, блок сравнения 3, тактовый генератор 4, выполненный на мультивибраторе 5, управляемом конденсаторе 6, регистр последовательных приближений 7, цифровой сумматор 8, второй ЦАП 9, шунтирующий элемент 10 на управляемом резисторе 11, управляемый источник тока смещения 12, блок управления 13, выполненный на триггерах 14, элементе ИЛИ 15, счетчике 16. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (!9) (!!) (5 1 ) 4 Н 0 3 И 1 /46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPb!THAM

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4298714/24-24

22) 27,08.87

46) 23,05,89, Бюл, N 19 (71) Институт проблем управления автоматики и телемеханики) (72) А.!0,Погосов (53) 681,325(088,8) (56) Иванов А.И., Печенкин А.Н,, Яковлев С.И, Многоканальный аналогоцифровой преобразователь, - Приборы и техника эксперимента, 1986, )) 6, с. 90-93, Williams I. 3ui1d your- own А/D

converter for optimum performance.

EDN y 1986,;, 31 !(б, р. 191-198, (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ (5 7) Устройст во относится к автоматике и может быть исполвэовано для аналого-цифрового преобразования по ал- . горитму поразрядного уравновешивания с повышенным быстродействием. Повышение быстродействия достигается за счет коррекции динамических погрешностей ЦАП непосредственно в процессе уравновешивания, Это позволяет уравновешивать старшие разряды более грубо и поднять тактовую частоту в начальных тактах преобразования без увеличения погрешности всего устройства, АЦП содержит первый ЦАП 1, резистор 2, блок сравнения 3, тактовый генератор 4, выполненный на мультивибраторе 5 > управляемом кон( денсаторе б, регистр последовательных приближений 7, цифровой сумматор 8, второй ЦАП, шунтируннций элемент 10на управляемом резисторе 11, управляемый источник тока смещения 12, блок управления !3, выполненный на триггерах 14, элементе ИЛИ 15, счет-.. чике 16, 2 э, и, ф-лы, ил.

1481885

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для связи аналоговой и цифровой вычислительных машин, Цель изобретения повышение быстродействия sa счет коррекции динамической погрешности, На чертеже показана структурнофункциональная схема преобразователя, 10

Преобразователь содержит основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

1, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 2, блок Э сравнения (например, груботочный, как 15 в известном преобразователе), тактовый генератор 4, выполненный, например, на мультивибраторе 5 с частотозадающим управляемым конденсатором 6 (например, магазином конденсаторов, 20 варикапом)„ регистр 7 последовательных приближений (РПП), выходы которого (их число больше, чем число разрядов ЦАП 1 и hAIIII в целом) разбиты на две группы следующим образом, Первый выход РПП 7 (нумерация входов и выходов узлов и блоков преобразователя ведется, начиная со старшего разряда) относится к первой группе и подключен к первому из входов ЦАП 30

1 и первому из первых входов цифрового сумматора 8, Если 1-й выход РПП

7 является выходом первой группы и подключен соответственно к i-му входу ЦАП 1 (с весом соответствующего 35 разряда Q.,) и к i-му входу сумматора

8 (с тем же весом), à )+1-й выход

РПП 7 также является выходом первой группы, то последний подключен к +1-му входу DAII 1 и к i+1-му из пер- 40 вых входов сумматора, Если J-й выход

РПП 7 является выходом первой группы и подключен к i-му входу ЦАП 1, а +1-й — выходом второй группы, то последний подключен к соответствую- 45 щему входу второго (корректирующего)

ЦАП 9 с весом соответствующего разряда Ц,, Если j-й выход РПП 7 является выходом второй группы, то j-1-й выход РПП 7 является, естественно, выход РПП 7 является, естественно, выходом первой группы и подключен к i-му входу ЦАП 1 и к i-му из первых входов сумматора 8, à j+I-й выход PIIII 7 непременно является выходом первой группы и подключен к i+1-му входу ЦАП 1 и к i+1-му из первых входов сумматора 8, Пос-, ледним выходом РПП 7 является вход первой группы, Таким - образом, выходы второй группы РПП 7 как бы втиснуты по одному между некоторыми из выходов первой группы, Вторые входы сумматора 8, не соединенные с выходами второй группы

РПП .7, образуют вторую группу вторых входов сумматора 8 и соединены с шиной низкого логического уровня преобразователя (с шиной логического "0"), . Веса соседних разрядов ЦАП 9 относятся как целые степени двойки (в то время как для ЦАП 1 эти отношения строго равны двум), Преобразователь содержит также управляющий шунтирующий элемент 10, выполненный, например, на управляемом реэисторе I I(ïoëåâîì транзисторе, магазине резисторов, оптроне и т.д,), управляемый источник 12 тока (это тоже ЦАП, который включен в суммарную точку АЦП, причем источник 12 нужен для того чтобы имелась возможность с помощью ЦАП 9 компенсировать ошибки ЦАП 1 любого знака), блок 13 управления, который выполнен, например, на счетных триггерах (в частности, j:K-триггерах) 14, элементе ИЛИ

15 и счетчике 16, Преобразователь работает следующим образом, Запуск осуществляется подачей импульса на вход "Запуск" преобразова.теля, Прн этом РПП 7 переходит в ис- . ходное состояние и включается первый (старший) разряд ЦАП 1, Одновремен.но сбрасывается счетчик 16 в блоке, 13 управления и выходной (нулевой) код счетчика 16, во"первых, устанавливает минимальное значение емкости конденсатора 6, обеспечивая тем самым максимальную частоту тактового генератора 4, во-вторых, устанавливает минимальное сопротивление резистора !1 в управляемом шунтирующем элементе 10, в-третьих, устанавливает соответствующий ток источника 12. Вес этого тока равен пример но половине веса того разряда ЦАП 1, который будет корректироваться в первую очередь, т,е, половине веса старшего разряда ЦАП 9. Однако все разряды ЦАП 9 пока выключены, так как вторая. группа выходов РПП 7 имеет пока низкий логический уровень, Начинается обычный процесс поразрядного уравновешивания, в котором участвует РПП 7 (первая группа его

1, Аналого-цифровой преобраэова-с тель, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого через токоограничительный элемент соединен с входной шиной, а через шунтирующий элемент — с общей шиной и подключен к входу блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом регистра последовательных приближений, вход запуска которого подключен к шине запуска, а тактовый вход — к выходу тактового генератора,.отличающийся

148 1 8 выходов1, ЦАП 1, блок 3 сравнения, тактовый генератор 4, Погрешность поразрядного уравновешивания в это время составляет примерно + 1/2 веса старшего разряда ЦАП 9 (а не + 1/2

5 младшего разряда всего АЦП как в известном преобразователе), поэтому частота генератора 4 существенно выше, чем у известного преобразователя, !0

Процесс уравновешивания протекает традиционно, пока РПП 7 не "доберет11 ся до первого из своих выходов второй группы и не выставит на нем высокий логический уровень. По переднему фронту импульса на первом из выходов второй группы РПП 7 взводится (устанавливается в логическую

"1") один из триггеров 14 (первый из них), Его выходной импульс, поступая 20 через элемент 15 на вход счетчика

16, увеличивает его содержимое на единицу и одновременно сбрасывает триггер 14 по его входу сброса, Новый код на выходе блока 13 несколь- 25 ко снижает частоту генератора 4, увеличивает сопротивление шунтирующего элемента 10 и переключает источник

12 тока, устачавливая вес его тока равным половине веса второго разряда 30

ЦАП 9, Кроме того, высокий логический уровень на первом из выходов второй группы РПП 7 включает старший разряд

ЦАП 9, вес которого равен весу разряда ЦАП 1, уравновешенному непосред35 ственно перед этим.

Очередным импульсом генератора 4

РПП 7 уравновесит, но теперь уже через ЦАП 9, тот же разряд всего АЦП, но уже более точно, поскольку часто та генератора 4 понижена, а чувствительность входной цепи блока 3 сравнения повышена, Таким образом, этот разряд уравновешивается дважды, причем результаты

45 уравновешивания складываются (с одинаковыми, естественно, весами) в сумматоре 8.

Далее процесс поразрядного уравновешивания вновь продолжается с пониженной частотой и повышенной чувствительностью через первую группу выходов РПП 7 и через ЦАП 1, пока РПП

7 не "доберется" вновь до следующего (второго) из своих выходов второй группы и не уравновесит повторно соответствующий разряд, еще понизив через блок 13 управления тактовую частоту и повысив чувствительность блока 3 сравнения.

Так при работе. преобразователя процесс поразрядного уравновешивания через ЦАП 1 время от времени прерывается процессом коррекции через ЦАП 9, После коррекции последнего подлежащего коррекции разряда АЦП, вес которого равен весу младшего разряда

ЦАП 9, источник 12 тока отключается (отключенному состоянию источника

12 соответствует максимальный код счетчика 16), шунтирующий элемент 10 переходит в разомкнутое состояние, обеспечивая максимальную чувствительность блока 3 сравнения, а частота мультивибратора 5 устанавливается наименьшей, Процесс поразрядного уравновешивания завершается через

ЦАП 1, и на выходе сумматора 8 появляется несмещенный кодовый эквивалент входного аналогового сигнала, образованный, фактически, суммой двух кодов: кода на ЦАП 1 и кода коррекции на ЦАП 9 с учетом соответствующих весов разрядов ЦАП 9.

В предлагаемом преобразователе при числе разрядов N всего АЦП, равном

18, требуется всего п=2-3 разряда в

ЦАП 9. При этом РПП 7 должен иметь

Б+п=20-21 разряд, а сумматор 8 — не более N разрядов, причем N-и вторых входов (вторая группа) .соединены с логическим "0", Сумматор, таким образом, может быть относительно простым, При n=2-3 усложнение предлагаемого преобразователя по сравнению с известным невелико (около 257), а выигрыш по быстродействию составляет

2 — 5 раз в зависимости от качества блоков 1, 3, 7, 9и 10, Формул а изобретения

Составитель В,Махнатов

Техред Л. Олийнык Корректор И. Горная

Ретактор Н,Тупица

3 аказ 270 1./56 Тираж 885 Под пи с но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101

5 148 тем, что, с целью повышения быстродействия за счет осуществления коррекции динамической погрешности, введены блок управления, второй цифроаналоговый преобразователь, управляемый источник тока и цифровой сумматор, выходы которого являются выходной шиной, а первые входы объединены с соответствующими входами первого цифроаналогового преобразователя и подключены к соответствующим выхо дам первой группы выходов регистра последовательных приближений, выходы второй группы которого подключены к соответствукицим входам второ- го цифроаналогового преобразователя, к первой группе вторых входов цифрового сумматора и к информационным входам блока управления, вход сброса которого;соединен с шиной запуска, а выходы . - с управляющими входами, тактового генератора, управляемого

:источника тока и шунтирующего элемента, вторая группа вторых входов циф1885

6 рового сумматора подключена к общей шине.

2, Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на счетчике, элементе ИЛИ н триггерах, счетные входы которых являются информационными входами блока, а выходы подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса триггеров и со счетным входом счетчика, выходы которого являются выходами блока, а вход сброса счетчика является входом сброса блока., 3. Преобразователь по п. 1, о тличающийсятем,чтотактовый генератор выполнен на управляемом конденсаторе и мультивибраторе, выход которого является выходом блока, ак частотозадающим входам мультивибратора подключен управляемый конденсатор, управляющие входы которого являются управляющими входами, блока,