Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>75О722 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (2?) Заявлено 240478 (21} 2608555/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2307.80. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описания 250780 (51)м К 3

Н 03 К 13/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК S81.325 (088. 8) (72) Авторы . изобретения

F,. A. Ломтев, IO. В. Полубабкин, Ю. П. Прозоров и В. М. Пляндин (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Предлагаемый быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) может быть использован в электроизмерительной и вычислительной технике, а также в системах передачи информации для кодирования коротких импульсных и быстроизменяющихся сигналов.

Известны быстродействующие АЦП, построенные по способу считавания (АЦП параллелЬного типа), а также последовательно-параллельные АЦП f1) .

АЦП параллельного типа, обладая высоким быстродействием, в большинстве случаев не позволяет получить необходимую точность из-за резкого увеличения оборудования при числе двоичных разрядов, большем пяти-шести.

Последовательно-параллельные АЦП, обладая высокой точностью при относительно небольших аппаратурных затратах, имеют значительно меньшее быстродействие по сравнению с параллельными. 25

Иэ известных АЦП наиболее близким по технической сущности к изобрете нию является быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий две группы дифференциальных переключателей на транзисторах по и переключателей в каждой группе и

2п источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, .причем базы первых транзисторов каждого переключателя соединены со входной шиной и входом первого амплитудного анализатора, а базы вторых транзисторов — с источником опорных напряжений, змиттер1( транзисторов каждого переключателя подключены к соответствующим источникам опорного тока, первые выводы суммирующих резисторов соединены с шиной источника питания, а вторые выводы — с входами второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно f2) .

Такое построение АЦП во многих случаях не дает возможности получить необходимую точность. Это обусловлено тем, что рабочей зоной дифференциальных переключателей является участок переключения транзисторов, т. е. транзисторы работают в усилительном, активном режиме. При этом разброс характеристик транзисторов по напряжению база-змиттер в паре и от пары к паре, температурная

780722 нестабильвость этих характеристик, нестабильность опорных напряжений, разброс других характеристик транзисторов приводят к увеличению погрешности АЦП. Может изменяться и характер нелинейности рабочей характеристики. Кроме того, на точность преобразователя оказывает влияние и нелинейность "линейного" участка характеристики, Целью изобретения является повышение точности ALIII.

Это достигается тем, что в быстро цействующем аналого-цифровом преобразователе, содержащим две группы дифференциальных переключателей на транзисторах по и переключателей в 15 каждой группе и 2 и источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, базы первых транзисторов каждого переключателя соединены со входной ши- 2О ной и входом первого амплитудного анализатора, а базы вторых транзисторов — с источником опорных напряжений, эмиттеры транзисторов каждого переключателя подсоединены к 25 соответствующим источникам опорного тока, первые выводы суммирующих резисторов соединены с шиной источника питания, а вторые выводы — с входами второго и третьего амплитуд- ных анализаторов соответственно, коллекторы первый транзисторов дифференциальных переключателей соединены1 с шиной источника питания,а коллекторы вторых транзисторов дифференциальных переключателей каждой группы, подключены к одним входам второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно, другие входы которых соединены со входной шиной.

На фиг. 1 представлена схема пред- 4Р лагаемого преобразователя.

АЦП содержит амплитудные анализаторы 1, 2 и 3, две группы 4 и 8 дифференциальных переключателей на транзисторах 6-13 и источники опорного тока 1- — 17 по числу квантов грубого отсчета, условно принятого равным четырем, хотя это число может быть любым другим,.и суммирующие резисторы 18 и 19 на базы правых по схеме транзисторов поданы опорные напряжения U, 0 +д0, U>, Uz +д0. На базы левых по схеме транзисторов и первые входы: амплитудных анализаторов

1, 2 и 3 подан входной аналоговый сигнал, вторые входы амплитудных анализаторов 2 и 3 соединены с соответствующими суммирующими резисторами. Выходы амплитудных анализаторов образуют выход устройства.

Преобразователь работает следую- щ щим образом.

При U — О левые по схеме транх зисторы закрыты, а правые открыты и напряжения U è Uz минимальны. Пусть

U y линейно возрастает. Вначале начинает открываться транзистор 8, а транзистор 9 призакрывается. Напряжение U возрастает, à Uz не изменяется.

На фиг, 2 (а, б, в) приведены

I 1 зависимости U, (>= f (Uz),причем 0 представляет собой напряжение И, сме-, щенное по оси ординат. Рабочие участки характеристик показаны утолщенными линиями, U возрастают значительЕ! ное быстрее, чем U . Раэностное напряжение 0 - U на входах амплитудI ного анализатора 3 линейно возрастает, так как в это время напряжение

UK не изменяется (участок 1, фиг. 2б).

Для получения кода U производят одновременный опрос амплитудных анализаторов 1, 2 и 3. Код старших разрядов образуется на выходах амплитудного анализатора 1, а код младших разрядов получают с выходов амплитудного анализатора 3, так как при данном значении U он работает на линейном частке характеристики (линейный часток выбирается в зависимости от кода старших разрядов). При некотором значении U< транзистор 8 полностью открывается,а транзистор 9 закрывается,и напря>кение Uz< не изменяется. Далее начинает открываться транзистор

6, что обеспечивает соответствующим выбором опорных напряжений 0<ц и О>..

При работе на этом участке характеристики (участок II, на фиг. 2б) код младших разрядов снимается с выходов амплитудного анализатора 2.

Очевидно, что в предлагаемом устройстве транзисторы дифференциальных переключателей используются в режиме переключения опорных токов, а не в усилительном режиме, поэтому разброс характеристик этих транзисторов не оказывает существенного влияния на точность преобразования. Кроме того, в данном устройстве не предъявляется жестких требований к стабильности опорных напряжений, подаваемых на базы транзисторов, что эквивалентно снижению погрешности от нестабильности этих напряжений.

Формула изобретения

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий две группы дифференциальных переключателей на транзисторах по и переключателей в каждой группе и 2п источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, причем базы первых транзисторов каждого переключателя соединены с входной шиной преобразователя и входом первого амплитудного анализатора, а базы вторых транзисторов — с источником опорных напряжений, эмиттеры транзисторов каждого переключателя подсоединены к соответствующим

750722 источникам опорного тока, первые выводы суммируюших резисторов соединены с шиной источника питания, а вторые выводы — с входами второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности устройства, коллекторы первых транзисторов дифференциальных-переключателей соединены с шиной источника питания, а коллекторы вторых транзисторов дифференциальных переключателей каждой груп.пы подключены к одним входам второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно, другие входы которых соединены с входной шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гитис Э. М. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств.-М., "Энергия, 1975, с. 315, 319.

2. Arbe1 A., Kurz R.. Fast ADC.

1ЕЕЕ Trans on МиСI Sc., Чо1. NS-22 (1975), Febr., S 446-449 (прототип).

750722

Составитель Г. Шаповал

РедактоР Т. Клюкина ТехРед М.Петко Корректор

Макаренко

Заказ 4б70/45 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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