Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

С©юз Советских

Социалистических

Республик (63) Дополнительное к евт. свмд-ву. (22) Заявлено 033.279 (21) 2846293/21 (5!)и. кл.з с присоединением заявки Йо

Н 03 К 13/175

Государстееииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.81, Бюллетень М 34

Ю) У В 681,325 (088.8) Дата опубликования описания 150981 иу»: л ". 1,:, C

5" йФ4у ""- -, 0 абкин, В.П. (афроиов ф ЩТИДЩМВй@ аид -", (ВВШИЭ тВ д

Пензенский политехнический институт (72) Авторы изобретения

A.È. Дияиов, В.A. Блохин, l0.В. Пол и В.М. Шлянднн

Р13 Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использована для преобразования высокочастотных сигналов в цифровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных каскадов с Ч-образной функцией преобразования, каждый из которых содержит дифференциальный усилитель с опорным источником напряжения к базе одного из транзисторов, источников тока, диодного моста,резисторов нагрузки. В таком каскаде входное напряжение преобразуется в дифференциальном усилителе s ток (V (), далее фЬализуется Ч-образная функция преобразования, затем ток преобразуется в напряжение () V).

Кройе того, для согласования каскадов между собой (как в статике,так и в динамике) необходим эмиттерный повторитель 11).

Устройство упростится; если в качестве носителя информации испольэовать только ток, беэ промежуточных преобразований напряжения в ток и наоборот. Данный АЦП имеет низкое быстродействие за счет того, что носителем информации является напряжение и кроме того, код каждого разряда определяется последовательно во времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является аналого-цифровой преобразователь, состоящий из каскадов, каждый из которых содержит источник тока, выход которого соединен со входом каскада, компаратор, входы которого присоединены к выводам реэйстора R .два преобразователя тока, входы которых соединены с одним иэ выводом резистора R, второй .вывод которого тз соединен со входом каскада, а выходы преобразователей тока соединены со входамн последующих каскадов (2).

Недостатками являются наличие 2

И . 1 каскадов, где и число определяемых

20 разрядов, поэтому при п > 4 аппаратурные затраты неоправданно велики и реализовать такой АЦП затруднительно, кроме того низкое быстродействие по сравнению с предлагаемым устройством, так как каждый разряд определяется последовательно во времени.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, 30 что в аналого-.цифровой преобразова864554

В каждом каскаде схема преобразователя содержит источник тока 1, преобразователь тока 2, кампаратор 3, тель, содержащий в каждом каскаде ис-. точник тока, выход которого соединен со входом каскада, преобразователь тока и компаратор, введены на группу каскадов дешифратор, преобразователь тока группы каскадов, в каждый каскад — три диода, дополнительный источник тока, а в каждый четный каскад — дополнительный компаратор, причем анод первого диода каждого каскада соединен со входом преобразователя тока, первым входом компаратора и входом каскада, катод второго диода каждого каскада соединен с шиной питания и первым входом дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, анод третьего диода подключен к общему выходу группы каскадов,ко- торый соединен со входом преобразователя тока последующей группы каскадов, катод первого и третьего и анод второго диодов объединены и присоеди- 20 нены к выходу дополнительного источника тока, выходу преобразователя тока, второму входу компаратора и ко второму входу дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, 2 при этом выходы всех компараторов соединены с соответствующими входами дешифратора, а входы каждого каска.да соединены с соответствующими выходами преобразователя тока группы каскадов.

На фиг. 1 представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 20 — функции преобразования вь х1 (I х) ° I gqtg 1х) |Вых ъ 1 (1к),; Вых4 У (1 ) каждого иэ четырех каскадов, входящих в состав группы каскадов, определяющих старшие разряды, где 1В „,, +I Вы (g I g gg 1 з, 4 выходные ТОКИ каждого каскада, а I „ — входной ток, функция преобразования группы к скадов Iв х f (Ix), где I x- выходной ток группы каскадов, определяжаий старшие разряды, Ь вЂ” функ ция преобразования группы каскадов

f(1х), где Iвы„- выходной ток груйпы каскадов, определяющих младшие разряды; на фиг. 3 — перепады напряжений на диодах Д1 каждого каскада и на диодах Д2 четных каскадов, в зависимости ат значений входного тока I . Характеристики диодов принимались за идеальные, на фиг. 4д, 6 — простейшие схемы преобразователя тока и преобразователя тока группы каскадов соответственно, в которых выходные токи с точностью, обусловленной идентичностью параметров транзисторов Т4, Т,..., Т„, пов2 торяют входной тока дешифратор 4, преобразователь тока

5 группы каскадов, дополнительный компаратор б в каждом четном каскаде, дополнительный источник тока 7 и диодом Д1, Д2, Д3 в каждом каскаде.

Выход источника тока 1 соединен со входом каскада. Со входом каскада также соединены вход преобразователя тока 2, анод диода Д, один из входов компаратора 3 и соответствую1 щий выход преобразователя 5 тока группы каскадов. Выход преобразователя тока 2 соединен с выходом дополнительного источника тока 7, катодами диодов Д и Д, вторым входом компаратора 3, одним входом дополнительного компаратора б в каждом четном каскаде и анодом диода Д .Катод дио3 да .Д» каждого каскада и второй вход дополнительного компаратора б в каждом четном каскаде присоединен к шине питания. Аноды диодов Д3объединены и присоединены к. общему выходу группы каскадов, который соединен со входом последующего преобразователя тока группы каскадов. Выходы компараторов 3 в каждом каскаде и компараторов- б в каждом четном каскаде соединены со входами дешифратора 4. Входная величина подается на вход преобразователя .тока 5 группы каскадов.

Функция преобразования каждого каскада реализуется следующим образом. Входной ток I поступает на вход преобразователя тока 5 группы каскадов и в соответствии с изложен- ным выходные токи его равны входному

I > и параллельно подаются на входы каскадов. На фиг. 1 представлена группа каскадов, определяющая три старших разряда. Значения тока источника тока 1 каждого каскада выбираются равными Io 3I, 51 а, 7Ia где

Е =Ixeaxl2 =1/ЗТ„„..,. (при двоичном Выходном коде). Значение тока дополнительных источников така 7 каждого каскада выбирается равным Iа. При входном токе I О, весь ток, выбираемый источником тока 1, через преобразователь тока 2 компенсируется дополнительным источником тока 7, и ток, через все диоды, равен нулю. По мере роста входного тока I, ток, поступающий в дополнительный источник тока 7, через преобразователь тока 2, уменьшается, так как через преобразователь тока 2 протекает ток, равный разности I -1 (для первого каскада). Недостающую часть тока до значения о, дополнительный источник тока 7 потребляет через диод ДЗ, и значение этого тока jab,<4, как легко заметить, равно

I т.е. имеет место линейно возрастающая функция. Как только 1 =1,ток через преобразователь тока 2 отсутствует, так как 1 -I > = О и весь ток, потребляемый дополнительным источ ником тока 7, протекает через диод Дз, 864554 т.е. выхл = 1р =I x При I 71„направление разности трков f -I тако-.

О Х во, что открывается диод Д1 и через него протекает ток, равный значению этой разности. При дальнейшем увеличении тока ?х ток, протекающий через диод Д1, увеличивается, а через диод.Д вЂ” уменьшается, так как сумма токов, протекающих через эти диоды одновременно, всегда равна I .Êàê только I 21О, через диод Д1 начинает протекать ток, равный разности входного тока и тока, вырабатываемого источником 1, т.е. Iо, и этот ток . весь компенсируется дополнительным источником тока 7. Таким образом, выходной ток I»txлстановится равным О.

При дальнейшем увеличении входного тока I x (I„>21 ) открывается диод Д первого каскада, и тока через диод

ДЗ не будет. Функция преобразования остальных каскадов формируется аналогичным образом, с той лишь разни цей, что вершина ее соответствует значению источника тока 1 в каждом каскаде, т.е. 3 1о, .5Io 7?„ а максимальная амплитуда выходного тока каждого каскада определяется значением тока дополнительного источника тока 7 (значением 1о). В результате функция преобразования группы каскадов I tx 1 (I ) имеет вид, изображенный йа фиг. 2<3; т.е. максимальное значение выходного тока группы каскадов равно младшей ступени квантования I 4/8I„„ „.Åñëè выход группы каскадов соедйййть со входом следующего преобразователя тока 5 группы каскадов, определяющих младшие разряды, источники тока I которых вырабатывают токи равные 1о и

3I s где 1о =4 42вьк мсих="И жмох то функция преобразования будет иметь вид, изображенный на фиг. 28.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть Iq

2Iо < 1g +3 l,äèîä Д2 второго каскада закрывается, и дополнительный компаратор б в этом каскаде выдает ноль, Остальные элементы хранят предыдущее соСтояние. При 3Iî < I „< 4!о открывается диод Д1 второго каскада, и компаратор 3 этого каскада устанавливается в единичное состояние. Далее

5,преобразователь работает аналогично.

Как видно иэ фиг. 4, перепады напряжений диодов (а значит и состояния компаратороа,так как они присоединены к этим диодам) изменяются через значения входного тока, равные младшей ступени квантования, т,е.

Следовательно, происходит кодирование входной величины с точностью,равНой младшей ступени квантования. Группа каскадов,, определяющая младшие разряды, работает аналогично, только диапазон изменения входного тока для этих каскадов равен значению

Таким образом, три разряда определяются четырьмя каскадами, четыре

26 восемью каскадами, т.е. число каскадов определяется формулой 2" " . С целью уменьшения количества каскадов можно применить параллельно-последовательный способ Преобразования,т.е. выход группы каскадов, определяющих старшие разряды, подать на вход следующего преобразователя тока группы каскадов 5, определяющих младшие разряды. Число каскадов в этом случае

О определится формулой 2 л " + 2, где и.(и n - число старших и младших разрядов. у известного устройства число каскадов определяется формулой

2 -Л . В устройстве сигнал параллельно подается на входы всех каскадов.

Эадержка в преобразователе тока группы каскадов пренебрежимо мала, по сравнению с задержкой целого каскада.

При органиэации параллельно-последонательного способа преобразования

4Q выигрыш в быстродействии устройства по сравнению с известным ощутим, например, при 2-х группах каскадов сигнал проходит последовательно всего два каскада: каскад в старшей группе

45 и параллельно подается на каскады,оп ределяющие младшие разряды. Т.е.предлагаемое устройство в любом случае имеет большее быстродействие, чем известное.

Преобразователь тока, 2 (преобразователь тока 5 группы каскадов) электронное полупроводниковое устройство, выходной ток (токи) которого имеет (имеют) то же направление,что и входной ток относительно .общего вы- вода, причем по абсолютной величине выходной ток (токи) равен (равны) входному или соответствуют ему по ряду параметров. Выходной ток (токи) на фиг. 4g,Ê равен (равны) входному

Щ с точностью, обусловленной идентичностью параметров транзисторов Т1, T2i ° -ai Ти °

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, 45 содержащий в каждом каскаде источ86 ник тока, выход которого соединен со входом каскада, преобразователь тока и компаратор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены на группу каскадов дешифратор, преобразователь тока группы каскадов, в каждый каскад — три диода, дополнительный ис.точник тока, а в каждый четный каскад — дополнительный компаратор, причем анод первого диода каждого каскада соединен со входом преобразователя -тока, первым входом компаратора и входом каскада, катод второго диода каждого каскада соединен с шиной питания и первым входом дополнительного компаратора в каждом четном каскаде, анод третьего диода подключен к общему выходу группы каскадов, который соединен со входом преобразователя тока последующей группы каскадов, катод первого и третьего и анод вто4554 рого диодов объединены и присоединены к выходу дополнительного источника

:тока, выходу преобразователя тока, второму входу компаратора и ко второму входу дополнительного компара,тора в каждом четном каскаде,при этом выходы всех компараторов соединены с соответствующими входами дешифратора, а входы каждого каскада соединены с соответствующими выходами преобразователя тока группы каскадов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CtdA 9 4005410, 15 кл. 340-347, АД, 1979 °

2. Herbert - Koscielnick, und

0ieter Seitzez,Eine neue Struktur

fur sohnelle. Analog/0igital"

Umgetzez u. Nachrlchtentechit. 229, 20 1976, H.7, с.535-537.

864554

lo цНИИПИ Заказ 7831/85

Тираж 991 Подписное а, Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4