Конвеєрний аналого-цифровий перетворювач

Конвеєрний аналого-цифровий перетворювач, який містить блок перетворення з п каскадів врівноваження, блок еталонної аналогової величини, вихід якого підключений до ВІДПОВІДНИХ перших входів каскадів врівноваження, та блок керування, перший вихід якого з'єднаний з входом керування блока перетворення, який відрізняється тим, що до нього введений блок пам'яті та арифметичний блок, перші входи зв'язані ВІДПОВІДНО з другим та третім виходами блока керування, перша вхідна шина арифметич ного блока з'єднана з вихідною шиною блока перетворення, друга вхідна шина - з вихідною шиною блока пам'яті, перша вихідна шина - з вхідною шиною блока перетворення, друга вихідна шина, яка є інформаційним виходом пристрою, - з вхідною шиною блока пам'яті, а кожний каскад врівноваження містить вхідну шину, яка з'єднана з першим входом блока комутації, другий вхід якого з'єднаний з блоком еталонної аналогової величини, а вихід блока комутації з'єднаний із входом пристрою вибірки-зберігання, вихід якого з'єднаний із входами однобітового АЦП, цифрова вихідна шина якого з'єднана з арифметичним блоком, а також суматора аналогових величин, другий вхід якого зв'язаний з виходом однобітового ЦАП, цифрова шина якого з'єднана з арифметичним блоком, а вихід суматора аналогових величин зв'язаний із входом підсилювача аналогових величин, вихід якого є аналоговим виходом поточного каскаду врівноваження і ВІДПОВІДНО аналоговим входом наступного каскаду врівноваження, а підсилювач аналогових величин виконаний на основі надлишкової позиційної системи числення О (О Винахід відноситься до інформаційновимірювальної та обчислювальної техніки і може бути використаний для перетворення аналогових величин у цифрові Відомий конвеєрний АЦП, який містить блок перетворення з п каскадів врівноваження та арифметичний блок для обчислення кінцевого результату на основі цифрової інформації від блоку перетворення Кожний каскад складається з пристрою вибірки зберігання (ПВЗ), т-розрядного АЦП, т-розрядного ЦАП, блоку підсилення різницевого сигналу Пристрій працює таким чином на початку перетворення вхідний аналоговий сигнал фіксується в ПВЗ і вимірюється АЦП, вихідний код якого поступає на арифметичний блок і ЦАП, а потім різниця між вхідним і компенсуючим сигналом ЦАП підсилюється і подасться на вхід наступного каскаду (Перебаскин А В, Бахметьев А А, Колосов С О, Интегральные микросхемы Микро схемы дня аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа Выпуск 1 - М ДОДЭКА, 1996, 384с - ISBN-5-87835-008-4 - С 20) Основними недоліками такого конвеєрного АЦП є значна похибка перетворення, яка обумовлена значними первинними похибками аналогових вузлів Так наприклад, для п розрядного конвеєрного АЦП точність m-розрядного ЦАП в кожному каскаді повинна відповідати п розрядному, а виготовлення ПВЗ з похибкою фіксування аналогової величини не більше половини молодшого кванту для високорозрядних АЦП дуже ускладнено Найбільш близьким за технічною сутністю є конвеєрний АЦП, який містить блок перетворення з п каскадів врівноваження, блок джерел опорних струмів, виходи якого підключені до ВІДПОВІДНИХ перших входів каскадів врівноваження, виходи яких є вихідними шинами Для підвищення достовірності перетворення цей конвеєрний АЦП міс со о (О 60376 тить шифратор, регістр, перемикач, блок керуванлогових величин, другий вхід якого є виходом 1ня, вхід якого є шиною "Режим роботи", перший бітним-ЦАП, цифрова шина якого з'єднана з аривихід підключений до керуючого входу шифратофметичним блоком, а вихід блоку підсумовування ра, вихід якого є вихідною шиною "Контроль переаналогових величин є входом блоку підсилення, творення", інформаційні входи підключені до ВІДвихід якого є аналоговим виходом поточного касПОВІДНИХ ВХОДІВ регістру, інформаційні входи якого каду і ВІДПОВІДНО аналоговим входом наступного підключені до ВІДПОВІДНИХ виходів блоку перетвокаскаду, а блок підсилення виконаний на основі рення, вхід керування підключений до другого надлишкової позиційної системи числення входу блоку керування, третій вхід якого підключеТака структура дозволяє ввести додаткову ний до входу керування перемикача, перший іноперацію цифрового самокалібрування ваг розряформаційний вхід якого підключений до допоміждів АЦП, побудованого на неточних аналогових ного виходу блоку джерел опорних струмів, другий вузлах інформаційний вхід є вхідною шиною, вихід підНа кресленні (Фіг) зображена структурна схеключений до другого входу блоку перетворення ма конвеєрного АЦП Конвеєрний АЦП виконаний на основі коду ФіПристрій складається з блоку перетворення 1, боначчі або коду "золотої" пропорції для підвивихід якого з'єднано цифровою шиною з арифмещення точності перетворювання, яка досягається тичним блоком 2, який в свою чергу з'єднаний з за рахунок введення режиму метрологічного контблоком пам'яті 3 Блок еталонної аналогової велиролю, в якому використовуються властивості сичини 4 та вхідна шина 5 з'єднані зі входами блоку метричного вимірювального двійкового коду під перетворення 1 Інформаційний цифровий вихід час перетворення диференційного нульового вхідарифметичного блоку 2 є вихідною шиною 6 Блок ного сигналу, при цьому шифратор знаходить закерування 7 з'єднано з блоком перетворення L боронені кодові комбінації у випадку погіршення арифметичним блоком 2 та блоком пам'яті 3 Блок метрологічних характеристик перетворювача перетворення 1 складається з п (п - КІЛЬКІСТЬ роз(Конвейерный аналого-цифровой преобразоварядів вихідного коду від блоку перетворення) кастель A c 1381706 СССР H 03 М1 /42/ А П Стачов, кадів врівноваження 8, кожний з яких на вході місС М Арапов, А Д Азаров, В П Волков, Е М Арапова тить блок комутації еталонної аналогової (СССР), -16с, ил) величини 9, до якого під'єднано вхідну шину 10 та блок еталонної аналогової величини 4, а вихід Недоліком такого конвеєрного аналогоблоку комутації 9 з'єднано з першим входом прицифрового перетворювача є низька точність, так строю вибірки - зберігання 11 (ПВЗ) Вихід ПВЗ є як метрологічний контроль дозволяє лише фіксуодночасно входом 1-бітного-АЦП 12 та суматору вати наявність похибки, яка перевищує задані меаналогових величин 13 Вихідна шина 1-бітногожі, а не коригувати и АЦП 12 є вихідною шиною 14 каскаду перетворенВ основу винаходу поставлена задача ствоня 8 і з'єднана з ВІДПОВІДНИМ ВХОДОМ арифметичрення високоточного конвеєрного АЦП , в якому за ного блоку 2 Вхід 1-бітного-АЦП 15 є цифровою рахунок введення нових блоків, зв'язків між ними вихідною шиною арифметичного блоку 2 і цифрота окремої процедури самокалібрування статичних вою вхідною шиною 16 каскаду перетворення 8, а похибок аналогових вузлів досягається необхідний вихід 1-бітного-ЦАП 15 з'єднано з другим входом рівень похибки нелінійності перетворювача, що суматора аналогових величин 13, вихід якого з'єдпризводить до зменшення технічних вимог до нано з входом пристрою підсилення аналогової окремих блоків та вузлів пристрою величини 17, вихід якого є вихідною шиною 18 Поставлена задача досягається тим, що конпоточного каскаду врівноваження 8* та вхідною веєрний аналого-цифровий перетворювач містить шиною 10 наступного каскаду врівноваження 8, і блок перетворення з п каскадів врівноваження, блок еталонної аналогової величини, вихід якого Конвеєрний АЦП повинен бути побудований підключений до ВІДПОВІДНИХ перших входів каскана основі надлишкової позиційної системи числендів врівноваження, блок керування, перший вихід ня (НПСЧ), в якій будь-яке дійсне число може бути якого з'єднаний з входом керування блоку перезображене у вигляді творення, блок пам'яті та арифметичний блок, перші входи яких є другим та третім виходами N= блоку керування, перша вхідна шина арифметичного блоку з'єднана з вихідною шиною блоку переде а, є {0,1} а, або а, є {Т,1}, Q, = а1 вага ВІДПОВІДНОтворення, друга вхідна шина - з вихідною шиною ГО І-ГО розряду, а - основа системи числення блоку пам'яті, перша вихідна шина - з вхідною шиМіж вагами розрядів НПСЧ повинна бути рекуною блоку перетворення, друга вихідна шина, яка рентна залежність, наприклад, залежність побудоє інформаційним виходом пристрою, - з вхідною вана на основі s-пропорцм шиною блоку пам'яті, а кожний каскад врівноваження містить вхідну шину, яка з'єднана з першим входом блоку комутації, другий вхід якого з'єднано J=l-S з блоком еталонної аналогової величини, а вхід д е s = 2 , 3, 4, 5 IT д з'єднано із входом пристрою вибірки-зберігання, вихід якого з'єднаний із входами 1-бітного-АЦП, Значення основи системи числення а для деяких цифрова вихідна шина якого з'єднана з арифмеs-пропорцій наведені в таблиці тичним блоком, та пристрою підсумовування ана 60376 Таблиця ВІДПОВІДНІСТЬ значення основи системи числення для s-пропорцій S а 1 1 2 1 618 3 1 839 Рекурентно залежними є також системи числення золотої р-пропорцм, для яких Q,=Q,_1+Q l _p_i де р=1, 2, 3, 4, 5 При р=0 НПСЧ вироджується в двійкову систему числення, р=1 - систему золотої пропорції (а=1 618), р=со - одиничний код Пристрій працює таким чином В режимі самокалібрування (допоміжний режим) проводиться (пт)-2 перетворювань, в результаті чого отримуються реальні значення ваг розрядів кожного каскаду Q,=Qiai+AQ, Д е а | 5 | = а ' Перші m каскадів мають свої статичні похибки ДО.,, які задовольняють умові Q | 5 | , - [ < , , і=0 де а, є {0,1} а, або а, є {Т,1}, К, - код вага ВІДПОВІДНОГО І-ГО каліброваного розряду За один такі роботи блоку перетворення кожний з п каскадів врівноваження виконує такі дії із вхідної шини 10 через блок комутації 9 аналоговий сигнал фіксується в пристрої вибіркизберігання 11 (ПВЗ), за допомогою 1-бітного-АЦП 12 цей сигнал перетворюється в цифровий код, який передається в арифметичний блок 2, з арифметичного блоку на вхід 1-бітного-ЦАП 15 подається необхідний цифровий код, на виході 1-бітного-ЦАП 15 отримується аналоговий еквівалент, який віднімається від вхідного аналогового сигналу, зафіксованого в ПВЗ 11, за допомогою суматора аналогових величин 13, отриманий сигнал підсилюється за допомогою підсилювача аналогових величин 17 і на виході 18 отримується аналоговий еквівалент кінцевої підсиленої різниці, який на наступному такті перетворення є вхідним для наступного каскаду 60376 ї 1Є / 12 14 JjjJS J Фіг Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119