Аналого-цифровий перетворювач

Союз Советских Республик (61) Дополнительное к авт. свид-еу (22)3аявлено 25.01S0 (21)2874150/18-21 с присоединением запеки N9 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет Опубликовано 30.09.81. Бюллетень № 36 Дата опубликования описания 3QG9.81 (72) Автор изобретения (71) Заявитель Н 03 К 13/17 В-А. 681.325 (088,8) Багацкий Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР 54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Цель иэобретения-повышение точноИзобретение относится к цифровой сти преобразования. измерительной технике и аналогоПоставленная цель достигается тем, цифровой вычислительной технике и что в аналого-цифровой преобразовапредназначено для аналого-цифрового тель , содержали входной измерительпреобразования напряжения в цифровой ный преобразователь, вход которого код. соединен с шиной входного сигнала, а Известен аналого-цифровой преобрак выходу подключен первый вывод тозователь, содержащий входной усиликозадающего резистора, вход блока тель, быстродействующий ключ, усили10 коррекции погрешностей подключен к тель, токозадающий резистор, нульшине опорного напряжения, а выход орган , цифроаналоговый преобразоваподключен ко входам источников разтель и устройство управления [1]. рядных токов цнфроаналогового преНедостатком данного устройства образователя, выхода которых через является невысокая точность, зави'сящая от большого дрейфа нуля компа- 15 соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компараратора. тора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход Известен аналого-цифровой преобкомпаратора соединен со вкодом блоразователь , содержащий входной изка управления, выходы которого соемерительный преобразователь,цифроаиадинены соответственно с управляющилоговый преобразователь,состоящий из источников разрядных токов на резисто- ми входами разрядных токовых ключей цифроаналогового преобразователя, рах и разрядных токовых ключей, товведены промежуточный измерительный козадающий резистор 1 о / олок кор< 25 преобразователь, два источника нарекции погрешностей, два ограничипряжения и резистор нагрузки, первый тельных диода, компаратор и блок упвывод которого подключен к общей ширавления [2] . не, а второй вывод соединен со вхоНедостатком этого преобразоватедом компаратора и через промежуточля является низкая точность преобразования. 30 ный измерительный преобразователь 869023 ю р а 3 проявляются уровни сигналов, подключен ко второму выводу токозапоступающие по цепи обратной связи дающего резистора, причем катод перна вход блока 4 управления. Если вого и анод второго диодов через входной сигнал Ux таков, что зависясоответствующие источники напряжещий от него ток с выхода промежуточний соединены с общей шиной. ного измерительного преобразовareНа фиг. ] представлена стру к гур~ s ля 5 больше чем противоположный по ' ная электрическая схема аналого-цизнаку выходной ток разрядного источфрового преобразователя. ника тока, то падение напряжение на Предлагаемое устройство содержит резисторе 10 нагрузки приводит к поблок 1 коррекции погрешностей, входявлению на выходе компаратора 3 таной измерительный прео&разователь 2, компаратор 3/ блок 4 управления, про- 10 кого сигнала, в соответствии с которым разрядный источник тока остается межуточный измерительный прообразоподключенным к суммирующему узлу до ватедь 5, токоэадающий резистор 6, конца цикла преобразования. Если цифроаналоговый преобразователь 7/ входной сигнал Ux таков, что ток с состоящий из разрядных источников 8 ^ 5 выхода промежуточного измерительного токов и разрядных токовых ключей 9, преобразователя 5 меньше чем выходрезистор 10 нагрузки, первый и втоной ток разрядного источника тока, рой ограничительные диоды 11 и 12, то на выходе компаратора 3 появляетпервый и второй источники напряжеся сигнап, в соответствии с которым ний 13 и 14. 2Q разрядный источник тока отключается Введение новых блоков позволяет от суммирующего узла. Если разностный получить величину кванта по напряток образует на резисторе 10 нагрузжению в суммирующем узле такой, чтоки падение напряжения больше, чем бы практически полностью исключить -(Е/^ + U_j) - + (Е . + U^}, то это влияние дрейфа напряжения нуля комнапряжение ограничивается схемой огпаратора на погрешность всего анараничения ИЗ ДИОДОВ Д^, Д-2 И ИСТОЧлого-цифрового преобразователя. НИКОВ напряжений Е. и E^(U^n- падеУстройство работает следующим обние напряжений на открытом ограничиразом. тельном диоде). Входной сигнал Ux поступает на «_ На втором такте со второго выховход входного измерительного преобда блока 4 управления на управляющий разователя 2. Выходное напряжение вход соответствующего разрядного топреобразователя 2 преобразуется в кового ключа 9 поступает такой цифроток с помощью токозадаюгдего резистовой сигнал, который подключает к сумра 6. Ток, соответствующий входному мирующему "узпу выход соответствующего сигналу Ux, поступает на вход промежуточного измерительного преобразо- 35 разрядного источника 8 тока. Если первый разрядный источник тока остаетвателя 5, выход которого является геся подключенным к суммирующему узлу, нератором тока, В начальном состоято к нему протекает сумма токов от нии выходные цифровые сигналы блока первого и второго разрядных источни4 управления таковы, что разрядные ков 8 токов, а также ток, зависящий источники,8 тока цифроаналогового от входного сигнала Ux и протекаюпреобразователя 7 отключены от сумщий с выхода промежуточного измеримирующего узла, т.е. узла, где соедительного преобразователя 5. Если вход няются выходы разрядных токовых клюной сигнал Ux таков, что зависящий чей 9 j яыход промежуточного иэмериот него ток с выхода промежуточного ієпьного преобразователя 5, вход ком45 измерительного преобразователя 5 паратора 3, катод и анод ограничибольше чем противоположная по знаку тельных диодов 11 и 12 и первый высумма выходных токов первых двух вод резистора 10 нагрузки. разрядных источников 8 тока, то раз- На первом такте с первого выхода ностный ток создает на резисторе 10 блока 4 управления на первый управнагрузки падение напряжения, которое * ляющий вход соответствующего развоздействует на вход компаратора 3 рядного токового ключа 9 поступает и приводит к тому, что на его выхо. цифровой сигнал, под воздействием де появляется сигнал, в соответствии которого ключ подключает к суммируюс которым второй разрядный источник щему узлу соответствующий разрядный источник 8 тока. Так как к этому 55 3 тока остается подключенным к суммирующему узлу до конца цикла преображе ф'злу с выхода промежуточного иззования. Если входной сигнал Ux тамерительного преобразователя 5 поков , что ток с выхода промежуточноступает ток, противоположный по знаго измерительного преобразователя 5 ку току разрядного источника тока< 50 меньше чем сумма выходных токов пери зависящий от значения входного вых двух разрядных источников тока, сигнала Ux, то в суммирующем узле то на выходе компаратора 3 появляетпроисходит вычитание токоз. Разностся сигнап, в соответствии с которым ный ток создает на резистора 10 нагвторой разрядный источник тока отрузки падение напряжения, под воздействием которого на выходе компара- £5 ключается от суммирующего узла. 869023 На следующих тактах происходит , процесс компенсации тока, зависящего от входного сигнала Ux и протекающего с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 путем включения и в зависимости от выходного сигнала на выходе компаратора 3 от к люченії я разрядных источников 8 токов ра з рядн ыми токовыми ключ ами 9 от суммирующего узла преобразователя. При измерении температуры окру10 жающей среды блок 1 коррекции погрешностей поддерживает такое выходное напряжение, чтобы токи, поступающие от разрядных источников 8 тока через токовые ключи 9 в суммирующий узел, оставались неизменными. 15 На фиг. 2 приведена одна из возможьых схем промежуточного измерительного преобразователя 5. Промежуточный измерительный преобразователь состоит иэ двух анало20 гичных каналов: канала управляемого генератора тока с отрицательным выходным током и канала генератора тока смещения с положительным выходным гоком. В связи с необходимостью обеспечить высокую линейность и ста- 25 бильность коэффициента передачи оба канала построены на основе следящих схем с опрерационными усилителями 15 и 16 в цепях обратной связи по току. Канал генератора тока смещения введен 30 для того,чтобы при Jх~0 через транзисторы 1 / и 18 протекали токи см, что исключает неустойчивую работу следящей схемы на основе усилителя 15 транзистора 17 датчика и эмиттерно- ' 5 3 го резистора 21. Управляемый генератор тока состоит из операционного усилителя 15, резистора 19 смещения, компенсирующего резистора 20, транзистора 17, 40 датчика с эмиттерным резистором 21 и выходного транзистора 18 с эмиттерным резистором 22. вход промежуточ ного измерительного преобразователя 5 соединен с неинвертирующим входом 45 усилителя 15, первым выводом резистора 19 смещения и коллектором транзистора 17 датчика. Второй вывод резистора 19 подсоединен к отрицательному выводу источника опорного на50 пряжения . Инвертирующий вход усилителя 15 подключен к первому выводу компенсирующего резистора 20, второе вывод которого подключен к общей шине. Выход усилителя 15 соединен с базами транзисторов 17 и 18. 55 Эмиттеры транзисторов 17 и 18 подключены к первым выводам резисторов 21 и 22 соответственно. Вторые выводы этих резисторов соединены с положительным выводом источника питания "Пит V В суммирующем узле на чеинвертирутсщем входе усилителя 15 осуществляется суммирование токов Э х ,3,^,3^ и поддерживается отрицательной об 11 ратной связью потенциал ''земли . При изменении Ux изменяется э х и для сохранения на данном входе по1 тенциала "земли ' выходное напряжение U9t,,vл становится таким, что изменение 3кт компенсирует изменение З*. Таким образом, изменение U^, а затем Зх приводит к равному изменению з - . Параметры транзисторов 17 ^г и 18, а также резисторов 21 и 22 одинаковы {например, если транзисторы и резисторы расположены на одном кристалле или подложке), поэтому соответственно изменяется и 7кті» т.е. выходной ю к управляемого генератора тока. При изменении коллекторного тока ^кт^ из-за изменения напряжения питания ипит-( и параметров транзистора 17 с температурой и временем,напряжение U&bix-f изменяется так, чтобы поддерживать постоянный roK'J«T^ и, как следствие, выходной ток 3«т£ управляемого генератора тока. Канал генератора тока смещения работает аналогичным образом, В преобразователе масштаб преобразования входного сигнала в ток определяет токозадагощий резистор б. Преобразование разностного тока во входное напряженке компаратора происходит на резисторае 10, так как с введением промежуточного измерительного преобразователя выходные сопротивления ветвей, подключенных к суммирующему узлу, весьма велики. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной измерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходу подключен первый вывод токозадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаиалогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей цифроаналогового преобразователяf о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с иельк) повышения точности преобразования, в него введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй ого вывод соединен со входом компаратора и через промежуточный измеритель 869023 ный преобразователь подключен ко в т о рому выводу токозадающего р е з и с т о р а , причем катод первого и анод второго диодов через соответствующие источники напряжений соединены с q6&tea шиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Швецкий Б.И. Электронные'измерительные приборы с цифровым о т счетом. "Техника", 1970, с.25, рис. 4. 2. Автометрия 1 1 , рис. 7. фиг Z ВНИИПИ Заказ 8355/84 . Тираж 991 Филиал П П "Патент", г.Ужгород, П Подписное ул.Проектная,4 1970, № 2, с . 44,