Аналого-цифровий перетворювач

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН 09» S I L 1048573 А 3(51) Н 03 К 1 3 / 1 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 869023 (21) 3 ^ 5 ^ / 1 8 - 2 1 (22) 28.05.82 (**6) 15.10.83. Бюл. № 38 (72) В.А.Багацкий ( 7 0 Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ff 869023, кл. Н 03 К 13/17, 25.01.80 '(прототип). (5і*) (57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ "по авт.св. N 869023, о т ° Ли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок совпадений и коммутируемый источник тока, причем первый и второй входы блока совпадений соединены с дополнительными выходами блока управления, третий вход - с выходом компаратора, а выход - с управляющим входом коммутируемого источника тока, выход которого подсоединен к входу компаратора. 10^8573 Изобретение относится к цифровой фиг. 3 - временные-диаграммы работы измерительной технике и аналого-цифустройства. ровой вычислительной технике и предПредлагаемое устройство состоит из входного измерительного преобназначено для преобразования напряжения в цифровой код. 5 разователя 1, токозадающего резистора 2, промежуточного измерительПо основному авт. св. ff 869023 ного' преобразователя 3. блока h коризвестен аналого-цифровой преобразоварекции погрешностей, цифроаналого-• тель, содержащий последовательно вого преобразователя 5 с выходом по соединенные входной измерительный току, резистора нагрузки 6, огранипреобразователь, токозадающий реэис- ' to чителя 7t компаратора 8, блока 9 тор, промежуточный измерительный пре* управления, блока І0 совпадений, образователь, выход которого соедикоммутируемого источника 11 тока. нен с выходом .цифро-аналогового пре8ходной сигнал ііх подсоединен образователя, входом компаратора, ко входу входного измерительного первым выводом резистора нагрузки и 15 преобразователя 1, к выходу которовходом ограничителя второй вывод го подключен первый вывод токозадарезистора нагрузки и выход ограниющего резистора 2, а его второй вычителя подключен к общей точке анавод соединен со входом промежуточлого-цифрового преобразователя, вход ного измерительного преобразоватевходного измерительного преобраэова- 20 ля 3» Выход промежуточного измерителя является входом аналого-цифро-j тельного преобразователя 3 соединен вого преобразователя, шина опорно-' с выходом цифроаналогового преобго напряжения подключена к входу блоразователя 5» первым выводом резиска коррекции погрешностей выход к о торого соединен с первым входом циф- 25 тора нагрузки 6, входом ограничителя 7, выходом коммутируемого исро-аналогового преобразователя, входточника 11 тока и входом компараные цифровые шины цифро-аналогового тора 8. Это соединение будем в дальпреобразователя, соединены с первыми нейшем называть суммирующим узлом. выходными цифровыми шинами блока Второй вывод резистора нагрузки 6У управления .первый вход которого сое- 30 и выход ограничителя 7 подключены к динен с выходом компаратора, второй общей точке аналого-цифрового превход - сигнал "Пуск", а вторые выобразователя. ходные цифровые шины являются выхоСигнал "Пуск" подключен ко втодом аналого-цифрового преобразоварому входу блока 9 управления, выход теля [ 1 ] . 35 компаратора 8 подсоединен к первому Недостатком этого преобразовходу блока 9 управления , первые вателя является относительно неі выходные цифровые шины которого высокое быстродействие, определясоединены с цифровыми входами цифроемое медленным разрядом паразитной 'аналогового преобразователя 5» а. втоемкости суммирующего узла через со- 40 рые выходные цифровые шины подсоедипротивление нагрузки. нены к выходу аналого-цифрового преобразователя. Первый и второй Цель изобретения - повышение быдополнительные выходы блока 9 Упстродействия. равления соединены с первым и вторым Цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь введе- 4 5 входами блока 10 совпадений, выход компаратора 8 подсоединен к третьены блок совпадений и коммутируемый му входу блока 10 совпадений, выисточник тока, причем первый и втоход которого соединен с входом комрой входы блока совпадений соедимутируемого источника 11 тока. нены с дополнительными выходами блока управления, третий вход - с выхо- 50 Предлагаемое устройство работадом компаратора, а выход - с управет следующим образом. ляющим входом коммутируемого источВходной сигнал U x поступает на ника тока, выход которого подсоедивход входного измерительного преобнен ко входу компаратора. На фиг. 1 дана структурная схема 55 разователя 1. Выходное напряжение преобразователя 1 преобразуется в аналого-цифрового преобразователя; ток 3 s с помощью токозадающего рена фиг. 2 - временные диаграммы рабозистора 2. Т о к З х , соответствующий. ты ограничителя и компаратора; на 10^8573 входному сигналу U x , поступает на вход промежуточного измерительного преобразователя 3» выход которого является выходом генератора тока 'Э» с высоким выходным сопротивлением. 8 начальном состоянии сигналы на первых выходных цифровых шинах блока 9 управления, подключенных к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 5 т а к о в ы , что е г о выходной т о к Зцс^равен нулю. Равен нулю т о к на выходе коммутируемого и с т о ч ника 11 т о к а . Резистор н а г р у з к и 6 т а к о в , что разностный т о к , равный или больший по величине, чем квант младшего разряда, создает падение напряжения большее, чем уровни о г раничения ограничителя 7 U и U, показанные на фиг. 2. Временная диаграмма работы предлагаемого устройства приведена на фиг. 3- После поступления сигнала " П у с к " в момент времени под воздействием цифровых сигналов с блока 9 управления на выходе цифроаналогового преобразователя 5 устанавливается т о к , равный половине диапазона изменения З * - На управляющем выходе блока 9 управления устанавливается разрешающий потенциал. Токи 3 * и З ц а я р а з н о г о з н а к а , поэтому в суммирующем у з л е , где соединены выходы цифро-аналогового преобразова* теля 5 и промежуточного измерительного преобразователя 3. происходит вычитание этих т о к о в . Разностный ток заряжает паразитную емкость суммирующего узла и постепенно, по мере заряда, создает на резисторе н а г р у з к и 6 падение напряжения U U ) . ( которое ограничивается ограничителем 7 на уровне U orp , как это показано на фиг. 2. В момент времени t« + A t как только напряжение на 'входе компаратора 8 превысит напряжение срабатывания UCp , на выходе компаратора 8 появится разрешающий с и г н а л . Это з н а ч и т , что Зцап^О,/ и выходной ток Лцд П І необходимо выключить. В момент времени t n происходит з а поминание результата сравнения в блоке 9 управления и выключение выходного тока Du,oni • С момента Bpt_мени t-і и до С на синхронизируд ющем выходе блока 9 управления появляется разрешающий с и г н а л , к о т о рый поступает на второй вход блока 10 совпадений. На всех трех входах блока 10 совпадений с момента t% до 5 to 15 20 25 30 35 40 45 t, имеются разрешающие сигналы, и поэтому на управляющий вход коммутируемого источника 11 тока поступает сигнал, под воздействием которого он подключается к суммирующему узлу. Включение коммутируемого источника 11 тока противоположной полярности приводит к ускоренному разряду паразитной емкости суммирующего узла по начальному участку экспоненты, как это показано на заднем фронте импульса на фиг. 2. В момент времени t. на синхронизирующем выходе блока 9 управления появляется запрещающий сигнал, который через блок 10 совпадений поступает на управляющий вход коммутируемого источчика 11 тока и отключает его от суммирующего узла. В этот же момент времени на выходе цифроаналогового преобразователя 5 устанавливается ток Зцдр,, равный четверти диапазона. Предположим, что Зцопз *-Зу, • Тогда разностный ток (Зя-Зцап?) создает на резисторе нагрузки о падение напряжения не мен е е Uif, которое ограничивается на f уровне U( , Так как на входе компаратора 8 напряжение U o r p 2 , то на его выходе имеется запрещающий сигнал, который в момент времени tg запоминается в блоке 9 управления и запрещает через блок 10 совпадения подключение коммутируемого источника 11 тока к суммирующему узлу. Сигнал на входе компаратора 8 остается равным UQtpn, поэтому остается подключенным и выходной ток J^r,,,. В момент времени t£ на выходе цифроаналогового преобразователя 5 появляется в дополнение к току 1цош-14) и л и втором (t4-t6) тактах. В предлагаемом устройстве выходной ток коммутируемого источника тока не меньше тока младшего разряда цифроанзлогового преобразователя. При этом вр(--мя разряда паразитной 50 емкости до уровня срабатывания компаратора становится равным д t^=0,3t.f т.е. равно времени нарастания напряжение до уровня срабатывания при ее заряде на переднем фронте. 55 Общее время задержки t ^ для устройства - прототипа состоит из времени заряда паразитной емкости дt^, задержки включения компаратора t BKA 0^8573 "IS не, времени разряда паразитной емкости jtg и времени задержки вы" ключения компаратора t&b(KA=15 не. Для предлагаемого устройства общее время задержки равно 5+90+15)нс* -210 не, рядов он имеет время преобразования 8 мке- Так как Ф7077/2 является преобразователем поразрядного кодирования, то на одинтакт приходится 730 не. В предлагаемом преобразователе за один такт на цифроаналоговый преобразователь и компаратор приходится 210 не, а время задержек в цифровой схеме управления на основе К155ИР17 не более 50 не. Таким образом, J1 разрядный преобразователь, построенный по предлагаемой схеме, в 730 нс/260 нс= -2,8 раза более быстрый, чем Ф7077/2, а выигрыш по быстродействию составляет (ЗЗО-21О)/ЗЗО-О,36, т.е. 36*. Ближайшим по параметрам является выпускаемый промышленностью аналого-цифровой преобразователь Ф7077/2. При разрешении в 11 раз 1 Von о— 2 —С и— 4 ь j 5 І • 1 ± s дых код 1/х tfa І Г 11 і\ 10 X • 10*48573 U Синхр, S U Упр Вых \—1 t* t, t2 I—II—I Г~\ *5 кі h i 8 Г~1 t ^3 ( Ч / Л / \ • &1.СМ0 Вых 1 Редактор М.Товтин 1 "I Составитель Романова Техред М. Гергель Корректор В. Гирняк "Заказ 79^7/59 Тираж 936 Подписное ЗНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35,Раушская наб. д. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, *л