Przedmiotem wynalazku jest przetwornik analogowo- cyfrowy pracujacy w oparciu o metode czasowa zamiany, przeznaczony do cyfrowego pomiaru amplitudy impulsów "eksponencjalnie opadajacych o rozkladzie statystycznym, zwlaszcza otrzymywanych z detektorów promieniowania jadrowego lub innych zródel, przystosowanydo wykorzys¬ tania w elektronicznych zestawach pomiarowych fizyki i techniki jadrowej jedno i wieloparametrycznych, w che¬ mii i dozymetrii jadrowej, w elektronicznej technice prze¬ twarzania danych oraz automatyce przemyslowej.Znane przetworniki analogowo-cyfrowezawieraja zwy¬ kle zespól przetwornika amplituda-czas, sterujacy poprzez przetwornik czas-cyfra rejestr adresowy polaczony z ze¬ spolem do przesuwania kanalu zerowego.W znanych przetwornikach analogowo-cyfrowych, na przyklad 12 i 13 bitowych o szerokim programie pomiaro¬ wym, stosuje sie miedzy innymi analogowe lub cyfrowe przesuwanie kanalu zerowego. Stosowane w tego typu przetwornikach analogowe przesuwanie kanalu zerowego wymaga zastosowania wielu skomplikowanych zespolów elektronicznych takich, jak generatora impulsu schodko¬ wego o regulowanej i stabilnej w temperaturze i czasie amplitudzie, ukladu zabezpieczajacego przed zwrotnym przeladowaniem kondensatora pamieciowego, precyzyj¬ nych potencjometrów wieloobrotowych do ustalania war¬ tosci przesuniecia i innych. Z tych wzgledów analogowe przesuwanie kanalu zerowego jest klopotliwe w realizacji i dosc kosztowne.Znane uklady do cyfrowego przesuwania kanalu zero¬ wego charakteryzuja sie dosc skomplikowana struktura logiczna, zastosowaniem kilku rejestrów i sumatorów i z tego wzgledu znajduja zastosowanie tylko w duzych - zwykle 12 i 13 bitowych przetwornikach analogowo-cyfro¬ wych. Na ogól, duze przetworniki analogowo-cyfrowe 12 i 13 bitowe sa stosowane w pomiarach jednoparametrycz- nych w ukladach o duzej zdolnosci rozdzielczej.W znanych przetwornikach analogowo-cyfrowych, na przyklad 9 i 10 bitowych o wezszym programie pomiaro¬ wym, najczesciej nie stosuje sie przesuwania kanalu zero¬ wego ze wzgledów oszczednosciowych, zas w rzadkich przypadkach - analogowe przesuwanie kanalu zerowego zwiazane z zespolem przetwornika amplituda-czas i rejes¬ trem adresowym. Przetworniki tego typu 9 i 10 bitowe sa wykorzystywane w ukladach pomiarowych o standardo¬ wej zdolnosci rozdzielczej, przy czym bardzo czesto sa to pomiarywieloparametryczne. ' Celem wynalazku jest rozwiazanie techniczne problemu przetwarzania analogowo-cyfrowego metoda czasowa za¬ miany, która znana jest w literaturze jako metoda Wilkin- sona - impulsów o rozkladzie statystycznym i powtarzal¬ nym, w zastosowaniu do wielu pomiarów standardowych i wieloparametrycznych z mozliwoscia wspólpracy z ma¬ szyna cyfrowa, przy czym rozwiazanie to powinno byc proste ukladowo i powinno umozliwiac cyfroweprzesuwa¬ nie kanalu zerowego z wykorzystaniem niewielkiej liczby uzytych elementów elektronicznych.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanieprzetworni¬ ka uualogowo-cyfrowego, zbudowanego calkowicie na ele¬ mentach pólprzewodnikowych dyskretnych i cyfrowych ukladach scalonych o malej i sredniej skali integracji, 91 14191 141 3 któiyjest wyposazony w zwrotnice impulsowa, utworzona przez polaczenie przerzutnika bistabilnego z dwoma bramkami iloczynowymi. Dwa pozostale wejscia tych bra¬ mek sa ze soba polaczone i sterowane jednoczesnie zewne¬ trznym impulsem sprawdzajacym. Jedno z wejsc przerzut¬ nika bistabilnego jest sterowane z wyjscia drugiego czlonu rejestru adresowego zawierajacego przerzutniki odpowia¬ dajace bitom 2X+1 do 2n. Drugi czlon rejestru adresowego wywoluje taka zmiane stanu przerzutnika zwrotnicy, aby jego wyjsciowe poziomy logiczne zamykaly pierwsza bramke zwrotnicy i otwieraly druga bramke umozliwiajac przy wprowadzeniu impulsu sprawdzajacego rozpoczecie cyklu zapisu danej w pamieci zewnetrznej impulsem wyj¬ sciowym. Drugie wejscie przerzutnika bistabilnego jest polaczone z ukladem do wytwarzania impulsu ustawiaja¬ cego obydwa czlony rejestru adresowego, powodujac zmia- .*¦ ne stanu przerzutnika bistabilnego, a tym samym otwiera¬ ja jac pierwsea*bramke i zamykajac druga bramke zwrotnicy dla'Impulsu sprawdzajacego i umozliwiajac kasowanie calego przetwornika analogowo-cyfrowego.Przetwornik wedlug wynalazkujest równiez wyposazo¬ ny w dodatkowyrejestrprzekroczen zawierajacy przerzut¬ niki odpowiadajace bitom 2X+1 do 2n+1. Dodatkowy rejestr jest dolaczony do wyjscia pierwszego czlonu rejestru adre¬ sowego, zawierajacego przerzutniki odpowiadajace bitom 2 do 2X i sygnalizuje przekroczenie maksymalnego dopu¬ szczalnego adresu, a tym samym umozliwia okreslenie górnego progu analizy o stalym poziomie równym maksy¬ malnej amplitudzie impulsów analizowanych, daj&.c w obu przypadkach sygnal w postaci impulsu powodujacego ogólne kasowanie przetwornika analogowo-cyfrowego.Przetwornik analogowo-cyfrowy wedlug wynalazkuzo¬ stanie blizej objasniony na przykladzie wykonania przed¬ stawionym na rysunku, na którym fig. 1 ilustruje uprosz¬ czony schemat blokowy przetwornika, fig. 2 podaje sche¬ mat ideowy programowanego rejestru adresowego i rejes¬ tru przekroczen, zwrotnicy impulsowej i zespolu przelacz¬ ników do cyfrowego przesuwania kanalu zerowego, wcho¬ dzacych w sklad przetwornika wedlug wynalazku.Dzialanie przetwornika zostanie omówione w oparciu o schemat blokowy pokazany na fig. 1. Amplituda sygnalu wejsciowego w postaci impulsu eksponencjalnie opadaja¬ cegolub impulsuprostokatnego (próbki) jest przetwarzana w ukladzie przetwornika 1 amplituda-czas na impuls bramki czasowej o czasie trwania proporcjonalnym do amplitudy impulsuwejsciowego. Otrzymany impuls bram¬ ki czasowej A jest nastepnie podawany do przetwornika 2 czas-cyfra, gdzie ulega przetworzeniu na serie zegarowa o czestotliwosci powtarzania impulsów w serii zaleznej od kwarcowego generatora zegarowego. Seria zegarowa jest zliczana w programowanym rejestrze adresowym, sklada¬ jacym sie zdwóch czlonów 3 i 4, w tym pierwszyzprzerzut- ników bistabilnych (bitów) o wagach od 2 do 2X i drugi z przerzutników o wagach od 2X+1 do 2n. Zawartosc calego rejestru adresowego po zakonczeniu zliczania stanowi adres (dana) przedstawiony w równoleglym kodzie binar¬ nym, który poprzez uklady wyprowadzania danych 9 wy¬ biera odpowiedni kanal w pamieci maszyny cyfrowej lub w pamieci zewnetrznej. Sygnal przepelnienia obydwu czlonów 3 i 4 rejestru adresowego sterujezwrotnica impul¬ sowa 5, która odpowiednio wczesniej ustawiona razem z rejestrem adresowym i rejestrem przekroczen 7 - impul¬ sem z ukladu ustawiajacego 10, zamyka jedna lub otwiera druga droge dla impulsu sprawdzajacego D. Rejestr prze¬ kroczen 7, zbudowany z przerzutników bistabilnych o wa- 4 gach od 2X+1 do 2n+1, nie dopuszcza, aby adres przekroczyl maksymalna liczbe kanalów analizy ustawiona przelacz¬ nikiem 8 liczby kanalów - wspóldzialajacym z rejestrem przekroczen, pierwszym czlonem 3 rejestru adresowego i przetwornikiem 2 czas-cyfra. Przekroczenie ustawionej liczby kanalów powoduje odrzucenie analizowanego im¬ pulsu wejsciowego, poniewaz nastepuje samokasowanie rejestru przekroczen i jednoczesnie przekroczenie górnego progu analizy. Do cyfrowego przesuwania kanalu zerówe- go, tj. kanalu, od którego zaczynaja sie pojawiac adresy (dane), sluzy zespól przelaczników 6 sprzezony z drugim czlonem 4 rejestru adresowego. Jesli cyfrowa wartosc am¬ plitudy impulsu wejsciowego (adres) jest mniejsza od war¬ tosci wybranego przesuniecia, to wówczas impuls analizo- , wany zostaje odrzucony.Programowany rejestr adresowy 3 i 4 wedlugwynalazku przedstawiony na fig. 2 sklada sie z dziewieciuprzerzutni¬ ków zgrupowanych w dwóch czlonach. Pierwsze cztery przerzutniki od 11 do 14 sa osobno programowane w celu cyfrowego skorygowania podbicia amplitudowego impul¬ su analizowanego wprowadzonego w przetworniku 1 am¬ plituda-czas dla poprawy liniowosci przy malych amplitu¬ dach impulsów analizowanych. Pozostale przerzutniki zgrupowane w czlonie 4 rejestru adresowego od 15 do 19 razem z przelacznikami dwustanowymi 23 do 27, umiesz¬ czonymi na plycie czolowej przetwornika analogowo-cy¬ frowego, sa wykorzystane do cyfrowego przesuwania ka¬ nalu zerowego. Nalezy zaznaczyc, ze wszystkie czynnosci programowania i ustawiania rejestru adresowego 3 i 4 impulsem ustawiajacym B sa wykonywaneprzedwprowa¬ dzeniem do rejestru impulsów serii zegarowej, aby nie zaklócic jego pracy. Zwrotnica impulsowa 5 zlozona z przerzutnika bistabilnego 20 o wadze 29 i dwóch bramek iloczynowych 21 i 22, wykrywa niedopelnienie rejestru adresowego do wartosci równej zaprogramowanemu prze¬ sunieciu kanalu zerowego w zespole przelaczników 6.Programowany rejestr przekroczen 7 zlozonyzprzerzutni¬ ków bistabilnych 28 do 33, sterowany z wyjscia przerzutni¬ ka 14 pierwszego czlonu 3 rejestru adresowego, jest prze- 40 znaczony do wykrywania przepelniania ustawionej liczby kanalów analizy.Zarówno sposób podbijania amplitudowego impulsu analizowanego czyli wprowadzania tzw. piedestalu, jak i sposób jego pózniejszej korekcji w rejestrze adresowym sa 45 ogólnie znane. W tym przypadku do cyfrowej korekcji nadwyzki impulsów serii zegarowej C, wykorzystuje sie pierwszy czlon 3 rejestru adresowego. Przerzutniki 11 do 14 ustawia sie tak, aby po przeliczeniu 1, 2, 4, 8, 16. impulsów odpowiadajacych pozycjom 32,64,128,256 i 512 50 przelacznika liczby kanalów 8, ten czlon rejestru sam wyzerowal sie, przenoszac jedynke logiczna do pierwszych przerzutników 15 - drugiego czlonu 4 rejestru adresowego i 28- rejestru przekroczen 7.Do cyfrowego przesuwania kanalu zerowego wykorzys- 55 tano w tym przypadku przerzutniki 15 do 19 drugiego czlonu 4 rejestru adresowego, które sa programowane za pomoca przelaczników 23 do 27. Liczba dowolnych kombi¬ nacji przesuniec kanalu zerowego wynosi 25 = 32, przy czym kazda wartosc przesuniecia jest liczba binarna i ka- 60 nal zerowy moze byc przesuwany w zakresie od 0 do 496- -kanalów z minimalnym skokiem co K kanalów. Zasada ustawiania przerzutników 15 do 19 rejestru adresowego polega na wpisaniu do tych przerzutników impulsem usta¬ wiajacym B, zawartosci równej uzupelnieniu binarnemu wybranego przelacznikami 23 do 27 przesuniecia kanalu5 91 141 6 zerowego. Przelaczniki zasilane sa poziomem napiecia I odpowiadajacym zerowemu poziomowi logicznemu oraz poziomem napiecia G odpowiadajacym jednakowemu po¬ ziomowi logicznemu. Sposób ustawienia drugiegoczlonu 4 rejestru adresowego ilustruje tablicaI. 5 Tablica I Przelacznik Wybrane przesuniecie Waga Poziomy logiczne na wejsciach programujacych przerzutników -19 Zawartosc czlonu 4 rejestru adresowego (suma wszystkich pozycji) po ustawieniu 23 0 T 1 16 24 32 0 0 64 26 0 0 26 0 27 1 128 27 0 28 1 1 256 Dodatkowy programowany rejestr przekroczen 7 zawie¬ rajacy przerzutniki 28 do 33 jestprogramowany poz omem 30 logicznym jedynkowym G i ustawiany impulsem ustawia¬ jacym B na pelna zawartosc, tzn. na wyjsciach przerzutni¬ ków sa stany logiczne jedynkowe. Jak juz wspomniano, ustawianie impulsem B odbywa sie przed rozpoczeciem napelniania rejestru adresowego. Po dokonaniu cyfrowej 35 korekcji piedestalu w czlonie 3 rejestru adresowego i jego samowyzerowaniu, do przerzutników 15 i 28 zostaje prze¬ niesiona jedynka logiczna powodujaca zmiane ich stanów.Zmiana stanu przerzutnika 28 powoduje wyzerowanie rejestru przekroczen i rozpoczecie jego pracy. Jesli liczba 40 impulsów w serii zegarowej C po korekcji piedestalu jest mniejsza od wartosci wybranego przesuniecia kanaluzero¬ wego, to rejestr adresowy 3 i 4 nie zostanie wyzerowany i przerzutnik 20 zwrotnicy impulsowej nie zmieni stanu po wczesniejszym ustawieniu go impulsem B, co w konsekwe- 45 ncji oznacza, ze bramka 21 pozostaja,otwarta, a bramka 22 zamknieta. Impuls sprawdzajacy D podawany po zakon¬ czeniu zamianycalego impulsu analizowanego, przechodzi przez bramke 21 stajac sie impulsem kasujacym F calego przetwornika analogowo-cyfrowego, cojest równoznaczne 50 z odrzuceniem przetworzonego wlasnie impulsu analizo¬ wanego. Jesli natomiast liczba impulsów serii zegarowej C po korekcji piedestalu jest wieksza od wartosci przesu¬ niecia kanalu zerowego, to w pewnym momencie rejestr adresowy 3 i 4 zostanie wyzerowany i przeniesiona do 55 przerzutnika 20 zwrotnicy jedynka logiczna zmienia jego stan, co powoduje zamkniecie bramki 21 i otwarciebramki 22. Impuls D po przejsciu przez bramke 22 staje sie impul¬ sem E rozpoczynajacym cykl zapisu danej do pamieci zewnetrznej. Zamknieta bramka 21 uniemozliwia kasowa- 60 nie calego przerzutnika od impulsu D, co nie wyklucza zarówno w poprzednim przypadku jak i teraz takiego kasowania przez impuls H, na skutek przekroczenia rejes¬ tru przekroczen 7.Dane otrzymywane na wyjsciu przetwornika analogo¬ wo-cyfrowego w postaci równoleglego kodu binarnego moga byc przepisywane do pamieci maszyny cyfrowej w ramach dwukierunkowej automatycznej lacznosci, zor¬ ganizowanej w systemie CAMAC, moga byc takze przepi¬ sywane do pamieci wielokanalowego analizatora amplitu¬ dy lub dopamieci buforowej, jakrówniezmogabyc przepi¬ sywane przy wspólpracy z dowolnym typem maszyny cy¬ frowej lub pamieci zewnetrznej, o ile zapewni sie zgodnosc poziomów logicznych, np. przez zastosowanie specjalnego ukladu posredniczacego zmieniajace poziomy logiczne.Przetwornik analogowo-cyfrowy wedlug wynalazku moze byc równiez zastosowany do cyfrowego pomiaru napiec stalych i wolnozmiennych metoda próbkowania, przy czymmierzone próbki beda impulsami prostokatnymi o amplitudzie odpowiadajacej chwilowej wartosci sygnalu wejsciowego, a ich czas trwania i czestotliwosc powtarza¬ nia sa ustalane za pomoca zewnetrznegogeneratora impul¬ sów prostokatnych. PL