RU2024193C1 - Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision - Google Patents

Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision

Info

Publication number
RU2024193C1
RU2024193C1 SU4933105A RU2024193C1 RU 2024193 C1 RU2024193 C1 RU 2024193C1 SU 4933105 A SU4933105 A SU 4933105A RU 2024193 C1 RU2024193 C1 RU 2024193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
multiplexer
analog
digital
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.В. Полубабкин
Б.Г. Дорфман
Д.Г. Лямасов
Original Assignee
Дорфман Борис Григорьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дорфман Борис Григорьевич filed Critical Дорфман Борис Григорьевич
Priority to SU4933105 priority Critical patent/RU2024193C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2024193C1 publication Critical patent/RU2024193C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: data-processing and measurement technology. SUBSTANCE: analog-to-digital converter is provided in addition with one more single-bit digital-to-analog converter, driven square-pulse generator, NOT gate, binary counter, multiplexor, first and second AND gates, OR gate, RS flip-flop, first and second pulse shapers. EFFECT: improved noise immunity of analog-to-digital converter. 5 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для преобразования аналогового сигнала в цифровой код методом поразрядного уравновешивания с высокой помехозащищенностью. The invention relates to information-measuring equipment and is intended for converting an analog signal into a digital code by the method of bitwise balancing with high noise immunity.

Известен АЦП, исправляющий случайные ошибки, возникающие в процессе измерения [1]. Known ADC, correcting random errors that occur during the measurement [1].

Недостатком его является увеличение времени преобразования за счет того, что число тактов работы, приходящееся на одно измерение, становится переменным, а для проверки последних разрядов АЦП необходимо ввести дополнительные избыточные разряды. Its disadvantage is the increase in conversion time due to the fact that the number of clock cycles per one measurement becomes variable, and to check the last bits of the ADC, it is necessary to introduce additional excess bits.

Известен также АЦП, в котором для уменьшения неопределенности порога срабатывания компаратора реализован метод Гетти (скользящей шкалы) [2]. An ADC is also known in which, to reduce the uncertainty of the threshold of the comparator, the Getty method (sliding scale) is implemented [2].

В этом преобразователе для достижения требуемой точности используется большее число преобразований. При этом значительно увеличивается время преобразования, что является существенным недостатком этого метода. In this converter, a greater number of transformations are used to achieve the required accuracy. This significantly increases the conversion time, which is a significant drawback of this method.

В АЦП шумы влияют на процесс преобразования входного сигнала U(вх) в выходной код, внося случайную погрешность. В АЦП поразрядного уравновешивания случайная погрешность возникает из-за ложного срабатывания сравнивающего устройства и особенно влияет на процесс преобразования в моменты определения младших разрядов. Уменьшить влияние случайной погрешности можно, если применить статистическую обработку, которая заключается в том, что берется N результатов АЦ-преобразования и вычисляется их математическое ожидание. Этот способ в N раз увеличивает время преобразования АЦП. In the ADC, the noise affects the process of converting the input signal U (I) to the output code, introducing a random error. In the bit-by-bit ADC, a random error arises due to the false operation of the comparison device and especially affects the conversion process at the moments of the determination of the least significant bits. The influence of random error can be reduced if statistical processing is applied, which consists in the fact that N results of the AD conversion are taken and their mathematical expectation is calculated. This method N times increases the conversion time of the ADC.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) является АЦП, содержащий основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), схему суммирования, сравнивающее устройство, регистр последовательных приближений, генератор тактовых импульсов, дополнительный ЦАП, RS-триггер, элемент ИЛИ, регистр со схемами переноса единицы. [3]. В данном АЦП осуществляется коррекция динамической погрешности от переходного процесса, возникающего при установлении компенсирующего напряжения старших разрядов основного ЦАП. АЦП по сравнению с известными обеспечивает более высокой быстродействие, так как из цепи последовательных приближений исключается регистр, т.е. сокращается элементарный такт АЦП. The closest in technical essence (prototype) is an ADC containing the main digital-to-analog converter (DAC), a summing circuit, a comparing device, a register of successive approximations, a clock pulse generator, an additional DAC, an RS-trigger, an OR element, a register with unit transfer circuits. [3]. In this ADC, the dynamic error correction from the transient process that occurs when the compensating voltage of the upper bits of the main DAC is established is carried out. The ADC, in comparison with the known ones, provides higher performance, since the register is excluded from the chain of successive approximations, i.e. reduced the clock cycle of the ADC.

Недостатком АЦП является слабая помехозащищенность, вследствие чего вносится случайная погрешность в результат АЦ-преобразования. The disadvantage of the ADC is the low noise immunity, as a result of which a random error is introduced into the result of the AD conversion.

Целью изобретения является увеличение помехозащищенности АЦП поразрядного уравновешивания с помощью алгоритма коррекции случайной погрешности. The aim of the invention is to increase the noise immunity of the ADC of bitwise balancing using the random error correction algorithm.

Цель достигается тем, что в АЦП с коррекцией случайной погрешности, содержащий последовательно соединенные основной ЦАП, блок суммирования, сравнивающее устройство, второй вход которого является входной шиной, регистр последовательных приближений, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительный ЦАП, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования, триггер, элемент ИЛИ, введены элемент задержки, управляемый генератор импульсов, мультиплексор, два элемента И, счетчик, одновибратор, элемент НЕ, два формирователя импульсов, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым информационным входом мультиплексора и подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход соединен со счетным входом счетчика, вход установки в ноль которого объединен с управляющим входом управляемого генератора импульсов и подключен к выходу одновибратора, а выход переполнения соединен с вторым информационным входом мультиплексора, управляющий вход которого объединен с первым входом второго элемента И и подключен к выходу триггера, R- и S-входы которого соединены соответственно с выходом "Конец преобразования" и выходом старшего разряда группы младших разрядов регистра последовательных приближений, выходы группы старших и младших разрядов которого являются выходной шиной и соединены с соответствующими входами основного ЦАП, причем второй вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом одновибратора, выход управляемого генератора импульсов соединен с входом первого формирователя импульсов, через элемент задержки с входом дополнительного ЦАП, а через элемент НЕ с входом второго формирователя импульсов, при этом выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра последовательных приближений. The goal is achieved by the fact that in an ADC with random error correction, containing a series-connected main DAC, a summing unit, a comparing device, the second input of which is an input bus, a sequential approximation register, the clock input of which is connected to the output of a clock generator, an additional DAC whose output connected to the second input of the summing unit, trigger, OR element, delay element, controlled pulse generator, multiplexer, two AND elements, counter, one-shot, elem ent NOT, two pulse shapers, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the OR element, the output of which is connected to the first input of the first AND element, the second input of which is combined with the first information input of the multiplexer and connected to the output of the comparison device, and the output is connected to the counting input a counter, the zero input of which is combined with the control input of the controlled pulse generator and is connected to the output of the one-shot, and the overflow output is connected to the second information input of the multiplexer, the control input of which is combined with the first input of the second And element and is connected to the trigger output, the R- and S-inputs of which are connected respectively to the “End of conversion” output and the high-order output of the group of the least significant bits of the register of successive approximations, the outputs of the group of the highest and lowest bits of which are output bus and connected to the corresponding inputs of the main DAC, with the second input of the second element And connected to the output of the clock generator, and the output to the input of a single vibrator, the output is controlled by the pulse generator is connected to the input of the first pulse shaper, through the delay element with the input of the additional DAC, and through the element NOT with the input of the second pulse shaper, while the output of the multiplexer is connected to the information input of the sequential approximation register.

Сравнение известных технических решений с заявленным АЦП показало, что его существенными отличительными признаками является наличие совокупности новых узлов и связей. Новые узлы: элемент задержки, управляемый генератор импульсов, мультиплексор, два элемента И, счетчик, одновибратор, элемент НЕ, два формирователя импульсов. Новые функциональные связи: выходы двух формирователей импульсов соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым информационным входом мультиплексора и подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход соединен со счетным входом счетчика, вход установки в ноль которого объединен с управляющим входом управляемого генератора импульсов и подключен к выходу одновибратора, а выход переполнения соединен с вторым информационным входом мультиплексора, управляющий вход которого объединен с первым входом второго элемента И и подключен к выходу триггера, R- и S -входы которого соединены соответственно с выходом "Конец преобразования" и выходом старшего разряда группы младших разрядов регистра последовательных приближений, выходы группы старших и младших разрядов которого являются выходной шиной и соединены с соответствующими входами основного ЦАП, причем второй вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом одновибратора, выход управляемого генератора импульсов соединен с входом первого формирователя импульсов, через элемент задержки с входом дополнительного ЦАП, а через элемент НЕ с входом второго формирователя импульсов, при этом выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра последовательных приближений. Comparison of known technical solutions with the declared ADC showed that its significant distinguishing features is the presence of a combination of new nodes and connections. New nodes: delay element, controlled pulse generator, multiplexer, two AND elements, counter, one-shot, NOT element, two pulse shapers. New functional connections: the outputs of two pulse shapers are connected to the first and second inputs of the OR element, the output of which is connected to the first input of the first AND element, the second input of which is combined with the first information input of the multiplexer and connected to the output of the comparison device, and the output is connected to the counting input of the counter , the input of which is set to zero, is combined with the control input of a controlled pulse generator and is connected to the output of a single-shot, and the overflow output is connected to the second information input m a duplexer, the control input of which is combined with the first input of the second AND element and is connected to the trigger output, the R- and S-inputs of which are connected respectively to the “End of conversion” output and the high-order output of the low order group of the successive approximation register, the high and low order group outputs which are the output bus and connected to the corresponding inputs of the main DAC, the second input of the second element And connected to the output of the clock generator, and the output to the input of the one-shot, output a controlled pulse generator is connected to the input of the first pulse shaper, through the delay element with the input of the additional DAC, and through the element NOT with the input of the second pulse shaper, while the output of the multiplexer is connected to the information input of the sequential approximation register.

Технические решения со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружены, следовательно, предложенный АЦП обладает существенными отличиями и соответствует критерию новизны. No technical solutions with similar distinctive features were found in the patent and scientific literature, therefore, the proposed ADC has significant differences and meets the novelty criterion.

Введение новых узлов и новых функциональных связей обеспечивает увеличение помехозащищенности АЦП за счет коррекции случайной погрешности, которая осуществляется с помощью статистической обработки компенсирующего напряжения, проводимой при определении каждого младшего разряда. The introduction of new nodes and new functional relationships provides an increase in the ADC noise immunity due to the correction of a random error, which is carried out by means of the statistical processing of the compensating voltage carried out in the determination of each low order bit.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого АЦП, которая содержит основной ЦАП 1, блок 2 суммирования, сравнивающее устройство 3, регистр 4 последовательных приближений, генератор 5 тактовых импульсов, дополнительный ЦАП 6, RS-триггер 7, элемент ИЛИ 8, элемент 9 задержки, управляемый генератор 10 импульсов, мультиплексор 11, первый 12 и второй 13 элементы И, счетчик 14, одновибратор 15, элемент НЕ 16, первый 17 и второй 18 формирователи импульсов. Основной ЦАП 1, блок 2 суммирования, сравнивающее устройство 3, второй вход которого является входной шиной, регистр 4 последовательных приближений, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 5 тактовых импульсов, дополнительный ЦАП 6, выход которого соединен с вторым входом блока 2 суммирования, RS-триггер 7, элемент ИЛИ 8 соединены последовательно. Выходы первого 17 и второго 18 формирователей импульсов соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с первым входом первого элемента И 12, второй вход которого объединен с первым информационным входом мультиплексора 11 и подключен к входу сравнивающего устройства 3. Выход элемента И 12 соединен со счетным входом двоичного счетчика 14, вход установки в ноль которого объединен с управляющим входом управляемого генератора 10 прямоугольных импульсов и подключен к выходу одновибратора 15. Выход переполнения двоичного счетчика 14 соединен с вторым информационным входом мультиплексора 11, управляющий вход которого объединен с первым входом второго элемента И 13 и подключен к выходу RS-триггера 7. R- и S-входы RS-триггера 7 соединены соответственно с выходом "Конец преобразования" и выходом старшего разряда группы младших разрядов регистра 4 последовательных приближений, выходы группы старших и младших разрядов которого являются выходной шиной и соединены с соответствующими входами основного ЦАП 1. Второй вход второго элемента И 13 соединен с выходом генератора 5 тактовых импульсов, а выход - с входом одновибратора 15. Выход управляемого генератора 10 импульсов соединен с входом первого формирователя 17 импульсов, через элемент 9 задержки с входом дополнительного ЦАП 6, а через элемент НЕ 16 с входом второго формирователя 18 импульсов. Выход мультиплексора 11 соединен с информационным входом регистра 4 последовательных приближений. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed ADC, which contains the main DAC 1, the summing unit 2, the comparing device 3, the register 4 of successive approximations, the generator 5 clock pulses, the additional DAC 6, the RS-flip-flop 7, the element OR 8, the delay element 9, a controlled generator 10 pulses, multiplexer 11, the first 12 and second 13 elements And, the counter 14, one-shot 15, the element NOT 16, the first 17 and second 18 pulse shapers. The main DAC 1, the summing unit 2, the comparing device 3, the second input of which is the input bus, the sequential approximation register 4, the clock input of which is connected to the output of the clock generator 5, the additional DAC 6, the output of which is connected to the second input of the summing unit 2, RS trigger 7, element OR 8 connected in series. The outputs of the first 17 and second 18 pulse shapers are connected to the first and second inputs of the OR element 8, the output of which is connected to the first input of the first element And 12, the second input of which is combined with the first information input of the multiplexer 11 and connected to the input of the comparison device 3. The output of the element And 12 is connected to the counting input of the binary counter 14, the zero input of which is combined with the control input of the controlled rectangular pulse generator 10 and is connected to the output of the one-shot 15. The binary overflow output the counter 14 is connected to the second information input of the multiplexer 11, the control input of which is combined with the first input of the second element And 13 and connected to the output of the RS-flip-flop 7. The R- and S-inputs of the RS-flip-flop 7 are connected respectively to the output "Transformation end" and the output the highest category of the group of the least significant bits of the register of 4 successive approximations, the outputs of the group of the highest and lowest bits of which are the output bus and connected to the corresponding inputs of the main DAC 1. The second input of the second element And 13 is connected to the output of the generator 5 clock pulses, and the output is with the input of a single-shot 15. The output of the controlled pulse generator 10 is connected to the input of the first pulse shaper 17, through the delay element 9 with the input of the additional DAC 6, and through the element 16 with the input of the second pulse shaper 18. The output of the multiplexer 11 is connected to the information input of the register 4 successive approximations.

Процесс преобразования входного сигнала в выходной код в заявленном АЦП происходит так же, как и в прототипе. Отличие состоит в том, что во время процесса уравновешивания при определении каждого разряда из группы младших разрядов осуществляется статистическая обработка логических сигналов с выхода сравнивающего устройства 3. The process of converting the input signal to the output code in the claimed ADC occurs in the same way as in the prototype. The difference is that during the balancing process, when determining each bit from the group of the least significant bits, statistical processing of logical signals from the output of the comparator 3 is carried out.

Известно, что время установления старших разрядов больше времени установления младших разрядов. Время установления каждого разряда можно определить исходя из допустимой абсолютной погрешности АЦП и веса каждого разряда. Абсолютную погрешность установления каждого разряда можно определить как
Δ = Uмакс- U

Figure 00000001
1-e
Figure 00000002
Figure 00000003
. (1)
Исходя из выражения (1) можно по- лучить время Туст, необходимое для установления переходного процесса с заданной приведенной погрешностью γприв:
Δ = Uмакс- Uмакс+ Uмакс· e
Figure 00000004
;
Δ = Uмакс· e
Figure 00000005
;
e
Figure 00000006
=
Figure 00000007
= γприв;
Туст = - τ ˙ ln γприв. (2)
Если учесть, что γ =
Figure 00000008
, то выражение (2) можно упростить следующим образом:
t = Tуст= -τ·ln
Figure 00000009
;
Туст = - τ ˙ ln2-N;
Tуст = N ˙ τ ˙ln2 ≈ 0,69˙N ˙ τ, (3) где N - номер разряда АЦП, причем N = 1, является младшим разрядом, а N = 16 - старшим разрядом (для шестнадцатиразрядного АЦП); τ - постоянная времени переходного процесса в аналоговых узлах АЦП (с); γприв - приведенная погрешность; Uмакс - максимальная амплитуда i-го разряда; Δ - абсолютная погрешность; t, Туст - время, необходимое для установления переходного процесса с заданной погрешностью.It is known that the time for establishing the higher bits is longer than the time for establishing the lower bits. The time of establishment of each discharge can be determined based on the permissible absolute error of the ADC and the weight of each discharge. The absolute error in establishing each category can be defined as
Δ = U max - U
Figure 00000001
1st
Figure 00000002
Figure 00000003
. (1)
Based on the expression (1), we can obtain the time T mouth necessary to establish a transient process with a given reduced error γ priv :
Δ = U max - U max + U max · e
Figure 00000004
;
Δ = U max
Figure 00000005
;
e
Figure 00000006
=
Figure 00000007
= γ priv ;
T mouth = - τ ˙ ln γ pref . (2)
Given that γ =
Figure 00000008
, then expression (2) can be simplified as follows:
t = T mouth = -τ
Figure 00000009
;
T mouth = - τ ˙ ln2 -N ;
T mouth = N ˙ τ ˙ln2 ≈ 0.69˙N ˙ τ, (3) where N is the ADC bit number, with N = 1, is the least significant bit, and N = 16 is the most significant bit (for sixteen-bit ADC); τ is the time constant of the transient in the analog nodes of the ADC (s); γ priv - reduced error; U max - the maximum amplitude of the i-th discharge; Δ is the absolute error; t, T mouth - the time required to establish a transition process with a given error.

Так как период тактовых импульсов не изменяется, то после установления каждого разряда из группы младших разрядов остается дополнительное время
Тдоп i = Т - Туст i, где Т - период тактовых импульсов; Туст i - время, необходимое для установления переходного процесса i -го разряда с заданной погрешностью (фиг. 2).
Since the period of the clock pulses does not change, after the establishment of each bit from the group of the least significant bits, additional time remains
T add i = T - T mouth i , where T is the period of clock pulses; T mouth i - the time required to establish the transition process of the i-th discharge with a given error (Fig. 2).

Дополнительное время Тдоп i используется для статистической обработки компенсирующего напряжения Uк путем обработки логических сигналов с выхода сравнивающего устройства 3. Во время Тдоп i на компенсирующее напряжение U(к), содержащее случайную помеху, накладывается с выхода дополнительного одноразрядного ЦАП 6 посредством блока 2 суммирования прямоугольный сигнал с весом, равным весу самого младшего разряда. При этом на выходе сравнивающего устройства появляется последовательность логических "0" и "1", с помощью которой можно определить "выше" или "ниже" порога срабатывания сравнивающего устройства 3, находится среднее значение компенсирующего напряжения U(к) с наложенным шумом и, следовательно, достоверное значение логического сигнала на входе регистра 4 последовательных приближений (фиг. 3).The extra time T add i is used for statistical processing of the compensating voltage U k by processing the logic signals from the output of the comparator 3. During T add i, the compensating voltage U (k) containing random noise is superimposed from the output of the additional single-bit DAC 6 via block 2 summing a rectangular signal with a weight equal to the weight of the least significant bit. At the same time, a sequence of logical “0” and “1” appears at the output of the comparator device, with the help of which it is possible to determine “above” or “below” the threshold of operation of the comparator 3, the average value of the compensating voltage U (k) with the superimposed noise is found, and therefore , the reliable value of the logical signal at the input of the register 4 consecutive approximations (Fig. 3).

Процесс происходит следующим образом. The process is as follows.

При включении старшего разряда из группы младших разрядов регистра 4 последовательных приближений триггер 7 переключается из "0" в "1". При этом мультиплексор 11 отключает вход регистра 4 последовательных приближений от выхода сравнивающего устройства 3 и подключает его к выходу двоичного счетчика 14. После переключения триггера 7 из "0" в "1" разрешается прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 5 тактовых импульсов через элемент И 13 на вход одновибратора 15. На инвертирующем выходе одновибратора 15 по положительному перепаду тактового импульса формируется управляющий сигнал Тупр, длительность которого равна Тупр = Т - Туст, где Т - перепад тактовых импульсов, Туст- время установления старшего разряда из группы младших (фиг. 4). Управляющий сигнал Тупр включает ждущий генератор 10 прямоугольных импульсов и разрешает работу двоичного счетчика 14. На компенсирующее напряжение U(к) накладывается прямоугольный сигнал с выхода дополнительного ЦАП 6 с весом, равным весу самого младшего разряда, и частотой
FГИI0=

Figure 00000010
, (4) где К - число импульсов с выхода ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов за время, равное
Тупр = Т - Туст.
Компенсирующее напряжение U(к) вместе с наложенным прямоугольным сигналом в некоторые моменты времени больше или равно порогу срабатывания сравнивающего устройства 3, что вызывает его переключение из одного логического состояния в другое. Если при этом по каждому перепаду сигнала с выхода ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов через равные промежутки времени фиксируется логический уровень на выходе сравнивающего устройства 3, то по характеру полученной за время действия управляющего сигнала Тупр последовательности "0" и "1" можно сделать следующие выводы.When the senior bit is turned on from the group of lower digits of the register of 4 consecutive approximations, trigger 7 switches from "0" to "1". In this case, the multiplexer 11 disconnects the input of the register of 4 successive approximations from the output of the comparing device 3 and connects it to the output of the binary counter 14. After switching the trigger 7 from "0" to "1", the passage of clock pulses from the output of the generator 5 clock pulses through the element And 13 the input of the monostable 15. at the inverting output of monostable 15 to the positive differential clock pulse generated control signal Ctrl T, whose duration is T = T simp - T mouth, where T - differential clock pulses T mouth - the time of establishment of the senior level from the group of younger ones (Fig. 4). The control signal T control includes a standby generator 10 of rectangular pulses and allows the binary counter 14. The compensating voltage U (k) is superimposed on a rectangular signal from the output of the additional DAC 6 with a weight equal to the weight of the least significant bit and frequency
F GII0 =
Figure 00000010
, (4) where K is the number of pulses from the output of the waiting generator 10 rectangular pulses in a time equal to
T control = T - T mouth.
The compensating voltage U (k) together with the superimposed rectangular signal at some points in time is greater than or equal to the threshold of operation of the comparison device 3, which causes it to switch from one logical state to another. If at the same time for each difference in signal from the output of the waiting generator 10 rectangular pulses at regular intervals, a logic level is fixed at the output of the comparator 3, then by the nature of the sequence “0” and “1” obtained during the operation of the control signal T control , we can draw the following conclusions .

Если количество логических "1" на выходе сравнивающего устройства 3 больше или равно количеству логических "0", то среднее значение компенсирующего напряжения

Figure 00000011
(к) принимается больше порога срабатывания сравнивающего устройства 3 и в регистр 4 последовательных приближений записывается логическая "1".If the number of logical "1" at the output of the comparator 3 is greater than or equal to the number of logical "0", then the average value of the compensating voltage
Figure 00000011
(k) more than the threshold of the comparison device 3 is received and the logical "1" is written in the register 4 of successive approximations.

Если количество логических "1" на выходе сравнивающего устройства 3 меньше количества логических "0", то в регистр 4 последовательных приближений записывается логический "0". If the number of logical "1" at the output of the comparing device 3 is less than the number of logical "0", then the logical "0" is written to the register 4 of successive approximations.

Функцию сравнения количества логических "0" и "1" выполняет двоичный счетчик 14. Он подсчитывает количество логических "1", приходящих с выхода сравнивающего устройства 3 за время действия управляющего сигнала Тупр. К примеру, если счетчик двоичный четырехразрядный и имеет выходы с весом 1-2-4-8, то на выходе с весом "8" логическая "1" появляется только после поступления на вход счетчика девяти импульсов (логическая "1"). Если поступило меньше девяти логических "1", то на выходе счетчика 14 логический "0" и в регистр 4 последовательных приближений записывается логический "0".The binary counter 14 performs the function of comparing the number of logical “0” and “1”. It counts the number of logical “1” coming from the output of the comparing device 3 during the duration of the control signal T control . For example, if the counter is binary four-digit and has outputs with a weight of 1-2-4-8, then at the output with a weight of "8" logical "1" appears only after nine pulses are received at the input of the counter (logical "1"). If less than nine logical “1s” are received, then the output of counter 14 is logical “0” and a logical “0” is written to the register of 4 successive approximations.

Число импульсов наложенного прямоугольного сигнала, поступающего с выхода дополнительного одноразрядного ЦАП 6, вдвое меньше коэффициента пересчета двоичного счетчика 14 и в данном примере составляет К = 8. The number of pulses of the superimposed rectangular signal coming from the output of the additional single-bit DAC 6 is half the conversion factor of the binary counter 14 and in this example is K = 8.

Запись в счетчик 14 производится по положительным и отрицательным перепадам сигнала, поступающего с выхода ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов. Writing to the counter 14 is made on the positive and negative drops of the signal coming from the output of the waiting generator 10 rectangular pulses.

В результате сравнения за время действия управляющего сигнала Тупрна выходе сравнивающего устройства 3 формируется логический сигнал Z по правилу
Z =

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
, (5) где Z - логический сигнал на выходе сравнивающего устройства 3.As a result of the comparison, during the operation of the control signal T control at the output of the comparing device 3, a logical signal Z is generated according to the rule
Z =
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
, (5) where Z is the logic signal at the output of the comparator 3.

Двоичный счетчик 14 фиксирует число событий Z = 1 в дискретные моменты времени, определяемые элементом И 12. После проведения n сравнений на выходе двоичного счетчика 14 возникает логический сигнал Y по правилу
ϒ =

Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000022

Величина Y есть не что иное, как в цифровой форме оценка математического ожидания установившегося значения компенсирующего напряжения U(к) за время действия управляющего сигнала Тупр:
M[U(K)] = lim
Figure 00000023
Figure 00000024
Uj(K) (6)
Время Тдоп, необходимое для статистической обработки компенсирующего напряжения U(к), зависит от времени Тсу3 установления переходных процессов в сравнивающем устройстве 3 и от числа сравнений n, где n = 2К, К - число периодов наложенного прямоугольного сигнала с выхода дополнительного одноразрядного ЦАП 6:
Тдоп = Тсу3 ˙ n = Тсу3 ˙ 2 ˙ К (7)
Исходя из выражения (7), старшим разрядом из группы младших разрядов будет тот разряд, у которого время Тдоп i = Т - Туст i больше или равно времени Тдоп = К ˙ Тсу3, если время Тдоп i определяет, начиная от самого старшего разряда.The binary counter 14 captures the number of events Z = 1 at discrete time instants determined by the element And 12. After n comparisons are made, the output of the binary counter 14 causes a logical signal Y according to the rule
ϒ =
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000022

The value of Y is nothing more than a digital estimate of the mathematical expectation of the steady-state value of the compensating voltage U (k) during the duration of the control signal T control :
M [U (K)] = lim
Figure 00000023
Figure 00000024
U j (K) (6)
The time T add necessary for the statistical processing of the compensating voltage U (k) depends on the time T su3 for the establishment of transients in the comparison device 3 and the number of comparisons n, where n = 2K, K is the number of periods of the superimposed rectangular signal from the output of the additional single-bit DAC 6:
T add = T su3 ˙ n = T su3 ˙ 2 ˙ K (7)
Based on the expression (7), the highest rank from the group of the least significant bits will be that category for which the time T add i = T - T mouth i is greater than or equal to the time T add = K ˙ T su3 , if the time T add i determines, starting from the most senior level.

Минимальное число импульсов наложенного прямоугольного сигнала Кминс выхода дополнительного одноразрядного ЦАП 6 может определить в зависимости от того, с какой доверительной вероятностью Рдов находится среднее значение компенсирующего напряжения U(к):
Kмин=

Figure 00000025
. (8)
К примеру, если в заявленном АЦП используется ЦАП К427ПН2 с временем установления Туст = 10 мкс и основной приведенной погрешностью γприв = 0,0015%, то из выражения (2) находят постоянную времени переходного процесса τ = 0,91 мкс. Отсюда из выражения (3)
Туст 16 = 16˙0,69˙ τ = 10 мкс; Туст 11 = 6,9 мкс;
Туст 15 = 9,4 мкс; Туст 10 = 6,3 мкс;
Туст 14 = 8,7 мкс; Туст 9 = 5,6 мкс;
Туст 13 = 8,2 мкс; Туст 8 = 5,0 мкс;
Туст 12 = 7,5 мкс; Туст 7 = 4,4 мкс;
Туст 6 = 3,8 мкс; Туст 3 = 1,9 мкс;
Туст 5 = 3,1 мкс; Туст 2 = 1,2 мкс;
Туст 4 = 2,5 мкс; Туст 1 = 0,6 мкс.The minimum number of superimposed rectangular pulse signal output from the K m of additional 6-bit DAC can determine depending on from which a confidence level of P rows is the average value of the offset voltage U (k):
K min =
Figure 00000025
. (8)
For example, if the claimed ADC uses the K427PN2 DAC with the establishment time T mouth = 10 μs and the main reduced error γ priv = 0.0015%, then from the expression (2) find the transition time constant τ = 0.91 μs. Hence from the expression (3)
T mouth 16 = 16˙0.69˙ τ = 10 μs; T mouth 11 = 6.9 μs;
T mouth 15 = 9.4 μs; T mouth 10 = 6.3 μs;
T mouth 14 = 8.7 μs; T mouth 9 = 5.6 μs;
T mouth 13 = 8.2 μs; T mouth 8 = 5.0 μs;
T mouth 12 = 7.5 μs; T mouth 7 = 4.4 μs;
T mouth 6 = 3.8 μs; T mouth 3 = 1.9 μs;
T mouth 5 = 3.1 μs; T mouth 2 = 1.2 μs;
T mouth 4 = 2.5 μs; T mouth 1 = 0.6 μs.

Если в качестве сравнивающего устройства 3 взять компаратор К521СА3 с временем установления Тсу3 = 200 нс, причем число импульсов наложенного прямоугольного сигнала с выхода ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов равно К = 16, то время Тдоп, необходимое для статистической обработки компенсирующего напряжения U(к), определяется из выражения (7):
Тдоп = 2˙К˙Тсу3 = 2 ˙16˙0,2 мкс = 6,4 мкс.
If we take K521CA3 comparator as comparing device 3 with the settling time T su3 = 200 ns, and the number of pulses of the superimposed rectangular signal from the output of the waiting generator 10 rectangular pulses is K = 16, then the time T add required for the statistical processing of the compensating voltage U (k ), is determined from the expression (7):
T add = 2˙K˙T su3 = 2 ˙16˙0.2 μs = 6.4 μs.

Время Тдоп i больше Тдоп = 6,4 мкс, начиная с пятого разряда, который следует принять старшим разрядом из группы младших.The time T add i is greater than T add = 6.4 μs, starting from the fifth digit, which should be taken as the senior discharge from the group of the younger ones.

Схема для выделения моментов времени, в течение которых определяется логический уровень на выходе сравнивающего устройства 3, состоит из элемента И 12, элемента И 8, элемента НЕ 16, первого 17 и второго 18 формирователей импульсов. Схема работает следующим образом. Импульсы с ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов поступают на вход первого формирователя 17 импульсов, который формирует короткий импульс по положительному перепаду, и на вход второго формирователя 18 импульсов через элемент НЕ 16, который, в свою очередь, формирует короткий импульс по отрицательному перепаду сигнала с выхода ждущего генератора 10 прямоугольных импульсов. На выходе элемента ИЛИ 8 выделяется сумма коротких импульсов, поступающих с выходов первого 17 и второго 18 формирователей импульсов, которая и определяет моменты времени, в течение которых происходит определение логических уровней на выходе сравнивающего устройства 3 (фиг. 5). A circuit for isolating time points during which a logic level is determined at the output of the comparing device 3 consists of an element 12, an element 8, an element 16, the first 17 and second 18 pulse shapers. The scheme works as follows. The pulses from the standby generator 10 rectangular pulses are fed to the input of the first driver 17 of the pulses, which generates a short pulse from the positive edge, and to the input of the second driver 18 of the pulses through the element HE 16, which, in turn, generates a short pulse from the negative edge of the output signal waiting generator 10 rectangular pulses. At the output of the OR element 8, the sum of the short pulses coming from the outputs of the first 17 and second 18 pulse shapers is selected, which determines the time moments during which the determination of the logical levels at the output of the comparing device 3 (Fig. 5) is performed.

Элемент 9 задержки предназначен для задержки срабатывания дополнительного одноразрядного ЦАП 6 на время, необходимое для выделения моментов времени, в течение которых определяются логические уровни на выходе сравнивающего устройства, и для записи этих логических уровней в двоичный счетчик 14. The delay element 9 is designed to delay the operation of an additional single-bit DAC 6 for the time necessary to highlight the time points during which the logic levels at the output of the comparing device are determined, and to write these logic levels to the binary counter 14.

Claims (1)

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КОРРЕКЦИЕЙ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ, содержащий последовательно соединенные основной цифроаналоговый преобразователь, блок суммирования, сравнивающее устройство, второй вход которого является входной шиной, регистр последовательных приближений, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования, триггер, элемент ИЛИ, отличающийся тем, что в него введены элемент задержки, управляемый генератор импульсов, мультиплексор, два элемента И, счетчик , одновибратор, элемент НЕ, два формирователя импульсов, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым информационным входом мультиплексора и подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход соединен со счетным входом счетчика, вход установки в "0" которого объединен с управляющим входом управляемого генератора импульсов и подключен к выходу одновибратора, а выход переполнения соединен с вторым информационным входом мультиплексора, упрвляющий вход которого объединен с первым входом второго элемента И и подключен к выходу триггера, R- и S-входы которого соединены соответственно с выходом "Конец преобразования" и выходом старшего разряда группы младших разрядов регистра последовательных приближений, выходы группы старших и младших разрядов которого являются выходной шиной и соединены с соответствующими входами основного цифроаналогового преобразователя, причем второй вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом одновибратора, выход управляемого генератора импульсов соединен с входом первого формирователя импульсов, через элемент задержки - с входом дополнительного цифроаналогового преобразователя, а через элемент НЕ - с входом второго формирователя импульсов, при этом выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра последовательных приближений. ANALOG-DIGITAL CONVERTER WITH CORRECTION OF ACCIDENTAL ERROR, comprising a series-connected main digital-to-analog converter, a summing unit, a comparator, the second input of which is an input bus, a serial approximation register, the clock input of which is connected to the output of a clock pulse generator, an additional digital-to-digital with the second input of the summing unit, a trigger, an OR element, characterized in that a delay element is introduced into it, controlled pulse generator, multiplexer, two AND elements, counter, one-shot, NOT element, two pulse shapers whose outputs are connected to the first and second inputs of the OR element, the output of which is connected to the first input of the first AND element, the second input of which is combined with the first information input the multiplexer and is connected to the output of the comparing device, and the output is connected to the counting input of the counter, the input of which is set to “0” and connected to the control input of the controlled pulse generator and is connected to the output of one vibrator, and the overflow output is connected to the second information input of the multiplexer, the control input of which is combined with the first input of the second And element and is connected to the output of the trigger, the R- and S-inputs of which are connected respectively to the output "Transformation end" and the high-order output of the low order group register of successive approximations, the outputs of the group of high and low digits of which are the output bus and are connected to the corresponding inputs of the main digital-to-analog converter, the second input being of the And element is connected to the output of the clock generator, and the output is to the input of a single vibrator, the output of the controlled pulse generator is connected to the input of the first pulse shaper, through the delay element - to the input of an additional digital-to-analog converter, and through the element NOT - to the input of the second pulse shaper, when the output of the multiplexer is connected to the information input of the register of successive approximations.
SU4933105 1991-04-30 1991-04-30 Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision RU2024193C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4933105 RU2024193C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4933105 RU2024193C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2024193C1 true RU2024193C1 (en) 1994-11-30

Family

ID=21572853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4933105 RU2024193C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2024193C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491715C1 (en) * 2012-06-20 2013-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) High-speed analogue-digital-analogue converter with non-clock bitwise balancing

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Приборостроение, 1988, N 11, с.31. *
2. ЕДN, 1987, N 32, N 3, с.139-148, 150, 152, 154. (56) *
3. Авторское свидетельство СССР N 1607076, кл. H 03M 1/46, 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491715C1 (en) * 2012-06-20 2013-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) High-speed analogue-digital-analogue converter with non-clock bitwise balancing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8957802B1 (en) Metastability error detection and correction system and method for successive approximation analog-to-digital converters
US4733220A (en) Thermometer-to-adjacent bindary encoder
WO1990001835A1 (en) Error limiting analog to digital converter
US11962308B2 (en) Successive-approximation register analog-to-digital converter circuit and operating method thereof
CN107040260B (en) Asynchronous successive approximation type analog-to-digital conversion circuit
CN110022155B (en) Asynchronous over-level sampling analog-to-digital converter with sampling threshold changing along with input signal
US3493958A (en) Bipolar analog to digital converter
US4999630A (en) Fast analog-digital converter with parallel structure
US7532139B2 (en) System and method for converting analog values into digital form
US11159171B1 (en) Digital slope analog to digital converter device and signal conversion method
EP0217009A2 (en) Thermometer-to-adjacent binary encoder
RU2024193C1 (en) Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision
US3384889A (en) Hybrid analog to digital converter
US3493964A (en) Analog to digital converter apparatus
Kinniment et al. Low power, low noise micropipelined flash A–D converter
CN110401454B (en) Two-section type concentrated sequence generator for probability calculation
JP3573415B2 (en) Analog-to-digital converter using asynchronous sweep thermometer code
RU2204884C1 (en) Analog-to-digital converter
RU2646356C1 (en) Analogue-to-digital converter
US20240113726A1 (en) Time-interleaved analog to digital converter based on control of counter
JPH0429258B2 (en)
KR880002500B1 (en) High speed a/d converter for 16bit
RU2205500C1 (en) Analog-to-digital converter
RU2019030C1 (en) Voltage-to-code converter
RU2110886C1 (en) Analog-to-digital converter