RU2485680C1 - Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном - Google Patents
Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485680C1 RU2485680C1 RU2012100819/08A RU2012100819A RU2485680C1 RU 2485680 C1 RU2485680 C1 RU 2485680C1 RU 2012100819/08 A RU2012100819/08 A RU 2012100819/08A RU 2012100819 A RU2012100819 A RU 2012100819A RU 2485680 C1 RU2485680 C1 RU 2485680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital converter
- input
- output
- dynamic range
- code
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах оперативного контроля для измерения аналоговых величин. Техническим результатом является обеспечение возможности оперативного изменения коэффициентов передачи масштабирующего устройства аналого-цифрового преобразователя с расширенным динамическим диапазоном в зависимости от уровня преобразуемого напряжения и формирования выходного кода, соответствующего установленному коэффициенту передачи. Устройство содержит масштабирующее устройство, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, аналого-цифровой преобразователь с фиксированным диапазоном, устройство выбора поддиапазонов, число компараторов которого выбирается на единицу меньше числа поддиапазонов, преобразователь кода. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям (АЦП), и может быть использовано в цифровых системах оперативного контроля для измерения аналоговых величин.
Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий микроконтроллер со встроенным аналоговым компаратором, биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к плюсу источника питания, конденсатор, подключенный к коллектору транзистора и к неинвертирующему входу аналогового компаратора, четыре резистора, из которых первый включен между базой транзистора и дискретным выходом микроконтроллера, а второй, третий и четвертый - соединены первыми выводами в общую точку, которая подключена к инвертирующему входу аналогового компаратора, при этом вторые выводы второго и третьего резисторов подключены к дискретным выходам микроконтроллера, а на второй вывод четвертого резистора подается преобразуемое напряжение (AVR401: 8-битный прецизионный аналого-цифровой преобразователь http://www.electroclub.fatal.rn/RusAVR/Doc/Examples/AVR401/AVR401.htm).
Недостатком описанного устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью проведения вычислений для нахождения выходного кода и возрастающим временем преобразования сигнала при увеличении преобразуемого напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности к достигаемому результату (прототипом) является аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном, содержащий масштабирующее устройство, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, на один из входов которого подается преобразуемое напряжение, а выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном. При этом масштабирующее устройство выполнено в виде усилителя, коэффициенты передачи которого, не зависящие от уровня преобразуемого напряжения, задаются программатором посредством внешних цепей цифрового интерфейса (http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/82672/BURR-BROWN/ADS1256.html).
Недостатком описанного аналого-цифрового преобразователя с расширенным динамическим диапазоном является невозможность оперативного изменения коэффициентов передачи масштабирующего устройства в зависимости от уровня преобразуемого напряжения и отсутствие учета коэффициента передачи масштабирующего устройства в выходном коде.
Предлагаемым изобретением решается задача установки в реальном масштабе времени коэффициентов передачи масштабирующего устройства аналого-цифрового преобразователя с расширенным динамическим диапазоном в зависимости от уровня преобразуемого напряжения и формирования выходного кода, соответствующего установленному коэффициенту передачи.
Для достижения указанного технического результата аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном, содержащий масштабирующее устройство, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, на один из входов которого подается преобразуемое напряжение, а выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном, снабжен устройством выбора поддиапазонов, число компараторов которого выбирается на единицу меньше числа поддиапазонов, соединенным с преобразователем кода, при этом в устройстве выбора поддиапазонов на первый вход каждого компаратора подается преобразуемое напряжение, на второй вход - опорное напряжение, соответствующее поддиапазону, а выход подключен соответственно к одному из группы входов масштабирующего устройства и одному из входов первой группы преобразователя кода, ко второй группе входов которого подключены выходы разрядов аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном.
Автоматический выбор коэффициента передачи для преобразования быстро меняющихся величин в широком динамическом диапазоне за одно преобразование и приведение выходного кода в соответствие с выбранным коэффициентом передачи масштабирующего устройства достигается наличием устройства выбора поддиапазонов, число компараторов которого выбирается на единицу меньше числа поддиапазонов, соединенного с преобразователем кода, при этом в устройстве выбора поддиапазонов на первый вход каждого компаратора подается преобразуемое напряжение, на второй вход - опорное напряжение, соответствующее поддиапазону, а выход подключен соответственно к одному из группы входов масштабирующего устройства и одному из входов первой группы преобразователя кода, ко второй группе входов которого подключены выходы разрядов аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показана структурная схема АЦП с расширенным динамическим диапазоном; на фиг.2 - схема реализации масштабирующего устройства. Кроме того, на фиг.1 и 2 использованы следующие обозначения:
Uвх - преобразуемое напряжение;
K1…Kn-1 - коэффициенты передачи масштабирующего устройства для соответствующих поддиапазонов;
Е1 оп…Еn-1 оп - опорные напряжения, соответствующие поддиапазонам;
Rd0, R1, R2, Rd1…Rd n-1 - резисторы;
D1 - операционный усилитель;
VT1…VTn-1 - полевые транзисторы.
АЦП с расширенным динамическим диапазоном (фиг.1) содержит масштабирующее устройство 1, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, на один из входов которого подается преобразуемое напряжение Uвх, а выход подключен к входу АЦП 2 с фиксированным диапазоном. АЦП с расширенным динамическим диапазоном снабжен устройством 3 выбора поддиапазонов, число компараторов 4 которого выбирается на единицу меньше числа (n) поддиапазонов, соединенным с преобразователем кода 5. При этом в устройстве 3 выбора поддиапазонов на первый вход каждого компаратора 4 подается преобразуемое напряжение Uвх, на второй вход - опорное напряжение Еi оп, где i равен от 1 до n-1, а выход подключен соответственно к одному из группы входов масштабирующего устройства 1 и одному из входов первой группы преобразователя кода 5, ко второй группе входов которого подключены выходы разрядов АЦП 2 с фиксированным диапазоном. Масштабирующее устройство 1, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, содержит (фиг.2) резисторы Rd0, R1, R2, Rd1… Rd n-1, операционный усилитель D1, полевые транзисторы VT1… VTn-1. Операционный усилитель D1, включенный по схеме неинвертирующего усилителя с коэффициентом передачи, равным отношению сопротивлений резисторов (R2+R1)/R1, где резистор R2 включен между инвертирующим входом и выходом D1, a R1 - между инвертирующим входом и общим проводом (корпусом устройства). Выход операционного усилителя D1 является выходом масштабирующего устройства 1. Неинвертирующий вход операционного усилителя D1 соединен с источником преобразуемого напряжения (входом устройства) через добавочный резистор Rd0. К этому же входу D1 через резисторы Rd1…Rdn-1 подключены стоки полевых транзисторов VT1…VTn-1, истоки которых соединены с общим проводом. Транзисторы VT1…VTn-1 выполняют функцию электронных ключей, а резисторы Rd1…Rdn-1 совместно с резистором Rdo образуют делитель напряжения, задающий уровень входного напряжения, поступающего на неинвертирующий вход операционного усилителя D1.
АЦП с расширенным динамическим диапазоном работает следующим образом.
На вход масштабирующего устройства 1 и на первый вход каждого компаратора 4 в устройстве 3 выбора поддиапазонов подается преобразуемое напряжение Uвх, уровень которого соответствует первому поддиапазону. С выхода масштабирующего устройства 1 напряжение Uвх.фикс подается на вход АЦП 2 с фиксированным диапазоном. Двоичный код N, пропорциональный Uвх.фикс=Uвх*K1, где K1 - коэффициент передачи масштабирующего устройства 1 для первого поддиапазона, формируется на выходе разрядов АЦП 2 с фиксированным диапазоном и подается на соответствующий вход второй группы преобразователя кода 5. После того как величина преобразуемого напряжения Uвх сравняется с опорным напряжением E1 компаратора 4 первого поддиапазона, на первом выходе устройства 3 выбора поддиапазонов формируется сигнал управления, а масштабирующее устройство 1 переходит на второй поддиапазон. В этом случае двоичный код N пропорционален Uвх.фикс=Uвх*K2, где K2 - коэффициент передачи масштабирующего устройства 1 для второго поддиапазона. По мере возрастания преобразуемого напряжения Uвх на выходе устройства 3 выбора поддиапазонов формируется код соответствующего i-го поддиапазона, а масштабирующее устройство 1 переходит на соответствующий коду поддиапазона коэффициент передачи. Двоичный код N на выходе АЦП 2 с фиксированным диапазоном в этом случае пропорционален Uвх.фикс=Uвх*Ki, где i - номер поддиапазона, равный от 1 до n.
Соответствие выходного кода АЦП с расширенным динамическим диапазоном входному напряжению Uвх обеспечивает преобразователь кода 5, преобразуя выходной код АЦП 2 с фиксированным диапазоном и код масштабирующего устройства 1 в код, пропорциональный входному напряжению Uвх с неизменным коэффициентом пропорциональности. В качестве преобразователя кода 5 может быть использовано программируемое постоянное запоминающее устройство, в котором выходной код АЦП 2 с фиксированным диапазоном и коэффициент преобразования масштабирующего устройства 1 задают адрес ячеек, хранящих выходной код. Если коэффициенты масштабирования будут кратны 2n, то преобразователь кода может быть выполнен по схеме с жесткой логикой. Вследствие того что поддиапазон измерения задается с помощью компараторов 4 устройства 3 выбора поддиапазонов, то переключение поддиапазона происходит практически мгновенно за исключением времени задержки переключения компараторов, что обусловливает быстродействие АЦП с расширенным динамическим диапазоном. Например, в случае, когда с помощью АЦП с расширенным динамическим диапазоном необходимо преобразовать в цифровой код аналоговую величину X, в частности напряжение, изменяющуюся в зависимости от дополнительных условий в интервалах от 0 до 100 В, до 1 В или до 0.01 В, а АЦП с фиксированным динамическим диапазоном преобразует напряжение Uвх. фикс в диапазоне от 0 до 1 В, тогда для преобразования в код аналоговой величины Х с применением АЦП с расширенным динамическим диапазоном коэффициенты масштабирующего устройства задаются равными соответственно 0.01, 1 и 100, а опорные напряжения двух компараторов - 0,01 и 1 В соответственно. Схема реализации (фиг.2) масштабирующего устройства 1 работает следующим образом. Предположим, на вход устройства 1 подается напряжение, уровень которого соответствует уровню напряжения из первого поддиапазона. Тогда на выходе получим напряжение, равное Uвых=Uвх*Kу, где Kу=(R1+R2)/R1. Когда уровень напряжения сравняется с опорным напряжением E1оп первого компаратора, включается ключ VT1. Тогда уровень напряжения на выходе D1 будет равен Uвых=Uвх*Ky*Rd1/(R0+Rd1) и происходит переключение устройства на работу во втором поддиапазоне. По мере возрастания входного напряжения до опорного напряжения последнего компаратора En-1оп происходит последовательное включение ключей VT1, …, VTn-1. Уровень сигнала на выходе масштабирующего устройства для k-го поддиапазона будет равен:
Uвых=Uвх*Ky*Rd/(Rd0+Rd),
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет осуществлять установки в реальном масштабе времени коэффициентов передачи масштабирующего устройства аналого-цифрового преобразователя с расширенным динамическим диапазоном в зависимости от уровня преобразуемого напряжения и формирования выходного кода, соответствующего установленному коэффициенту передачи.
Claims (1)
- Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном, содержащий масштабирующее устройство, выполненное с фиксированным набором коэффициентов передачи, на один из входов которого подается преобразуемое напряжение, а выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном, отличающийся тем, что он снабжен устройством выбора поддиапазонов, число компараторов которого выбирается на единицу меньше числа поддиапазонов, соединенным с преобразователем кода, при этом в устройстве выбора поддиапазонов на первый вход каждого компаратора подается преобразуемое напряжение, на второй вход - опорное напряжение, соответствующее поддиапазону, а выход подключен соответственно к одному из группы входов масштабирующего устройства и одному из входов первой группы преобразователя кода, ко второй группе входов которого подключены выходы разрядов аналого-цифрового преобразователя с фиксированным диапазоном.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100819/08A RU2485680C1 (ru) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100819/08A RU2485680C1 (ru) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485680C1 true RU2485680C1 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012100819/08A RU2485680C1 (ru) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485680C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110865107A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-06 | 广州商辉仪业智能科技股份有限公司 | 一种氧化还原电极量程的扩展器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1494218A2 (ru) * | 1987-11-02 | 1989-07-15 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Аналого-цифровой преобразователь |
US6373423B1 (en) * | 1999-12-14 | 2002-04-16 | National Instruments Corporation | Flash analog-to-digital conversion system and method with reduced comparators |
US20030102994A1 (en) * | 2001-06-08 | 2003-06-05 | Eric Stimmann | High dynamic range digital converter |
RU2275739C2 (ru) * | 2004-07-23 | 2006-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения |
-
2012
- 2012-01-11 RU RU2012100819/08A patent/RU2485680C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1494218A2 (ru) * | 1987-11-02 | 1989-07-15 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Аналого-цифровой преобразователь |
US6373423B1 (en) * | 1999-12-14 | 2002-04-16 | National Instruments Corporation | Flash analog-to-digital conversion system and method with reduced comparators |
US20030102994A1 (en) * | 2001-06-08 | 2003-06-05 | Eric Stimmann | High dynamic range digital converter |
RU2275739C2 (ru) * | 2004-07-23 | 2006-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110865107A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-06 | 广州商辉仪业智能科技股份有限公司 | 一种氧化还原电极量程的扩展器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5936566A (en) | Auto-reference pseudo-flash analog to digital converter | |
US5675341A (en) | Current-mode parallel analog-to-digital converter | |
WO2016119133A1 (zh) | 一种用于高精度模数转换器中的抖动电路 | |
EP1938455A2 (en) | Providing reference voltage with desired accuracy in short duration to dynamically varying load | |
CN110022062A (zh) | 调节器和操作调节器的方法 | |
Chan et al. | On-chip digital inductor current sensor for monolithic digitally controlled DC-DC converter | |
KR880013330A (ko) | D/a 변환기 | |
Sireesha et al. | Design of low power 0.8 V Flash ADC using TIQ in 90nm technology | |
RU2485680C1 (ru) | Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном | |
US20130328709A1 (en) | Ad converter apparatus, ad converter circuit, and ad conversion method | |
KR20090031184A (ko) | 디지털 투 아날로그 컨버터 | |
US7215268B1 (en) | Signal converters with multiple gate devices | |
Tiwari et al. | Reconfigurable Flash ADC using TIQ technique | |
KR100799312B1 (ko) | 전류 신호처리 회로 및 방법 | |
US20100164768A1 (en) | Providing digital codes representing analog samples with enhanced accuracy while using an adc of lower resolution | |
CN110022110B (zh) | 音圈马达阻尼控制电路 | |
Gupta et al. | A 4-bit, 3.2 GSPS flash analog to digital converter with a new multiplexer based encoder | |
EP2541775B1 (en) | Analog pre-processing circuit for analog-to-digital converters of the folding type | |
Goswami et al. | Reduced comparator high speed low power ADC using 90 nm CMOS technology | |
KR100615708B1 (ko) | 동일한 동작특성을 가지는 복수개의 트랜지스터를이용하는 디지털/아날로그 컨버터 | |
Liang et al. | A 1.5-bit/stage pipeline ADC with FFT-based calibration method | |
Urekar et al. | Low resolution stochastic Flash ADC for high precision energy and RMS voltage measurements for smart grid | |
RU2365033C2 (ru) | Модуль преобразования напряжений постоянного тока в код | |
RU174046U1 (ru) | Аналоговое запоминающее устройство | |
Yu et al. | Low-power 4-bit flash ADC for digitally controlled DC-DC converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170112 |