SU1267619A1

SU1267619A1 - Аналого-цифровой преобразователь

Info

Publication number: SU1267619A1
Application number: SU843783062A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Грошев
Priority date: 1984-07-02
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1986-10-30

Abstract

Изобретение относитс к радиотехнике и предназначено дл использовани в аналого-цифровых измерительных приборах с автономным питанием . .Изобретение позвол ет .уменьшить потребл емую мощность и повысить надежность. Это достигаетс тем, что вместо сложного источника опорного напр жени используетс один источник 17 питани , который с помощью переключающего элемента,транзистора 13, резистора 7, ключа 6 подключаетс к второму входу интегратора 5, который через усилитель 10 управл ет КМОП-инвертором 1I. Интегратор 5 и усилитель 10 выполнены инвертирующими. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в аналого-цифровых измерительных приборах с автономным питанием.

Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности и повышение надежности.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первую и вторую входные' шины 1 и 2, токоограничивающий элемент- на резисторе 3, ключ 4, интегратор 5, ключ 6, токоограничивающие элементы на резисторах 7, 8 и 9, усилитель 10, КМОПинвертор 1 1, токоограничивающйй элемент на резисторе 12, пороговый элемент, выполненный на транзисторе 13, диод 14, токоограничивающие элементы на резисторах 15 и 16, источник 17. питания, триггер 18, счетчик 19 импульсов, тактовый генератор 20, регистр 21, интегратор 5 и усилитель выполнены инвертирующими, а источник 17 является опорным.

Устройство работает следующим образом.

В первом такте интегрирования замкнут.ключ 4, и если входное напряжение U_к преобразователя отлично от нуля, конденсатор интегратора 5 начинает заряжаться. Коэффициент усиления усилителя 10 выбирается достаточно большим, поэтому практически с началом первого такта интегрирования он попадает в режим насыщения, при этом фазы передачи сигна,ла интегратором 5 и усилителем 10 выбраны таким образом, что полярность сигнала на выходе усилителя 10 всегда совпадает с полярностью входного напряжения U_x.

ι .

Счетчик 19 непрерывно производит подсчет импульсов тактового генератора 20 и в момент возвращения в нулевое состояние переключает триггер 18. При этом размыкается ключ 4, замыкается ключ 6 и первый вход интегратора через резистор 7 подключается к выходу КМОП-инвертора 11«Поскольку напряжение насыщения усилителя 10 близко к напряжению питания, одно из плеч КМОП-инвертора 11 оказывается замкнутым, причем напряже-. ние на выходе КМОП-инвертора 11 всегда имеет полярность, противоположную полярности U_x, и интегратор 5 начинает разряжаться.

положитель ных отрицательных интеграто1267619 ²

При равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9 разрядный ток интегратора составляет ⁵ V 27^;ё;) ~^для

- значений U_y;

^If 2(ΙΧ) ' значений, где Ip - разрядный ток ра 5;

U_n - выходное напряжение источ15 ника 17;

R₍₅ - сопротивления резисторов 7, 12 и 15 соответственно.

Из приведенных выражений следу20 ет, что функции источника опорного напряжения в АЦП выполняет источник 17 питания.

Сопротивление резисторов 12 и 15 выбирается таким,чтобы обеспечива25 лось неравенство

V W^Rl5 ^ио> где UQ - падение напряжения на переходе база-эмиттер транзис³⁰ тора 13.

Выполнение этого соотношения гарантирует правильное функционирование .порогового элемента на транзисторе 13, который в теченйе всего 35 времени, пока насыщен усилитель 10, находится в состоянии отсечки.

При возвращении интегратора 5 в начальное состояние усилитель 10 выходит из режима насыщения и КМОПi 40 инвертор 11 попадает в активный режим. При этом интегратор 5, усилитель 10 и КМОП-инвертор 11 оказыва: ются охваченными отрицательной обратной связью через резистор 7. На45 лйчие такого режима позволяет исключить разрядный ключ для емкости интегратора, а также устраняет влияние сдвига и дрейфа усилителя 10 на точность преобразования.

Переход КМОП-инвертора 11 в линейный режим сопровождается резким возрастанием его сквозного тока, напряжения на резисторах 12 и 15 увеличиваются, и транзистор 13 ока55 зывается в состоянии насыщения. Полярность возникающего на коллекторе этого транзистора перепада не зависит от полярности U_x и является им3

1267619 4 пульсом записи для регистра 21, в который записывается код, находящийся в счетчике 19 к моменту уравновешивания.

Диод 14 служит для симметричного с базо-эмиттерным переходом транзистора 13 ограничения напряжения на резисторе 15.

Такой алгоритм преобразования позволяет питать АЦП от одного общего источника опорного напряжения, поскольку не предполагает никаких токов., замыкающихся на вторую входную шину преобразователя. Перепад коллекторного напряжения транзистора 13.всегда может быть согласован с входными уровнями цифровой логики любого типа, питаемой от источника 17. Однако наиболее целесообразным является применение цифровой логики КМОП-типа, обеспечивающей минимальное токопотребление при достаточном быстродействии.

Claims

Изобретение относитс к радиотехнике и предназначено дл использовани в аналого-цифровых измерительных приборах с автономным питанием. Цель изобретени - уменьшение потребл емой мощности и повьш1ение надежности . На чертеже изображена функциональна схема устройства. Устройство содержит первую и вторую входные шины 1 и 2, токоограничивающий элемент- на резисторе 3, ключ 4, интегратор 5, ключ 6, токоограничивашщие элементы на резисторах 7, 8 и 9, усилитель 10, КМОПинвертор 11, токоограничивающйй элемент на резисторе 12, пороговый эле мент, выполненный на транзргсторе 13, диод 14, токоограничивающие эле менты на резисторах 15 и 16, источник 17. питани , триггер 18, счетчик 19 импульсов, тактовый генератор 20 регистр 21, интегратор 5 и усилитель выполнены инвертирующими, а ис точник 17 вл етс опорным. Устройство работает следующим об разом. В первом такте интегрировани замкнут, ключ 4, и если входное напр жение и.( преобразовател отлично от нул , конденсатор интегратора 5 начинает зар жатьс . Коэ(1)фициент усилени усилител JO выбираетс достаточно больщиМ} поэтому практически с началом первого такта интег рировани он попадает в режим насыщени , при .этом фазы передачи сигна . ла интегратором 5 и усилителем 10 выбраны таким образом, что пол рность сигнала на выходе усилител 1 всегда совпадает с пол рностью вход ного напр жени U. 1 Счетчик 19 непрерывно производит подсчет и шульсов тактового генератора 20 и в момент возвращени в нулевое состо ние переключает триггер 18, При этом размыкаетс ключ 4 замыкаетс ключ 6 и первый вход интегратора через резистор 7 подключа етс к выходу 1 МОП-инвертора 11 .Поскольку напр жение насыщени усилител 10 близко к напр жению питани одно из плеч КМОП-инвертора 1 1 сэка зываетс замкнутьш, причем напр жение на выходе КМОП-инвертора 1 1 все да имеет пол рность, противоположную пол рности U)( , и интегратор 5 н чинает разр жатьс . 92 При равенстве сопротивлений реисторов 8 и 9 разр дный ток инегратора составл ет , Un IP положительных г V 7 15 начений 1р « отрицательных г /дк.у+к. наченш, де 1р - разр дный ток интегратора 5; и - выходное напр жение источника 17; R , - сопротивлени резисторов 7, 12 и 15 соответственно. Из прив.еденных выражений следует , что функции источника опорного напр жени в АЦП выполн ет источник 7 питани . Сопротивление резисторов 12 и 15 выбираетс таким чтобы обеспечивалось неравенство If- VIp-« 5 U где Ug - падение напр жени на переходе база-эмиттер транзистора 13, Выполнение этого соотношени гарантирует правильное функционирова- ; ние .порогового элемента на транзисторе 13, который в течение всего времени, пока насыщен усилитель 10, находитс в состо нии отсечки, При возвращении интегратора 5 в начальное состо ние усилитель 10 выходит из режима насыщени и КМОПинвертор 1 попадает в активный режи 4 . При этом интегратор 5, усилитель 10 и КМОП-инвертор 11 оказываютс охваченными отрицательной обратной св зью через резистор 7, Налйчие такого режима позвол ет исключить разр дный ключ дл емкости интегратора, а также устран ет вли ние сдвига и дрейфа усилител 10 на точность преобразовани , Переход КМОП-инвертора 11 в линейный режим сопровождаетс резким возрастанием его сквозного тока, напр жени на резисторах 12 и 15 увеличиваютс , и транзистор 13 оказываетс в состо нии насыщени . Пол рность возникающего на коллекторе этого транзистора перепада не зависит от пол рности и и вл етс им3 пульсом записи дл регистра 21, в торьй записываетс код, наход щийс в счетчике 19 к моменту уравновешивани . Диод 14 служит дл симметричног с базо-эмиттерным переходом транзистора 13 ограничени напр жени резисторе 15, Такой алгоритм преобразовани позвол ет питать АЦП от одного общего источника опорного напр жени поскольку не предполагает никаких токов., замыкающихс на вторую входную шину преобразовател . Перепад коллекторного напр жени транзистора 13.всегда может быть согласован с входными уровн ми цифровой логики любого типа, питаемой от источника 17, Однако наиболее целесообразным вл етс применение цифровой логики КНОП-типа, обеспечивающей минимальное токопотребление при достаточном быстродействии. Формула изобретени Аналого-цифровой преобразователь содержащий токоограничивающие элементы , выполненные на резисторах, интегратор, первьш вход которого через первый и второй ключи соединен соответственно с первыми выходами первого и второго резисторов, второ вывод первого резистора вл етс пе вой входной шиной, усилитель, первый вход которого соединен с выходом интегратора, триггер, пр мой и инв.ерсный выходы которого соединены соответственно с управл ющими входа ми второго и первого ключей, счетный вход соединен с выходом старшего разр да счетчика импульсов, вы 194 ходы всех разр дов которого соединены с соответствующими информационными входами регистра, управл ющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, а выходы вл ют ; выходными шинами, тактовый генератор , выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, источник питани , о т л и ч а ющ и и с тем, что, с целью уметгь-. шенн потребл емой мощности и повышени ггадежностп путем упрощени , введены третий, четвертый, п тый, шестой и седьмой токоограничивающие элеметгты, выполненные на резисторах, диод, КМОП-инвертор, а пороговый элемент выпол1 ен на транзисторе, коллектор которого вл етс выходом порогового элемента и через третий резистор соединен с объединенными первым выходом источника питани , первыми выводами четвертого и п того резисторов, катодом диода, вторыми входами интегратора и усилител ,эмиттер транзистора соединен с объединенными вторым выходом источника питани , первыми вывoдa нI шестого и седьмого резисторов, третьими в-хода- ми интегратора и усилител , база транзистора соединена с вторым выводом шестого резистора и первым входом КМОП-инвертора, второй вход которого соединен с выходом усилител , третий вход - с анодом диода и вторым выводом четвертого резистора, а выход соединен с вторым выводом второго резистора, вторые выводы п того и седьмого резисторов соединены с вторым входом интегратора и вл ютс второй входной шиной, причем интегратор и усилитель вьшолнены инвертирующими ,