SU839044A1 - Устройство аналого-цифровогопРЕОбРАзОВАНи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к устройствам преобразовани  формы информации и может быть использовано в вычислительной технике и скоростных системах обработки информации.

Известен аналого-цифровой преобразователь , содержащий в каждом из трех каналов параллельный аналогоцифровой преобразователь (АЦП), регистр и счетчик .

Недостатками этого АЦП  вл ютс  сложность, поскольку требуетс  утроенное количество оборудовани , низка  точность и быстродействие.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий параллельный АЦП, регистр, счетчик, управл емый по частоте генератор сигнала развертки, формирователь строб-импульсов , а кроме того, блок компараторов и импульсно-фазовый детектор 2

Однако данное устройство характеризуетс  сложностью и невысоким быстродействием. Частотна  стабилизаци  параметров сигнала генератора развертки осуществл етс  при помощи дополнительных аиалогошлх блоков. Процесс стабилизации устран ет лишь долговременную нестабильность параметров сигнала развертки по частоте и имеет медленное установление , что требует непрерывной работы преобразовател  либо его предварительной наработки после включени  без использовани  отсчетов , иначе нельз  гарантировать точность преобразовани . Это, также как и неравномерность отсчетов, в р де случаев усложн ет синхронизацию преобразовател  и снижает его быстродействие. Кроме того, быстродействие преобразовател  ограничиваетс  предельной частотой работы счетчика , разр дность которого определ ет врем  генерации сигнала развертки и цикл преобразовани . Длительность цикла преобразовани  пропорциональна , где I/F-TO - длительность кванта времени/ равного периоду частоты счета FO .

Цельизобретени  - повышение быстродействи .

Эта цель достигаетс  тем, что в

5 устройство, содержащее параллельный аналого-цифровой преобразователь, а также счетчик и формирователь стробимпульсов , выходы которых соединены с соответствующими входами регистра, введены многофазный генератор

частоты, дешифратор, управл емый по амплитуде генератор развертки, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала, второй вход подключен к .шине заЬуска, третий вход - к формировател  строб-импульсов, при этом первый выход соединен со входом параллельного ангшого-цифрового .преобразовател , второй выход - с управл ющим входом многофазного генератора частоты и входом установки счетчика, причем первый и второй входы формировател  строб-импульсов подключены соответственно к выходу младшего разр да параллельного аналогоцифрового преобразовател  и второму выходу управл емого генератора развертки , выход многофазного генератора подключен к входу счетчика, а выходы , счетчика и многофазного генератора через регистр и дешифратор подключены к выходным шинам.

При этом yпpaвл e /ый по амплитуде генератор сигнала развертки содержит усилитель, источник тока, управл квдий RS-триггер, переключатель и интегратор , причем выходы усилител  и источника тока подключены к соответствующим входам переключател , к управл ющему входу которого подключен выход RS-триггера, а к выходу подключен и.нтегратор, причем выходы интегратора и триггера  вл ютс  первым и вторым выходами управл емого по амплитуде генератора сигнала развертки, а вход усилител , R и S входы триггера  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим его входами, а управл егФлй многофазный генератор содержит цепочку последовательно соединенных логических элементов, причем выход последнего элемента соединен со входом первого, другие входы элементов объединены и  вл ютс  входом управлени , а выходы элементов  вл ютс  выходами многофазного генератора .

На фиг. 1 представлена блок-схема к-разр дного (, где ,2,3, ...,п, а ,2,3,...,т) аналогоцифрового преобразовател ; на фиг. 2 -временные диаграммы работы преобразовател ; на фиг. 3 - блоксхема управл емого .по амплитуде генератора сигнала развертки; на фиг.4 принципиальна  схема управл емого многофазного генератора частоты.

Шина 1 входного сигнала и шина 2 запуска (фиг. 1)  вл ютс  первым и вторым входами управл емого по амплитуде генератора 3 развертки, третий вход 4 которого подключен к выходу формировател  5 строб-импульсов . Первый выход генератора 3 подключен к входу параллельного (и-разр дного , где п 1,2,3,...п) аналого-цифрового преобразовател  б, выход младшего разр да которого подключен ко входу 7 формировател  5

Второй выход генератора 3 подключен к входу 8 формировател  5, к входу ( установки счетчика 9 и управл квдему входу многофазного генератора 10 частоты . Выход генератора 10 подключен к счетному входу счетчика 9. Выход формировател  5 строб-импульсов подключен к входу стробировани  регистра 11, к управл ющим входам которого подключены выходы параллельного анаQ лого-цифрового преобразовател  б, счетчика 9, многофазного генератора 10. Выходы регистра 11, соответствующие входам регистра, подключенным к выходам преобразовател  б, подключены -к выходным шинам, а выходы

5 регистра 11, соответствующее входам, подключенным к выходам счётчика 9 и генератора 10, подключены к дешифратору 12, выходы которого соединены с соответсвукзщими выходными шинами.

0 Временные диаграммы (фиг. 2) получены при условии, чтои 3, а , причем разр дов образованы на выходах счетчика 9, а разр дов - на выходах многофазного генератора 10J преобразователь б работает в двоичном коде, счётчик 9 работает в коде Гре , число выходов генератора 10 равно четырем, причем на каждом из выходов генератора 10 формируетс  последовательность пр моугольных сигналов с периодом т, сдвинута  по фазе относительно последовательности таких сигналов на предшествующем выходе на дискретность дТ. Дискретность д Т выбираетс  из соотношени  Тр е, где 6 2 , а р число двоичных разр дов, образуемых на выходах многофазного генератора 10.

На фиг. 2 представлены входной

преобразуемый сигнал 13, квантующа 

характеристика 14 преобразовател (б

заштрихованы состо ни  логической

1), сигнал 15 развертки на первом

выходе генератора 3, подключенном к

5 преобразователю б (ТР1 - полное врем  развертки, соответствующее одному кванту характеристики 14, ТР2 - полное врем  развертки, соответствующее установлению амплитуды, равной вход0 ному сигналу 13, на выходе генератора З), сигналы 16 запуска преобразовател , действующие по входу 2 (Г1 и Т2 - мом.нты действи  сигналов 16} , сигналы 17 на выходе формие ровател  5 (ТЗ и Т4 - моменты действи  сигнала 17) , сигналы 18 на втором выходе генератора 3, подключённом ко входу 8 формировател  5 , сигналы 19 на выходах многофазного генератора 10} сигналы 20 и 21, которые

0 соответствуют на выходах счетчика 9; цифровые значени  сигналов 22 с выходов счетчика 9 и генератора 10, запомненные в регистре 11 и продшифрированные дешифратором 12.

Основными элементами параллельного аналого-цифрового преобразовател  б  вл ютс  ( ) компараторов, образующих квантуюцую характеристику 14 (фиг. 2), Диапазон его преобразовани  равен диапазону преобразованй  всего, к-разр дного преобразовател  (фиг. 1).

Управл е1Ый по амплитуде генератор 3 сигнала развертки обеспечивает получение на первом выходе аналоговый сигнал 15 развертки, врем  развертки которого пропорционально амплитуде входного сигнаша 13, в моменты действи  сигнала запуска 16 (моменты Т1 и Т2).

Устройство работает следующим

образом.

Преобразуемый сигнал 13 с.входа 1 поступает на генератор 3. Поскольку до момента Т1 на входе 2 генератора 3 отсутствовал сигнал 16 запуска то сигнал 13 проходит на вход преобразовател  6 и преобразуетс  им в соответствии с характеристикой 14. На втором выходе генератора 3 отсутствует сигнал 18, поэтому формирователь 5 заблокирован по входу 8, счетчик 9 обнулен, генератор 1 также заблокирован, а на входе стробировани  регистра 11 сигналы отсутствуют . На выходах регистра 11 и дешифратора 12 нулейые коды.

В момент Т1 сигнал 16 включает генератор 3 раавертки; на первом выходе его г ерируетс  сигнал 15 развертки, втором - формируетс  сигнал 18. Сигнал 15 развертки в начальный момент Т1 (фиг.2) имеет амплитуду, равную мгновенному значению преобразуемого сигнала 13 в момент Т1. Генераци  сигнала развертки продолжаетс  до момента пересечени  им ближайшего уровн  квантовани  характеристики 14. Сигнал 18 в момент Т1( фиг.2)разблокирует формирователь 5, счётчик 9 и запускает генератор 10,.на выходах которого

формируютс  сигналы 19 и подсчитываютс  счетчиком 9. На выходах счетчика 9 формируютс  сигналы 20 и 21 (фиг. 2),

Максимальному времени развертки

ТР1 соответствует максимальное цифровое значение кода 22-1111 (начина  с младших разр дов). Всем -меньшим промежуточным значени м

сигнала 13, которые могут существовать двум  любыми уровн ми квантовани  характеристики 14, соответствуют меньшие коды 22. В случае совпадени  зн чени  сигнала 13 с одним из уровней квантовани  характеристики 14 в момент запуска устройства сигналом 16 врем  развертки сигнала 15 равно нулю.

В момент пересечени  сигналом 15 развертки ближайшего уровн  квант

вани  характеристики 14 преобразовател  6 на выходе мпадиюго разр да преобразовател  происходит изменение логических уровней сигнала; в момент ТЗ - , в момент (фиг. 2JL В результате действи  этого сигнала по входу 7 формировател  5 на его выходе формируетс  сигнал 17, который стробирует регистр 11 и переключает генератор 3 развертки в режим управлени  входным СИГНсШОМ 13.

Таким образом, сигналом 17 в регистре 11 записываетс  код с выходов многофазного генератора 10 и счетчика 9. Запомненные в регистре сигналы 19-21 дешифрируютс  дешифратором 12. На выходах устройства по вл етс  цифровой код 0111100 дл  значени  преобразуемого сигнала 13 в момент Т1 и 0110010 - в момент Т2 (коды даны начина  с мпадших разр дов ) . Коды состо т из двух частей: код п-разр дов преобразовател  6 (100 дл  Т1 и 010 дл  Т2 код т-разр дов счетчика 9 и генератора 10 (0111 дл  Т1 и ОНО дл  Т2). Код преобразовател  6 отражает целое число дискретностей квантовани , измен ю1ии преобразуемый сигнал 13 в соответствии с характеристикой 14, а код 22 счетчика 9 и генератора 10 отражает целое число квантов Л Т, которое соответствует оставшейс  части значени  сигнала 13. Таким образом, сигнал 13 оказываетс  преобразованным в цифровой K ntт-разр дный код.

В моменты ТЗ и Т4 сигналом 13 производитс  блокировка формировател  5, генератора 10, регистра 11, обнуление счетчика 9. Управл емый генератор развертки 3 переключаетс  в режим управлени  входным сигналом 13, в результате чего на его выходе устанавливаетс  значение сигнап .а развертки, равное значению входного сигнала 13. Максимальное врем  установлени  ТР2 определ етс  параметрами генератора 3 развертки и выбираетс  равным 0,1-0,3 ТР1. Суммарное врем  ТР1 и ТР2 составл ет общее врем  преобразовани , причем оно определ етс  в основном временем ТР1.

Фиксаци  кодов старших и младших разр дов происходит одновременно по сигналу 17 формировател  5. Это означает , что динамические погрешности устройства завис т лишь от апертурной погрешности при считывании в регистр 11 кодов 22 и кодов преобразовател  6.

Выбира  число выходов генератора 10, можно уменьшать дискретность ДТ без уменьшени  периода Т частоты генератора , т.е. увеличивать точность преобразовани  без повьшени  требований к быстродействию счетчика 9 и не увеличива  максимальное врем  генерации ТР1. сигнала 15 развертки. Это

позвол ет сократить также число разрдов счетчика за счет увеличени  числа разр дов, образуемых при кодировании сигналов на выходах генератора 10,

Уменьша  ДТ, можно повышать быстродействие устройства при сохранении его разр дности. По сравнению с известным устройством, счетчик которого также оперирует с периодом Тдчастоты счетных импульсов, в предлагаемом устройстве быстродействие может быть увеличено в 2 2 раз , где i число выходов генератора 10, а р число дв,оичных разр дов, образуемых на выходах генератора 10.

Погрешности линейности преобразовател  определ ютс  лишь кратковременной нестабильностью частоты генератора 10 и сигнала генератора 3 развертки. Учитыва , что максимальное врем  генерации сигнала развертки ТР1 может быть уменьшено в раз, во столько же раз уменьшаетс  вли ние кратковременных нестабильностей , что позвол ет отказатьс  от частотной стабилизации сигнала 15 развертки, резко упростить структуру устройства блоков генератора 3 развертки и многофазного генератора 10.

Блок-схема управл емого по амплитуде генератора сигнала развертки (Лиг. 3} содержит усилитель 23, источник стабильного тока 24, RS-триггер 25, переключатель 26, интегратор 27. Вход 1 усилител  23  вл етс  входом устройства, входы 2 и 4  вл ютс  S и R входами RS-триггера 25, выходы усилител  23 и источника стабильного тока 24 подключены к соответствующим входам переключател  26, управл ющий, вход которого соединен с выходом RS-триггера 25 и подключен к входу 8 формировател  5. Выход переключател  26 через интегратор 27 под1 лючен ко входу преобразовател  6.

Управл емый по амплитуде- генератор 3 сигнала развертки либо пропускает входной сигнал 13, либо вырабаты1вает сигнал 15 (фиг. 2) развертки , амплитудное значение которого определ етс  входным сигналом 13.

Генератор 3 работает следующим образом.

При отсутствии воздействи  сигнала 16 (фиг. 2) по входу 2 на выходе триггера 25 отсутствует сигнал 18. Преобразуемой сигнал со входа 1 через усилитель 23, переключатель 26 поступает на интегратор 27, посто нна  времени которого определ ет врем  ТР2. Установившийс  сигнал, равный входному сигналу 13, поступает далее на преобразователь 6.В момент Т1 сигнал 16 (фиг. 2) действу  по входу 2, переключает его в состо ние логической 1 и на его выходе по вл етс  сигнал 18. В результате действи  того сигнала переключатель 26 (фиг.з) отключает усилитель 23 от интегра1тора 27 и подключает к нему источник стабилизированного тока 24. На выходе интегратора 27 формируетс  сиг , нал 15 развертки (фиг.2К амплитуда которого определ етс  мгновенным значением сигнала 13 в момент Т1. В момент Т2 под действием сигнала 17

О ко входу 4 триггер 25 переключаетс  в состо ние логического О, сигнал 18 на выходе 8 отсутствует. Переключатель 26 отключает источник 24 стабилизированного тока от интегратора 27 и пропускает на и.нтегратор, усиленный усилителем 23, входной преобразуемый сигнал 13.

Выбира  коэффициент усилени  усилител  23, величину тока источника 24,

0 посто нную интегратора 27, можно в широких пределах варьировать времена ТР1 и ТР2. В качестве интегратора 27 может быть использована простейша  RC-цепочка.

с Электрическа  схема управл емого многофазного генератора 10 частоты (фиг. 4) содержит цепочку последовательно включенных логических элементов 28, причем выход последнего подключен ко входу первого, другие

входы элементов объединены и  вл ютс  управл ющим входом генератора, который подключаетс  к входу 8 формировател  5, а выходы  вл ютс  выходами генератора и подключаютс  ко -,

5 входам регистра 11. Кратковременна  относительна  нестабильность частоты такого генератора определ етс  флуктуаци ми задержки элементов 23 и лежит в пределах 10 - 5 10, что

0 позвол ет использовать его в.12-14-ти разр дных преобразовател х по предлагаемой схеме (фиг.. Работа генератора 10 полностью определ етс  временными диаграммами (фиг. 2, сигнас лы 18 и 19J, причем в качестве логических элементов могут быть использованы любые элементы (И, ИЛИ, ИЛИ-Н с учетом необходимых дл  их работы логических уровней сигналов.

При реализации основных узлов

предлагаемого устройства в виде микросхем возможно построение 12-14-ти разр дных преобразователей с частотой преобразовани  до 50 МГц. .

Claims (3)

1. Устройство аналого-цифрового преобразовани , содержащее параллельный аналого-цифровой преобразователь/ счетчик и формирователь строб- импульсов , выходы которых соединены с соответствующими входами регистра, отличающеес  тем, что, с

целью повышени  быстродействи , в него введены управл е1«1й по амплитуде генератор развертки, многофазный генератор частоты и дешифратор, причем первый вход управл емого по амплитуде генератора развертки, соещинен с ишной входного сигнала, второй вход подключен к шине запуска , третий вход подключен к выходу формировател  строб-импульсов, при этом первый выход соединен со входом параллельного аналого-цифрового преобразовател , второй выход соединен с управл юооим входом многофазного генератора частоты и входом установки счетчика, причем первый и второй входы формировател  стробимпульсов подключены соответственно к выходу мпадшего разр да парсшлельного ансшого-цйфрового преобразовател  и второму выходу управл емого генератора развертки, выход многофазного генератора подключен к входу счетчика, а выходы счетчика и мнгофазного генератора через регистр и дешифратор подключены к выходным шинам.

2. Устройство по П.1, о т л и ч ю щ е е с   тем,что yпpaвл e вJй по амплитуде генератор сигнала развертки содержит усилитель, источник тока, управл ющий RS-триггер,- переключатель и интегратор, причем выходы усилител  и источника тока подключены к соответствующим входам переключател , к управл кхцему входу которого подключен выход RS-триггера, а к выходу подключен интегратор, причем выходы интегратора и триггера  вл ютс  первым и вторым выходами управл емого по амплитуде генератора сигнала развертки, а вход усилител , R и S входы триггера  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим его входами.

3. Устройство по п;1, отличающеес  тем, что управл емый многофазный генератор содержит

5 цепочку последовательно соединенных логических элементов, причем выход последнего элемента соединен со входом первого, другие входы элементов объединены и  вл ютс  входом

0 управлени , а выхода элементов  вл ютс  выходс1ми многофазного генератора .

Источники информации4 прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3697978, кл. 340-347, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2671963/21,

кл. Н 03 К 13/02, 1979 (прототип).

ТР1

J5

Л

73

П7ЛТТ

-L. J

5

i

r/

r

o

0 17

/5

/

.AL.

wjiiwmmmm гитт.тт mimmmm mmmmwi

10

an

no

n

91

n

0111016

L.ri.

1... :.-:.

ue.3