SU934574A1 - Параллельный аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Description

(54) П РЛЛЛЕЛЬНЬГЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

I

Изобретение относитс  к вычислительной технике.

Известен парал;кльный аналого-цифровой преобразователь, содержащий пара; лельно включенные анализаторы уровн , выполненные на дифференциальных каскадах , и элементы ИЛИ, аналоговый сигнал поступает на входы параллельно включенных анализаторов уровн , причем каждый из них образует на своем выходе логический сигнал, значение которого определ етс  настройкой данного анализатора уро вн  и величиной преобразуемого напр жени , выходные сигналы анализаторов преобразуютс  в обычный двоичный код либо в код Гре  fl.

Недостатком устройства  вл етс  ог раничение по точности, поскольку при увеличении числа цвоичных разр дов, т.е. увеличение точности, число дифференциальных каскадов пропорционально (), где И- число разр дов.

По этой причине число разр дов не более 2-3, что ограничивает точность преобразовател .

Известен парал/ельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий в случае И разр дов И групп компараторов и элементов пам ти, причем общее число компараторе в этом случае составл ет (), а элементов пам ти 2, выходы компараторов подсоединены к управл к 10 щим входам элементов пам ти, тактовые входы которых подсоединены к источнику стробирующего сигнала, а выходы подсоединены к разр дным шинам 2J.

ts

Однако устройство имеет низкую точность преобразовани .

Цель изобретени  - увеличение точности преобразовайи  при упрощении з гройства .

20

Claims (2)

1. Указанна  цель достигаетс  тем, что в параллельный аналого-цифровой преобразователь , содержащий две группы компараторов , элементы пам ти, введены дополнигепьиа  группа компарагоров, исгошики токов смещени , резистивный целитель , пва резн-стора и формирователь импульсов, причем перва  группа компарагоров соцержит (2 ) компараторов и соответственно ( ) элементов naMsfти , втора  группа 2(2 ) компараторов и соответственно () элементов пам ти, дополнительна  группа соцержит (2 ) компараторов, гце :К + р - ц - число разр цов , к - число разр дов, кодируемое Компараторами первой группы, р - число разр дов, кодируемое компараторами второй группы, первые входы компараторов дополнительной группы соединены соот- ветственно с шиной источника преобразуемого напр5И{е1ш , вторые входы поасое цинены к резистивному целителю, первый зажим которого через резистор соединен с общей шиной Устройства,.а через второй резистор соединен с щиной источника стробирующего сигнала, первый и второй зажимы резистивного целител  соединены с выходами исто шиксв тока смещени , выходы компараторов дополнительной груп пы объединены попарно и соединены с входами формировател  импулгэсов, выход Которого соединен со вторыми входами элементов пам ти первой и второй групп Компараторов, стробирующие входы компараторов второй группы соединены соот- ветственно с щиной источника сгробирующего сигнала. В параллельном аналого-цифровом преобразователе шcлa Кир выбираютс  из соотнощений к р цл  четного и и к р + 1 дл  нечетного . В параллельном аналого-цифровом преобразователе формирователь импульсов содержит дополнительный вход управлени  На фиг. I приведена структурна  электрическа  схема устройства J на фиг. 2 временные диаграммы работы устройства Устройство соцержит вход 1 преобразуемого напр жени  U0), вход 2 стробирующего сигнала Е | компараторы 3 5 с пр мым (+)-и 1шверсным (-) входами, образующие соответственно первую, вторую и т ретью группы, элементы 6 пам ти , в частности Т) -триггеры с входами управлени  {D) и тактировани  (С), выходы 7 разр дных шин преобразовател  входы 8 формиршател  импульсов, формирователь 9 импульсов, тактова  шина 10 источники II токов смещени |резистивный делитель 12, резисторы 13 и 14. На фиг. 2 представлены диаграммы, . по. сн ющие работу аналого-цифрового преобразовател , где обозначеньк квантующие характеристики 15 первой группы компараторов 3, квантующа  характеристика 16 второй группы компараторов 4, квантующа  характеристика 17 третьей группы компараторов 5, Е-, - стробирующий сигнал на входе 2, Е - стробирующий сигнал на резисторе 12 преобразуемый сигнал 18, например, в-вице линейно нарастающего напр жени ; А, Б и В - значени  преобразуемого сигнала 18;А , Б и .значени  сигнала Е, соответствующие значени  А, Б, В; А, Б и положени  квантующей характе- ристики 16 в момент преобр азовани  значений А, Б, В сигнала 18; 19 и 20 сигналы на входе 8 и выходе формировател  9 импульсов. Первые входы компараторов 3 и 5 подсоединены к входу 1, а первые входы компараторов 4 - к входу 2. Вторые входы компараторов 3 и 4 подсоецинены к источникам опорныхнапр жений, соответствующих уровн м квантовани , выраженным в цол х UQ , где Uq - максимально возможное значение Ugy, и Ej, , гце EQ- максимально возможное значение Е . Токи смещени  источников 11 устанавливают такими, чтобы реализовать посредством компараторов 5 третьей группы Квантующую характеристику 16. В частном случае они выбираютс  одинаковыми по величине и противоположными по направлению , так что при отсутствии сигналов Е на резисторе 13 - нулевое пацение напр жени , а на последовательно включенных резисторах I2l падение напр жени  опрецел етс  их величиной и соответствует уровн м квантовани  характеристики 16. Аналого-цифровой преобразователь работает слецующим образом. .Предположим, что на вход 1 (фиг. 1) подаетс  сигнал 18 (фиг. 2), а на входе 2- стробирующие сигналы Е, например, треугольной формы. Сигнал 18 квантуетс  компараторами 3в соответствии с квантующими характеристиками 15, а сигнал Е квантуетс  компараторами 4 в соответствии с кван- . тующими характеристиками 17. Резистор 14 обеспечивает пассивное ослабление сигнала Е до величины Е, причем максимальное значение Е равно U , гце К 1,2 ... число двоичных разр дов. Кодируемое компараторами 3 первой группы . Сигналы ЕС выдел ютс  на резисто- ре 13, что приводит к сдвигу квантую5д щей характеристики 16 под его воздейсг QfiQM. Пре образование происхоонг слеаук щим образом. В момент пересечени  характеристикой 16 (совигаемой под действием Е()сигнала 18, например, в точке А, происходит изменение выходных уровней компараторов 5, В этот момент характеристика 16 занимает положение А. Это ириводат к смене уровней Hanps жени  на одном из входов 8 формирова- тел  9. На дополнительном входе 8 формироватеш , 9 при этом отсутствует внешний запрещающий сигнал. При его подаче преобразование прек ращаетс , nt скольку формирователь 9 заблокирован и формирует короткий импульс. Временные диаграммы сигналов на входе (19) и выходе (2О) формировател  9 npetjставлены на фиг. 2, Поскольку выход формировател  9 подключен к тактовой ишне 10, объедин ющей тактовые входы зла ментов 6 пам ти, то происходит па-раллельное и одновременное запоминание квантоввгх значений А и А сигналов 18 и R,. В результате действи  сигнала 2О на выходах элементов 6 пам ти, поцклк . ченных к разр дным шинам, по вл етс  одновременро цифровой эквивалент значени  и хдсигнала 18 в точке .А, кодированный в коде Гре . Конкретное fero значение (от старших разр дов к младшим ) О 1О Ш, что соответствует 13 ква там. Аналогично образуютс  цифровые „ ;, , эквиваленты значений Б и В сигнала 18 которым соответствуют коды О 10 11 (14 квантов) и ИО11 (18 квантсв). Если прин ть дл  рассматриваемого примера преобразовани  UBX точностью п ти двоичных разр дов и что весь диапазон U разбив на кванты с точностью 1/2 1/32, то точное значение UBX в точке А (фиг. 2) составл ет UBX д 0,25 ид+ 0,14 и 0,39 U или 0,39, X 32 кванта 12,5 кванта. Подученное цифровое значение Ugx в точке А отличаетс  от истинного, таким образом, менее чем на 1/32, т.е. менее 1 кванта, вместо 12,5 кванта имеем 13 квантов. Аналогичное положение имеет место и дл  значений Ujx точках Б и В. Суммарный цифровой результат преобразовани  получаетс  как суперпозици  цифровых значений, получаемых при запоминании результатов квантовани  компараторов 3 и 4. В частном случае дл  циЛрового значени  UflX в точке А имеем дл  2 2 разр дов код 010 соот .746 вегстоенно, -а дл  2, .2 разр цов коц Суммарный коц с/коует россмагривать как сумму двух овоишых чисел, кодированных в коое Гре  О ШОО-ЮОО 10 О ЮЮ, котора  образуетс  в момент запоминани  кода и хранитс  до следующего такого момента. При изменении числа разр дов преобразовател  может перераспредел тьс  чиело разр дов, получаемых в первой и вгорой группах, с помощью компараторов 3 и число разр дов преобрааоватеп  выбрано равным И к + р, гце К - число разр дов,, кодируемое компарагорами 3, а р - число разр дов, кодируемое компараторами 4, то число компараторе 3 со ставл ет (2 -I) и соответствующее ему число элементов пам ти составл ет , а число компараторев 4 составл ет 2 ( ) и соответствующее ему число элементов пам ти составл ет , При числе разр дов 3-4 оптимальное распределение между к и р выбираетс  из соотношений к р дл  , где W1 1,2,3 ик р+1шшп 2уу, + 1, Поскольку группа компараторов 5 осу ществл ет сравнение текущей величины входного сигнала U0x с текущим значением сигнала Е, во всем диапазоне , то число компараторов 5, необходимое и достаточное дл  образовани  квантующей, характеристики 16 с учетом заранее выбранного числа разр дов К, составл ет 2 . Момент формировани  короткого „,гг,г,т,оо „о ь , in А импульса на выходе 1О формировател  Q „..,„. ..„.Т :,.„.:.„ ™ 9 соответствует моменту равенства величины аналогового входного сигнала (например в точке А фиг. 21)) и ведичины сигнала, представленного в виде суммы значений сигнала Ej, или, что то же самое, (в точке А на фиг. 2 ему соответствует .или асвивалентное ему значение в точке А ) и квантованного посредством компараторов 3 значени и - Е в точке А (фиг. 2) ему cooTBeTCTByeTUg j 0,25Uoi или в коде Гре  О 10. так как Е квантуетс  одновременно си угруппой компаратфов 4, то в дополнение к квантсжаНному значению U ЕС получаетс  в момент запоминани  одновременно с этим ем и квантованное значение . Точность преобразовани  в целом oпpeдeЛJ етс  точностью квантовани  этих величин, а само преобразование производитс  параллельно . Устройство не критично к форме стробирующего сигнала Е и частоте его повторени . Быстродействие устройства оп79 рецел ютс  только конкретными динамическими характерисгиками примен емых элементов. К элементам не предъ вл ют повышенных требований по точности по сравнению с точностью всего устройства Компараторы 4 могут иметь хуцшую чувствительность, нежели остальные, поскольку они участвуют в преобразовании сигнала , амплитуда которого может быть равна (Ja или выбрана большей. ройство может быть реализовано в виде интегральной схемы с использованием небольшого числа элементов. Формула изобретени  I. Параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий две группы компараторов, сигнальнью входы компараторов первой группы подсоединены соответственно к шине источника преобразуемого напр жени , входы компараторов обеих групп подсоединены к шинам источников опорных напр жений, вь ходы компараторов обеих групп, кроме первого компаратора первой группы, объе динены попарно и соединены с управл5гюпшми входами элементов пам ти, кроме первого выход первого компаратора пе- вой группы соеданен с управл ющим входом элемента пам ти, выходы элементов пам ти подсоединены к разр дным шинам о т лш чающийс  тем, что, с целью псеышени  точности при упрощении устройства, введены дополнительна  гругр па .компараторов и источники токов смещени , резистивный делитель, два рез№стора , формирователь импульсов, причем перва  группа компараторов содержит ( ) компараторов и соответственно (2 ) элементов пам ти, втора  груп748па 2 (2 ) компараторов и соответственно (2 ) элементов, пам ти, допотьнительна  группа содержит (2 ) компараторов , где к + р И- число paBpjrдов , к - число разр дов, кодируемое компараторами первой группы, р - число ра&РЯДОВ , кодируемое. компараторами второй группы, первые входы компараторов дополнительной группы соединены соответственно с шиной источника преобразуемого напр жени , вторые входы подсоединены к резистивному делителю, первый зажим которого через резонатор соединен с общей шиной устройства, а через второй резистор соединен с шиной источника стробирующего сигнала, первый и второй зажимы резистивного делител  соединены с выходами источников тока смещени , выходы компараторов дополнительной группы объединены попарно и соединены с входами формировател , импульсш , выход Которого соединен со вторыми входами элементов пам ти первой и второй групп компараторов, стробирующие входы Компараторов второй группы соединены соответственно с шиной источника стробирующего сигнала. 2.Преобразователь по п. 1, о т личающийс  тем, что числа к и р выбирают из соотношений к s р дл  четного п и к -i р + 1 дл  нечетного vi. 3.Преобразователь по п. 1, о т Личающийс  тем, что формирователь импульсов содержит дополнительный вход управлени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США М 3806915, кл. 340-247, 1972.
2. 2.Патент США №3829853, кп, 340-247, 1972 (прототип).

   Фиг.1