аналого-цифровой преобразователь
Классы МПК: | H03M1/46 с цифро-аналоговым преобразователем для подачи эталонных величин в преобразователь |
Автор(ы): | Афанасьева Лидия Сергеевна (RU), Ишемгужин Александр Измайлович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-09-20 публикация патента:
27.01.2012 |
Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналогового напряжения в код. Техническим результатом является повышение быстродействия за счет применения дополнительного параллельного аналого-цифрового преобразователя небольшой разрядности. Устройство содержит: дифференциальный усилитель, двухпороговый компаратор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дополнительный параллельный аналого-цифровой преобразователь малой разрядности, логическую схему начальной установки счетчика и связи между ними. 1 ил.
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2441317](/images/patents/17/2441317/2441317.jpg)
Формула изобретения
Аналого-цифровой преобразователь, содержащий вычитатель, к одному из входов которого подключено входное преобразуемое напряжение, а ко второму входу подключен выход цифроаналогового преобразователя, входы младших разрядов которого соединены с выходами реверсивного счетчика, которые образуют младшие разряды цифрового выхода всего устройства, тактовый генератор, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, и схему переключения направления счета, ко входу которой подключен выход вычитателя, а выход соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что содержит дополнительный параллельный аналого-цифровой преобразователь, ко входу которого подключено входное преобразуемое напряжение, выходы подключены ко входам старших разрядов цифроаналогового преобразователя и образуют старшие разряды цифрового выхода всего устройства, и формирователь импульсов установки реверсивного счетчика, вход которого соединен с выходом младшего разряда дополнительного аналого-цифрового преобразователя, а выход подключен к установочному входу реверсивного счетчика.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования аналогового напряжения в код.
Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) следящего типа, содержащий компаратор напряжения, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) (Джонс М.X. Электроника - практический курс. - М.: Техносфера, 2006. - С.467, рисунок 14.22). Недостатком устройства является увеличение времени преобразования при резких изменениях преобразуемого напряжения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналого-цифровой преобразователь, содержащий вычитатель, на один вход которого подается входное преобразуемое напряжение, а ко второму входу подключен выход цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами устройства, тактовый генератор, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, и схему переключения направления счета, ко входу которой подключен выход вычитателя, а выход соединен с управляющим входом реверсивного счетчика (Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - С.461, рисунок 24.26). С помощью вычитателя входное преобразуемое напряжение сравнивается с выходным напряжением ЦАП. Если модуль разности этих напряжений больше половины младшего разряда, счетчик работает либо в суммирующем режиме (при положительной разности), либо в вычитающем режиме (при отрицательной разности). Если модуль разности меньше половины младшего разряда, счетчик останавливается. Недостатком устройства является увеличение времени преобразования при резких изменениях преобразуемого напряжения.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение быстродействия АЦП за счет применения дополнительного параллельного аналого-цифрового преобразователя небольшой разрядности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в следящем АЦП, содержащем вычитатель, на один вход которого подается входное преобразуемое напряжение, а ко второму входу подключен выход цифроаналогового преобразователя, соединенного с выходом реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами устройства, тактовый генератор, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, и схему переключения направления счета, к входу которой подключен выход вычитателя, а выход соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, согласно изобретению введены дополнительный параллельный АЦП небольшой разрядности, выходы которого подключены к входам ЦАП, вход подключен к входу устройства, и формирователь импульсов установки реверсивного счетчика, на вход которого подаются импульсы с выхода младшего разряда дополнительного АЦП, а выход подключен к установочному входу реверсивного счетчика. Выходы реверсивного счетчика и дополнительного АЦП являются цифровыми выходами всего устройства.
Структурная схема предлагаемого устройства отличается от известной тем, что в нее дополнительно введены параллельный АЦП небольшой разрядности и формирователь импульсов установки счетчика, которые являются стандартными узлами электронной техники. В качестве параллельного АЦП малой разрядности может, например, быть использовано устройство, описанное в справочнике: Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Справочник. - СПб.: КОРОНА принт; М.: «Альтекс-А», 2003. - С.77, рисунок 2.14. В качестве формирователя импульсов установки счетчика может быть использовано устройство выделения фронта импульсов, описанное в книге: Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - Москва: Техносфера, 2009. - С.359, рисунок 10.7. Однако несмотря на то введенные узлы являются стандартными узлами электронной техники, их введение, а также появление новых функциональных связей межу ними и существующими блоками дает возможность проявиться в предлагаемом устройстве новому свойству. Это свойство заключается в повышении быстродействия.
Структурная схема устройства приведена на чертеже. Устройство содержит вычитатель 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, схему переключения направления счета 3, реверсивный счетчик 4, дополнительный параллельный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, тактовый генератор 6, формирователь импульсов установки счетчика 7.
Вычитатель 1 предназначен для сравнения входного преобразуемого напряжения UВХ с выходным напряжением ЦАП 2 - UЦАП. ПОД воздействием выходного сигнала, представляющего разность этих напряжений, работает схема переключения направления счета 3. Выходной сигнал схемы переключения направления счета 3 является цифровым и управляет направлением счета реверсивного счетчика 4. ЦАП 2 предназначен для преобразования выходного цифрового сигнала в соответствующий уровень аналогового напряжения. Разрядность ЦАП равна сумме разрядностей реверсивного счетчика 4 и параллельного АЦП 5. Тактовый генератор 6 задает частоту работы реверсивного счетчика. АЦП 5 вырабатывает старшие разряды выходного цифрового кода. Реверсивный счетчик 4 вырабатывает младшие разряды выходного цифрового кода. Именно при такой организации устройства обеспечивается наибольшее быстродействие всего устройства. Формирователь импульсов установки счетчика 7 устанавливает старший разряд счетчика 4 в состояние логической «1». Этим обеспечивается возможность работы счетчика в процессе преобразования, как в режиме вычитания, так и в режиме суммирования. Кроме того, этим обеспечивается коррекция смещения нуля параллельного АЦП.
Рассмотрим работу устройства (см. чертеж).
Преобразуемое напряжение Uвх поступает на один вход вычитателя 1. На другой вход вычитателя подается аналоговое напряжение с выхода ЦАП 2, UЦАП , которое эквивалентно выходному цифровому сигналу всего устройства. На выходе вычитателя формируется сигнал, равный разности этих напряжений. Если модуль разности этих напряжений больше половины младшего разряда, счетчик 4 работает либо в суммирующем режиме (при положительной разности), либо в вычитающем режиме (при отрицательной разности). Если модуль разности меньше половины младшего разряда, счетчик 4 останавливается. Скорость переключений счетчика задается тактовым генератором 6. Выходы реверсивного счетчика подключены к младшим разрядам ЦАП 2. К старшим разрядам ЦАП 2 подключены выходы параллельного АЦП небольшой разрядности 5. На вход АЦП 5 поступает преобразуемое напряжение Uвх . В процессе работы устройства на выходах параллельного АЦП практически мгновенно устанавливается цифровой код, соответствующий U вх. Этим обеспечивается высокое быстродействие предлагаемого АЦП. В дальнейшем, с поступлением каждого следующего тактового импульса, реверсивный счетчик 4 уменьшает разность напряжений Uвх и UЦАП. При малых изменениях Uвх код на выходе АЦП 5 не меняется. Слежение за U вх осуществляется только реверсивным счетчиком.
Таким образом, предложенный АЦП позволяет повысить быстродействие и уменьшить время преобразования благодаря применению дополнительного АЦП небольшой разрядности и формирователя импульсов установки реверсивного счетчика.
Класс H03M1/46 с цифро-аналоговым преобразователем для подачи эталонных величин в преобразователь