Преобразователь напряжение-цифровой код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ ЦИФРОВОЙ КОД, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами , первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементовИ, первые входы которых соединены с выходом генератора и первьм входом блока управления,при этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход с управляюицш входом ключа, третий выход - с управляющим входсян линейно пропускаищего устройства, а третий вход - с преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства , выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход подключен к первому входу генератора разрядного тока/ второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа , при этом вход ключа соединен с источникам смеюения, о т л и ч а ю . щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности преобразования, в него введены (И-2) дополнительных компараторов , элементов И, ключей, зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика (п-целое, п 3), при этом выходы дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к входам управления сложением предьвдувднх второй группы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выхода которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счетные входы (п-2) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходами {п-2) дополнительных элементов И, первые входы пол- § ключены к выходу генератора,при этом вторые входы всех элементов И подклю-j чены соответственно к четвертому, пятому ,...,( п+2) -му дополнительным выхо дам блока управления, четвертый ,..., (И +1)-и дополнительные вхо- g ды которого соединены соответственно с выходами (п-2} дополнительных ксмипараторов , а (п+4)-й, (п+5)-й,..., ,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(5)) И 03 К 13 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2502974/18-21 (22) 28. 06. 78 (46),23. 02.84. Бюл. )) 7 (72) В.В. Зотов, Б.A. Предеин, В.Н. Ряжский и В.И. Черников (53) 681.325(088.8) (56) 1. Преобразователь СТ-103, реклама Фирмы Enter-techigne, 1973.

2. Pazelt Null. Instruments and

Methods, 1968, 59, Р 2, р. 283.

3. Авторское свидетельство СССР

9 746920, кл. И 03 К 13/20, 1974 (прототнп). (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ

ЦИФРОВОЙ КОД, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами, первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входи которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом генератора и первьм входом блока управления,при этом второй вход блока управления соединен с выходом комнаратора, первый выход — с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход— с управляющим входом ключа, третий выход - с управляющим входом линейнопропускающего устройства, а третий вход - c входом преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход которого подключен к первому входу генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен с источником смещения, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повышения быстродействия прн сохранении точности преобразования, в него введены (n-2) дополнительных компараторов, элементов И, ключей, зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика (п-целое, и 3), при этом выходы дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к входам управления сложением предыдущих второй груп" пы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выходы которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и донолнительиых нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счетные входы (и-2) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходами (и-2) дополнительных элементов И, первые входы которых под- pg ключены к выходу генератора,при этом вторые входы всех элементов И подключены соответственно к четвертому, пятому,..., (n+2) -му дополнительным вихо дам блока управления, четвертый пятый,..., ()(+1) -й дополнительные вхо- о ды которого соединены соответственно с выходами (tt-2) дополнительных компараторов, а (n+4) -й, (и +5) -й, . ° ., ° (2я+1)-й дополнительныевыходы - с управляющими входами ())-2) дополни- тельных ключей, выходы которых под ключены соответственно к входам ())-2 дополнительных зарядных устройств, при этом выходы ()(-2) .дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с ())-2) дополнительными входами генератора разрядного тока, а дополнительные выходы первого, вто рого и первых ()(-4) дополнительных зарядных устройств соединены соот- . ветственно с входами ())-2) дополнительных ключей, первыми входами компаратора и входами первых ()I-3) дополнительных компараторов, причем дополнительные выходи ())-3) -,го и (h-2)-го дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с первым н вторым входами.(t) «2) -го до полнительного компаратора, при этом .

1075402

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и предназначено для быстрого кодирования амплитуд импульсных сигналов и постоянного тока в вольтметрах. 5

Известен время-импульсный преобразователь амплитуд импульсов в циф- - ровой код, содержащий линейно-пропускающее и зарядное устройства, запоминающий конденсатор, сравнивакщее 30 устройство, устройство управления, генератор разрядного тока с токовыч ключом, а также генератор тактовых импульсов с импульсным ключом и счетчик импульсов jlj .

Недостатком данного преобразова-, теля является ограниченное быстродействие.

Известен также преобразователь напряжение — цифровой код, содержащий ускоренный время-импульсный пре- 2О образователь, разряжающий запоминающий конденсатор двумя разрядными токами, значительно. отличающимися по величине (2 .

Основным недостатком этого преобразователя является сложность создания двух генераторов импульсного тока с высокой стабильностью отношения этих токов, что не позволяет достигнуть теоретического предела быстро- .ЗО действия, Наиболее близким к предлагаемому изобретнию по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь амплитуд импульсов 35

s цифровой код, содержащий два зарядных устройства с накопительными кон- . денсаторами, первую к вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответст- щ венно к .выходам .первого и второго элементов К первые входы которых сое« дииены с выходом генератора и нервьм входом блока управления, при этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выходс управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с уп:равляющим входом ключа, третий выход.с управляющим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход— с входом преобразователя и входом линейно-пропускакщего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход . которого подключен к первому входу $5 генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, вход которого соединен с источником смещения j3) .

° Недостатком известного преобразователя является ограниченное быстро» действие при заданной точности преобразования, при этом, если точность легко может быть обеспечена выбором .количества триггеров счетчика, то быстродействие определяется числом ступеней преобразования, которое в данном преобразователе ограничено двумя ступенями, поскольку какиелибо технические средства, позволяющие увеличить число ступеней, в структуре преобразователя отсутствуют.

Цельк изобретения является повышение быстродействия.при сохранении точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряженкецифровой код, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом генератора и первьм входом блока управления, при; этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выход - с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с управляющим входом ключа, третий выход - o управляющим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход - с входом преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства, выход которого подключен к первому входу генератора разрядного тока, второй вход которого соединен c выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен с источциком смещения, введены (И-2) дополнительных компараторов, элементов

И .ключей зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика < И-- целое, h 3 3), при этом выходы дополнительных нечетных rpynn счетных триггеров счетчика подключены соответственно к,второй вход компаратора соединен с первым входом первого дополнительного компаратора, а второй вход каждого предыдущего дополнительного ком-. паратора подключен к первому входу пос ледукщего дополнительного компаратора.

1075402 входам управления сложением предыд 7= щих второй группы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выходы которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счет- ные входы (ll-2) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходами (h-2) до- 10 полнительных элементов И, первые входы которых подключены к выходу генератора, при этом вторые входы. всех элементов И подключены соответствен но к четвертому, пятому,..., (П+2)-му15 доПолнительным выходам блока управленкя, четвертый, пятый,..., (h+1)-A дополнительные входы которого соединены соответственно с выходами (1)-2) дополнительных компараторов, а (n+4) -N; (и+5),...- (2п+1) -й дополнительные выходы — с управляющими входами (tl-2) дополнительных ключей, выходы которых подключены соответственно к входам (h-2) дополнительных зарядных устройств, при этом

25 вцходы (h-2) дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с (й-2) дополнительными входами генератора разрядного тока, а дополнительные выходы первого, второго и первых (я-4) дополнительных зарядных уст ройств соединены соответственно.с входами (q-2) дополнительных ключей, первыми входами компаратора и входами первых (h-3) дополнительных 35 .компараторов, причем дополнительные выходы (я-3) -ro и (п-2) -го дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с первым и вторым входами (я-2)-го дополнительного 40 компаратора, прн этом второй вход компаратора соединен с первым входом первого дополнительного компаратора, а второй вход каждого предыдущего дополнительного компаратора подключен45 к первому входу последующего дополнительного компаратора.

На Фиг. 1 приведена функциональ.ная схема предлагаемого преобразователяу на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Вход преобразователя соединен с третьим входом блока 1 управления к линейно-пропускакщим устройством 2, выход которого подключен к входу первого зарядного устройства 3 .

Зарядное устройство содержит усилитель 4, зарядный диод 5, накопительный конденсатор 6 н согласователь нмпедансов 7.

Прк этом выход усилителя 4 через 60 . последовательно соединенные зарядный .дзюд 5.и накопительный конденсатор. б цодключен к щине нулевого потенциадд а общая точка зарядного диода 5 и накопительного конденсатора 6 че- 65 рез согласователь 7 импедансов соединена с первым входом усилителя 4 к дополнительным выходом зарядного устройства, вход которого подключен к второму входу усилителя 4, а выходк общей точке зарядного диода 5 и накопительного конденсатора 6. Входы второго зарядного устройства Зу и (й-2) дополнительных зарядных устройств 3 .... 3„ подключены соответственно к выходам ключа 8 и (l1-2) дополнительных ключей Sg..., 8,я„, управляющие входы которых соединены соответственно с вторыми, (n+4)-ык, (n+5) — ûì,... (2я+1)-ым выходами блока 1 управления. Вход ключа 8 соединен с источником 9 смещения, à sxo ды д олнительных к чей 8д..., 8>.1соответственно с дополнительньвюи выходами зарядных устройств 3,3, °, 3 . При этом первый, второй и (к-2) дополнительных входов генератора 10 разрядного тока соединены соответственно с выходамк зарядных устройств

3, 3,...,3, а управляющий входс первым выходом блока 1 управления.

Выход компаратора 11 и выходЫ {h-2) дополнительных компараторов ll, 11,..., 11„. подключены соответственно к второму, четвертому, пятому ..., (n+1)-му входам блока 1 управления, первые входы -к дополнительным выходам первого, второго и (я-3) дополнительных зарядных устройств 31, 3,..., Зя . Причем второй вход каждого из предыдущих ком" параторов 11, 112,..., 11я-q соеди нен с первьвю входом последующего комкаратора, а второй вход компаратора 11„, — с дополнительным выходом зарядного устройства ЗП. Первый вход блока 1 управления подключен к первым входам первого, второго к (II-2) дополнительных элементов И 12, 12д,..., 12II н выходу генератора 13, а четвертый, пятый, ° ° ., (й+2)-oN выходы блока 1 управления соединены соответственно с вторыми входами элементов И 12, 12д,. ° ., 12я, выходы которых подключены соответственно к первой, второй и (я-.2) дополнительным группам счетных триггеров.

14, 142... °, 14п счетчика 15. При этом выходы четных rp1hIn счетных триггеров 14, 144,. ° ., соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих нечетных групп счетных триггеров 14(,14>... °, а входы управления сложением их - с выходами последующих нечетных rpynII счетных триггеров 14, 14

Преобразователь напряжения - циф ровой код работает следующим образойе

В исходном состоянии ключи 84, 8,...,8ь замкнуты, накопительные конденсаторы б.нечетных зарядных устройств З, З ... разряжены, йа выходах четных зарядных устройств.1075402

3„... напряжение равно напряжению смещения источника 9 смещения

"св.

Входной сигнал (фиг. 2п) через открытое линейно-пропускающее устройство 2 поступает на зарядное устройство 3» и через усилитель 4, зарядный диод 5 заряжает накопительный конденсатор б до максимальной амплитуды входного сигнала, при этом во всех остальных нечетных за- ® рядных устройствах З, 35... напряжение на накопительных конденсаторах б будет меняться аналогичным образом.

В момент » блок l управления за- 35 крывает линейно-пропускающее устройство 2, размыкает ключ 8», окрывает элемент И 12» и дает команду генератору 10 разрядного тока на начало ра.зряда накопительного конденсатора 20 б зарядного устройства 3», причем начало разряда и момент открывания элемента И 12» блок 1 управления синхронизирует с частотой генератора 13 (фиг. 2б.в). Импульсы генератора 13 проходят через открытый элемент И 12» на вход первой (старшей) группы счетных триггеров 14» счетчика 15, которая подсчитывает количество импульсов в первой ступени преобразования (фиг. 2е). Состояние первой группы счетных триггеров 14» образует старшие разряды формируемого цифрового кода.

С момента t» напряжение на выходе зарядного устройства 3 начинает 35 линейно уменьшаться (фиг. 2а,l).

При совпадении напряжений на дополни-, тельных выходах зарядных устройств

3» и 32 (напряжение на выходе зарядного устройства З, как указывалось ра-40 нее, в этот период времени равноО д) срабатывает компаратор 11» (момент времени 1, фиг. 2а,2,) и выдает сигнал в блок 1 управления, который синхронизирует момент срабатывания с частотой генератора 13 и.выдает команды на переключение разрядного тока из зарядного устройства 3» в зарядное устройство З через генератор 10 разрядного тока, íà закрывание элемента И 12» и включение элемента и 121 (фиг. 2ф, момент"(з фиг. 26,g,y,) . В момент Ь, когда разрядный ток переключается иэ зарядного устройства 3» в зарядное устройство З, напряжение на выхо» де зарядного устройства 3» перестает, изменяться, а напряжение на выходе зарядного устройства З начииает уменьшаться по линейному закону (фиг 26,2). Емкость накопительного 6О конденсатора б зарядного устройства Зд больше емкости накопительного конденсатора б зарядного устройства

3» в 2 раз, где Ф - чисЛо триггеров, в первой группе счетных триггеров

14» счетчика 15. Поэтому крутизна изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства

З меньше крутизны изменения. напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства 3». В момент совпадения напряжений на дополнительных выходах устройств 3» и Зд компаратор 11» вновь срабатывает, при этом блок 1 управления закрывает ключ 8у и синхронизирует момент совпадения с импульсами генератора 13 (фиг.2а, момент 44 ), а также закрывает эле-. мент. И 12 (фиг. 2е) и открывает элемент И 12 (фиг. 2»») и переключает ток разряда в зарядное устройство З . Емкость накопительного конденсатора б зарядного устройства З больше емкости накопительного конденсатора 6 зарядного устройства З в 2 раэ (как и для накопительных конденсаторов 6 зарядных устройств

3 и 3» и, следовательно, скорость изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства З меньше, чем на дополнительном выходе зарядного устройства Зу (фиг. 2»(,3).

Прн совпадении напряжений на дополнительных выходах зарядных устройств Зу и 39 срабатывает компаратор 11д и процесс кодирования происходит аналогично описанному ранее.

Емкость накопительного конденсатора б каждого последующего зарядного устройства больше емкости накопительного конденсатора 6 каждого предыдущего зарядного устройства в

2 раз и процесс формирования напряжений, сравнения и переключения ключей 8 и элементов И 12 происходит аналогично описанному выше. Сигналы на выходе элементов И 12», 12 и 12 представлены .соответственно на фиг. 28,Ж,k. Эти пачки импульсов поступают на счетные входы соответствующих групп счетных триггеров 144

142 и 148 счетчика 15 и пересчитываются,. причем чтобы не исказить конечный результат, результаты счета в нечетных группах счетных триггеров складываются, а результаты счета в четных группах счетных триггеров вычи- ° таю7ся из числа, полученного в первой группе счетных триггеров 14 счетчика 15

Предлагаемый преобразователь позволяет увеличить число ступеней преобразователя до )1, количество котооых выбирается из требуемого быстродействия, по сравнению с двумя ступенями преобразования в известном устройстве, что обеспечивает повьиаеиие быстродействия при сохранении точности преобразования. Если для одноступенчатого 12-разрядного преобразователя время преобразования равно 2@(, *46964 Э, где t ги — длительность периода импульсов с выхоца генератора 13, а для двухсту1075402 пенчатого преобразователя (по 6 разрядоя в каждой группе) - 2 tt> +2Ч. „=

-"1281„„, то для четырехступенчатого (по 3 разряда в каждой ступени) - ВНИИПИ Заказ 515/4у

Тираж 862 Подписное к

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул. Проектная, 4

2 „+2 п,+2 (,„ 244>. Из вьаиеиэло" женйого следует,что при увеличении чйсла ступеней в 2 раза,быстродействие преобразователя значительно увеличивается.