Параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится.к информационно-измерительной технике и может использоваться в радиолокации, экспериментальной физике, автоматике и телемеханике. В устройство, содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, цифроаналоговый преобразователь 3 и блок 4 вычитания, с целью устранения грубых погрешностей измерений в областях стыковки точной и грубой шкал двухшкапьного аналого-цифрового преобразователя при одновременном снижении требований к точности первого аналого-цифрового преобразователя, введены первый и второй двоичные счетчики с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) А3 (51) 4 Н 03 1"1 1 4

Ф

gf

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7е кн

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4048361/24-24 (22) 03.04.86 (46) 15.01.88. Бюл. ¹ 2 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем

А.Н.Севченко и Вильнюсский завод электроизмерительной техники (72) И.П.Абложавичюс, М.К.Березовский, В.В.Валах, В.Ф.Григорьев и В.В.Данилевич (53) 681,325(088.8) (56) Гольденберг Л.M., Бутыньский Н.Т.

Поляк. М.Н. Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи.

M.: Связь, 1979, .с. 96, рис. 4.11;

Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобраI зователи. M.: Сов. радио, 1980, с. 31. (54) ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в радиолокации, экспериментальной физике, автоматике и телемеханике. В устройство, содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, цифроаналоговый преобразователь 3 и блок 4 вычитания, с целью устранения грубых погрешностей измерений в областях стыковки точной и грубой шкал двухшкального аналого-цифрового преобразователя при одновременном снижении требований к точности первого аналого-цифрового преобразователя, введены первый и второй двоичные счетчики

1367156

5 и 8 импульсов, элемент ИЛИ 6, элемент 2ИЛИ-И-НЕ 7 и блок 9 управления.

Введение в параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь перечисленных выше узлов с соответствующими связями обеспечивает такое функционирование устройства, при коИзобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может ис-. пользоваться в радиолокации, телевидении, экспериментальной физике, автоматике и телемеханике.

Цель изобретения — устранение грубых погрешностей измерений в областях стыковки точной и грубой шкал двухшкального аналого-цифрового преобразователя при одновременном снижении требований к точности первого аналого-цифрового преобразователя.

На фиг,1 изображена структурная схема двухшкального аналого-цифрово-, го преобразователя; на фиг.2 и 3 диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.4 — структурная схема блока управления.

Преобразователь содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 вычитания, первый двоичный счетчик 5, логический элемент ИЛИ 6, логический элемент

2ИЛИ-И-НЕ 7, второй двоичный счетчик

8, блок 9 управления. Блок управления выполнен на триггере 10, тактовом генераторе 11, восьмиканальном распределителе 12 импульсов, элементе ИЛИ 13, формирователе 14 коротких импульсов.

Процесс кодирования входного напряжения начинается по сигналу "Пуск"

10, поступающему на вход блока 9 уп- . равления. По этому сигналу блок управления вырабатывает серию управляющих сигналов 11-14. Сигналом 11 с его первого выхода осуществляется стробирование первого аналого-цифрового преобразователя 1, и на выходе последнего появляется пропорциональный входному напряжению двоичный код, все разряды которого, кроме младшегб, тором сигнал с вычитающего устройства не выходит за пределы рабочего . диапазона второго аналого-цифрового преобразователя, что позволяет полностью исключить грубые ошибки измерений на участках стыковки грубой и точной шкал. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. подаются на информационные входы двоичного счетчика 5. По окончании цикла работы первого аналого-цифрового преобразователя первым сигналом 12 с третьего выхода блока 9 управления происходит занесение полученного кода в счетчик 5 и переключение в единичное состояние двухразрядного дво10 ичного счетчика 8, который прямым выходом первого разряда переводит первый двоичный счетчик 5 в режим вычитания, а инверсным выходом первого разряда разблокирует первую половину логического элемента 7. Если выходной сигнал элемента 6 имеет низкий уровень, что соответствует нулевому коду первого аналого-цифрового преобразователя, сигнал высокого

2р уровня с элемента 7 блокирует операцию счета в счетчике 5. Если код аналого-цифрового преобразователя 1 не нулевой, вторым сигналом 12 с третьего выхода блока управления из ко25 да, записанного в счетчик 5, вычитается единица. Этим же сигналом в счетчик 8 добавляется единица и он устанавливает код, равный двум. В результате на управляющих входах

30 счетчика 5 устанавливаются потенциалы, соответствующие режиму сложения .(нуль — на первом управляющем входе и единица — на втором).

Через определенное время, необходимое для завершения переходных процессов, в цифроаналоговом преобразователе 3 и блоке 4 вычитания по сигналу 13 с второго выхода блока управ4р ления осуществляется запуск второго аналого-цифрового преобразователя 2, на выходе которого появляется код, представляющий собой точные разряды выходного кода устройства. Если ре1367156 зультат преобразования аналого-цифрового преобразователя 2 содержит в старшем"(К+1)-м разряде единицу, элемент 7 переводит счетчик 5 в режим сложения и третьим сигналом 12 с третьего выхода блока 9 управления осуществляется операция добавления единицы в грубый код, записанный ранее в счетчик 5. При нулевом состоянии )0 старшего разряда аналого-цифрового преобразователя 2 сигналом высокого уровня с выхода элемента 7 эта операция по первому управляющему входу счетчика 5 блокируется. Указанный ал- ls горитм фактически осуществляет операцию суммирования содержимого старшего разряда второго аналого-цифрового преобразователя с грубым кодом, полученным на первом этапе измерений.

Введение в двухшкальный аналогоцифровой преобразователь перечисленных узлов с соответствующими связями позволяет исключить грубые ошибки измерений на участках стыковки грубой 25

t и точной шкал и значительно снизить требования к точности первого из входящих в него одношкальных аналогоцифровых преобразователей. С их помощью обеспечивается такое функциони- 30 рование устройства, при котором уровень сигнала вычитающего устройства не выходит за пределы рабочего диапазона второго аналого-цифрового преобразователя, соответствующего двум единицам младшего разряда грубой шкалы, даже при больших отклонениях от номинальных параметров основных узлов устройства.

Предположим, что цифроаналоговый 40 преобразователь, вычитающее устройство и второй аналого-цифровой преобразователь являются идеальными и не вносят погрешностей. Пусть (2i+1)-й нечетный уровень квантования первого 45 аналого-цифрового преобразователя установлен с отрицательной погрешностью д U +1 (фиг. 4), а измеряемый уровень напряжения Б „лежит между его (2i+1)-й и (2i+2)-м уровнями gp квантования. Тогда в соответствии с .рассмотренным алгоритмом работы устройства в результате отбрасывания младшего разряда в выходном коде первого аналого-цифрового преобразовате- 55 ля на вход вычитающего устройства поступает разностный сигнал д Б =

= U8 — U; где U — уровень напряжения цифроаналогового преобразователя, соответствующий идеальному положению 21-го узла шкалы первого аналого-цифрового преобразователя. Очевидно д U в этом случае может обратиться в нуль только тогда, когда

П „ = U;, т.е. абсолютная погрешность установки шага квантования первого аналого-цифрового преобразователя в пределе может быть сравнима с его номинальным значением или с половиной грубого шага квантования всего устройства. Очевидно также, что это условие легко может быть удовлетворено практически, в отличие от требования к абсолютной погрешности первого аналого-цифрового преобразователя в прототипе, где она должна быть меньше шага квантования по точной шкале.

Аналогично укаэанному малые откло.нения от номинала положений узлов шкалы цифроаналогового преобразователя, а также небольшие систематические погрешности обоих знаков устройства вычитания и второго аналого-цифрового преобразователя не нарушают нормальной работы предлагаемого устройства и не вызывают грубых погрешностей в результате измерений. Наличие систематических адцитивных погрешностей в цифроаналоговом преобразователе и суммирующем устройстве проявляется в смещении порога суммарной функции преобразования, которое может быть легко скорректировано известными методами.

Рассмотрим вторую крайнюю ситуацию, в которой в известном устройстве возможно нарушение нормального функционирования второго аналого-цифрового преобразователя и появление грубых погрешностей. Для нее 2i-й уровень квантования первого аналогоцифрового преобразователя имеет положительное смещение, à U „ лежит между 2i-м и (2i-1)-м уровнями. Пусть при этом выходной код первого аналого-цифрового преобразователя превышает единицу. Тогда в соответствии с алгоритмом работы устройства содержимое счетчика по сигналу блока уиравления уменьшается на единицу и разностный сигнал на входе вычитающего устройства равен д

Абсолютная величина дП при этом не превосходит двух квантов грубой шкалы даже при совпадении уровня дискретизации Б „ и U Таким образом в рассматриваемом случае, как

1367)56

6 и в предыдущем, сравнимые с номинальным шагом квантования первого анало1, го-цифрового преобразователя погреш- ности его установки не вызывают сбоев в работе второго аналого-цифрового преобразователя и не влияют на точность измерений.

Формула

1. Параллельно-последовательный аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый (n+1)-разрядный и второй К-разрядный аналого-цифровые преобразователи, информационный вход первого из которых объединен с прямым входом блока вычитания и является входной шиной, инверсный вход блока вычитания соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, входы которого являются выходными шинами старших разрядов, а выход блока вычитания подключен к информационному входу второго аналого-цифрового преобразователя, выходы с первого по (К-1)-й которого являются выходными шинами младших разрядов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности преобразования за счет устранения погрешностей изме" рений в областях стыковки точной и грубой шкал, в него введены первый и второй двоичные счетчики импульсов, элемент ИЛИ, элемент 2ИЛИ-И-НЕ, блок управления, вход которого является шиной "Пуск", а первый и второй выходы подключены к управляющим входам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выI ход первого разряда первого из которых соединен с первым входом элемента ИЛИ, остальные входы которого объединены с соответствующими входами установки первого двоичного счетчика импульсов и подключены к соответствующим выходам с второго (и+1)-й разрядов первого аналого-цифрового преобразователя, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом элемента

2ИЛИ-И-НЕ, второй вход которого под-. ключен к инверсному выходу первого разряда второго двоичного счетчика импульсов, прямой выход первого разряда которого соединен с первым уп. равляющим входом первого двоичного счетчика импульсов, выходы которого соединены соответственными входами о б Р е т е н H H 1p цифроаналогового преобразователя, а второй управляющий вход подключен к прямому. выходу второго разряда второго двоичного счетчика импульсов, инверсный выход второго разряда которо15 го соединен с третьим входом элемента 2ИЛИ-И-НЕ, четвертый вход которого соединен с BbIxopoM (К+1)-го разряда второго аналого-цифрового преоб, разователя, а выход подключен к третьему управляющему входу первого двоичного счетчика импульсов, тактовый вход которого объединен с одноименным входом второго двоичного счетчи-ка импульсов и подключен к третьему

25 выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с установочным входом второго двоичного счетчика импульсов.

2. Преобразователь по п.1, о т— зп л и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на триггере, вход установки в "1" которого является входом блока управления, а выход через тактовый генератор подключен к

35 входу восьмиканального распределителя импульсов, выход первого канала которого является первым выходом блока управления, вторым выходом которого является выход шестого канала распределителя импульсов, выходы второго, третьего и седьмого каналов которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам элемента ИЛИ, выход которого является

4 третьим выходом блока управления, а выход восьмого канала распределителя импульсов через формирователь коротких импульсов подключен к входу установки в "О" триггера и является четвертым выходом блока управления.!

367156

136715б

Составитель Ю.Спиридонов

Техред Л.Сердюкова

Корректор M.Ïoæî

Редактор С.Лисина

Заказ 6850/55

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r..Óæãoðoä, ул. Проектная, 4