Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, в частности к устройствам для преобразования в цифровой код напряжения постоянного тока низкого уровня, и является усовершенствованием устройства по авт.св.N 1411974. Цель изобретения - повышение точности аналого-цифрового преобразования за счет исключения токов утечки ключей на полевых транзисторах. Устройство содержит усилитель с двумя ключами, источники преобразуемого и опорного напряжения, интегратор, выполненный на операционном усилителе с емкостной обратной связью, компаратор, третий, четвертый, пятый аналоговые ключи, формирователь импульсов, счетчик, формирователь временных импульсов, элемент ИЛИ, а также инвертор, вентиль, генератор счетных импульсов, выход которого подключен к формирователю временных импульсов и элементу И. Для исключения токов утечки ключей введены подключенный к неинвертирующему входу интегратора повторитель напряжения и токоограничительный резистор, один вывод которого подключен к выходу компаратора, входам формирователя временных интервалов и формирователя импульсов, а второй - ко входу первого ключа. Выход повторителя напряжения соединен со входами трех аналоговых ключей, которые выполнены на полевых транзисторах. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН,SU„„1547

А2 (51) 5 Н 03 И 1/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1411974 (21) 4380693/24-24 (22) 19.02.88 (46) 28.02.90. бюл. Н 8 (71) Тернопольский финансово-экономический институт (72) А.А.Саченко, В.В.Кочан, В.И.Иатвиив, Б.А.Иаслыяк, И.Р.Паэдрий и О.А.Вавринюк (53) 681.325 (088.8) (56) The Radio and Electronic

Engieneer, 1970, У 2, с. 59-68, рис. 3.

Авторское свидетельство СССР

М 1411974, кл. Н 03 М 1/52, 1988. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОбРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной и в1 числительной технике, в частности к устройствам для преобразования в цифровой код напряжения постоянного тока низкого уровня, и является усовершенствованием устройс. тва по авт.св. Р 1411974. Цель изобретения - повышение точности анало.го-цифрового преобразования за счет исключения токов утечки ключей на

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быт ь испол ь зова но для преобразования в цифровой код напряжения постоянного тока низкого уровня.

Цель изобретения — повышение точ,ности преоЬраэования, На фиг.1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преоЬразователя; на фиг.2 - аналоговый ключ на полевых транзисторах.

2 полевых транзисторах. Устройство со" держит усиЛитель с двумя ключами, источники преобразуемого и опорного напряжения, интегратор, выполненный на операционном усилителе с емкостной обратной связью, компаратор, третий, четвертый, пятый аналоговые ключи, формирователь импульсов, счетчик, формирователь временных импульсов, элемент ИЛИ, а также инвертор, генератор счетных импульсов, выход которого подключен к формирователю временных импульсов и элементу И. Для исключения токов утечки ключей введены подключенный к неинвертирующему входу интегратора повторитель напряжения и токоограничительный резистор, один вывод которого подключен к выходу компаратора, входам формирователя временных интервалов и формирователя импульсов, а второй — ко входу первого ключа. Выход повторителя напряжения соединен со входами трех аналоговых ключей, которые выполнены на полевых транзисторах. 2 з.п. ф-лы, 4

2 ил, ° к3

Аналого-цифровой преобразователь содержит аналоговые ключи 1 и 2, усилитель 3, токоограничивающий элемент выполненный на резисторе 4, интегратор, выполненный на операционном усилителе 5 и накопительном элементе, .выполненном на конденсаторе 6, аналоговые ключи 7 и 8, компаратор 9, источник 10 образцового напряжения (ИОН), токоограничивающий элемент, выполненный .ва резисторе .11, накопи-.-..

1547064 тельный элемент, выполненный на кон денсаторе 12, аналоговый ключ 13, генератор 14 счетных импульсов, формирователь 15 импульсов, элемент И 16, счетчик 17, формирователь 18 временных интервалов (фВИ),, инвертор 19, элемент ИЛИ 20, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 21.

H повторитель 22 напряжения, выполНенный на операционном усилителе.

Аналоговые ключи 7, 8 и 13, со° ° ержат полевые транзисторы 23 и 24 инвертор 25.

Аналого-цифроВой преобразователь ,работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 1 закрыт, а ключи 2,,7, 8 и 13 открыты. ,За счет, действия источника 10 об разцового напряжения и резисторов ,4 и.ll на входе усилителя 5 интегратора образуется отрицательное смеще, ние; которое (Ьлагодаря действию отрицательной оЬратной связи через резистор 21 и ключ 13) запоминает:ся в конденсаторе 12. В начале цикла, преобразования формирователь 18 вре-! менных интервалов производит сброс счетчика 17 и изменяет состояние своих выходов. При этом ключ 1 открыва,ется, а ключи 2, 8 и 13 закрываются.

В закрытых ключах 8 и 13 на подложку транзистора 24 (фиг.2) и че"рез открытый транзистор ?3 на его

,сток поступает напряжение с выхода

,повторителя 22 напряжения. Так как

,вход повторителя 22 напряжения сое;динен с неинвертирующим входом интег ратора, то напряжение его выхода равно напряжению, поступающему на истоки транзисторов 24 ключей 8 и 13.

Токи, поступающие через резисторы 11 и 21 на входы ключей 8 и 13, компенсируются выходным током повторителя 22 напряжения, а токи утечки (сток-исток, сток-подложка, истокподложка) через транзистор 24 практи чески отсутствуют, так как напряже.ния на его выводах равны.

Преобразуемое напряжение, усиленное усилителем 3, поступает через резистор 4 и ключ 7 на вход усилителя 5 интегратора, изменяя его выходное напряжение. Скорость изменения напряжения на выходе усилителя 5 зависит от значения и полярности преобразуемого напряжения. Отрицательное смещение на входе усилителя 5 должно выбираться более отрицательным, чем максимальное усиленное усилителем

3 отрицательное преобразуемое напряжение. В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напряжения, скорость изменения напряжения на выходе интегратора будет минимальной, а при преобразовании максимального положительного напряжениямаксимальной.

Нулевому преобразуемому напряжению соответствует скорость изменения выходного напряжения усилителя 5 интегратора, строго определяемая выходным напряжением ИОН 10 и сооношением резисторов 4 и 11. Длительность первого такта (выЬираемая из соображений обеспечения максимального подавления помех) определяется длительностью импульса на выходе 1 формирователя 18. После окончания первого такта ключи 1 и 7 закрываются, а ключи

2 и 8 открываются. При этом на вход закрытого ключа 7 поступает напряжение с положительного вывода ИОН 10, а на выход подается напряжение дрейфа, равное напряжению, запомненному в конденсаторе 12. Ток, обусловленный разницеи подаваемых на закрытый ключ напряжений, проходя через.токоограничительный резистор 4, компенсируется (через открытй полевой транзистор

23 ключа 7) выходным током повторителя 22 напряжения, При этом .. напряжение с выхода повторителя 22 напряжения поступает на сток и подложку закрытого полевого транзистора 24 ключа

7. Это обуславливает практическое отсутствие токов утечки (сток-исток исток-подложка, сток-подложка) на вход усилителя 5 интегратора, так как напряжения на выводах закрытого транзистора 24 равны. Работа закрытого ключа 7 аналогична раЬоте закрытых ключей 8 и 13 в первом такте. Ключ

13 остается закрытым. При этом на вход усилителя 5 интегратора поступает отрицательное (относительно напряжения смещения на конденсаторе 12 дрейфа) напряжение ИОН 10. Направление изменения напряжения на выходе усилителя 5 интегратора изменяется на обратное, причем скорость изменения напряжения остается постоянной и определяется, кроме значения напряжения ИОН 10, соотношением сопротивлений резисторов 4 и ll и значением сопротивления резистора 11. После достижения выходным напряжением уси5 154 лителя 5 интегратора исходного уровня срабатывает компаратор 9 и второй такт заканчивается. По сигналу компаратора 9 ФВИ 18 изменяет состояние своих выходов и переводит схему в исходное состояние, при котором ключ

1 закрыт, остальные ключи открыты, а на конденсаторе 12 дрейфа осуществляется запоминание напряжения смещения и дрейфа °

Формирование отсчета в очетчике 17 происходит следующим образом.

Нулевому преобразуемому напряжению на входе соответствует строго заданная напряжением смещения скорость изменения напряжения на выходе интегратора как в первом, так и Во втором такте, т.е. момент сраЬатывания компаратора 9 в этом случае заранее известен ° Именно в этот момент и изме-, няется на противоположное состояние выхода 2 формирователя 18 временных интервалов, Формирователь 15 импульсов реализует (по отношению к импульсам формирователя 18 и компаратора 9) функцию ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ. При отрицательном преобразуемом напряжении компаратор 9 срабатывает раньше изменения состояния выхода формирователя

18, При уменьшении значения отрицательного преобразуемого напряжения момент сраЬатывания компаратора 9 приЬлижается к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, что вызывает уменьшение количества импульсов, поступивших на счетчик 17.

При равенстве преобразуемого напряжения нуля моменты сраЬатывания совпадают и на счетчик 17 импульсы не поступают.

При преобразовании положительного напряжения момент сраЬатывания компаратора 9 запаздывает по отношению к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, что вызывает заполнение счетчика 17 соответствующим количеством импульсов.

7064

Анализируя последовательность срабатывания компаратора 9 и выхода формирователя 18, можно определить по5 лярность преобразуемого напряжения..

Коррекция дрейфа напряжения смещения на входе усилителя 3 (а одновременно и операционных усилителей

5 интегратора и компаратора 9) осуществляется за счет запоминания состояния схемы в исходном состоянии и подключения ИОН 10 положительным выводом к выходу усилителя 3. ф ормула и э о б р е т е н и я

15 1. Аналого-цифровой преобразователь по авт,св. Г 1411974, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены повторитель напряжения, выполненный на операционном усилителе, и токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, первый вывод которого подключен к выходу компаратора, а второй вывод - к информационному входу первого ключа, выход повторителя напряжения соединен с дополнительными входами первого, чет-, вертого и пятого ключей, а его неинвертирующий вход - с неинвертирующим

30 входом операционного усилителя инl тегратора, инвертирующий вход повторителя напряжения соединен с его выходом.

2. Преобразователь по п. 1, о т

35 л и ч а ю шийся тем, что первый четвертый и пятый ключи выполнены на двух полевых транзисторах и инверторе каждый, причем стоки первого и второго транзисторов ооъединены и являщ ются информационным входом ключа, подложка и исток первого транзистора соединены с подложкой второго тразистора и являются дополнительным входом ключа, затвор первого транзистора

45 является управляющим входом ключа и через инвертор соединен с затвором второго транзистора, исток второго транзистора является выходом ключа.

1547064

Корректор В.Гирняк

Редактор А.Ревин

Тираж 66S Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 191

°

Ваказ 85. ицлр

Составитель Н.Козлов

Техред Л.Сердокова