Аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала

 

Изобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код в информационно-измерительных и управляющих системах Цель изобретения - повышение точности преобразования Аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала содержит компаратор 1. блок управления 2. генератор тактовых импульсов, основной цифроанапоговый преобразователь (ЦДЛ) 4 и ряд новых блоков: цифровой компаратор 5, элементы И 6. ИЛИ. дополнительный ЦАП 7 и регистр 9, позволяющих осуществить плавную настройку на диапазон входного сигнала 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4929965/24 (22) 22.04.91 (46) 15.10.93 Бюп Ne 37-38 (71) Особое конструкторское бюро Спектр" при

Рязанском радиотехническом институте (72) Чеюв RH. Светников 0.Г„Скворцова ЕИ. (73) Особое конструкторское бюро "Спектр" при

Рязанаюм радиотехническом институте (И) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКОЙ НА

ДИАПАЗОН ВХОДНОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относи ся к цифровой информационю-измерительной технике и может быль ис(е) R (Ill 2ШЫ16 С1 (51) Н0 М1 3 пользовано дпя преобразования аналоговых сигналов в цифровой код в информационно-измерительных и управпеощих системах Цепь изобретения — повышеае точности преобразования. Аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала содержит компаратор 1, блок управпеея 2. генератор тактовых импульсов, ооююой цифроаналоговый преобразоватетв (ЦАП) 4 и ряд новых блоков: цифровой компаратор 5, зпементы И 6, ИЛИ . дополнительный ЦАП 7 и регистр 9, позволяющих осуществить плавную k8cFpO HB диапазон входного сигнала 1 ип

2001518

Изобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код в информационно-измерительных и управляющих системах, а также для сопряжения цифровых вычислительных машин с аналоговыми каналами, имеющими различные динамические диапазоны сигналов.

Известно устройство аналого-цифровогп преобразователя с автоматическим выбором предела измерений. содержащее блок выбора масштаба, аналого-цифровой преобразователь АЦП, выход которого соединен с первыми выходными шинами через логический блок. регистр масштаба, блок синхронизации, связанный с АЦП и регистром масштаба, соединенным с блоком масштаба, вход которого является входом устройства, а выход через блок аналогового запоминания подключен к входу АЦП.

Недостатками данного устройства являются сложность построения, необходимость воздействия на входной сигнал, отсутствие возможности плавной настройки на диапазон входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому аналого-цйфровому преобразователю является выбранный в качестве прототипа АЦП, содержащий основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), блок управления, выходы которого подключены к первым входам ЦАП и являются шиной выходного кода, компаратор, первый вход которого является шиной входного напряжения, второй вход соединен с выходом ЦАП, а выход — с первым входом блока управления, второй вход которого является шиной запуска, а к третьему входу подключен выход генератора тактовых импульсов.

Однако данное устройство не может быть оперативно адаптировано под изменяющийся диапазон входного сигнала, Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Цель достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь введены цифровой компаратор, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, элементы ИЛИ, элементы И и регистр, первые входы которого объединены с входами цифрового компаратора и информационными входами основного цифроаналогового преобразователя, второй вход — к выходу элемента И, а выходы соединены с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых являются шиной "Выбор" и объединены с первым входом элемента И, а выходы элементов ИЛИ подключены к соответству5

55 ющим входам дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с опорным входом основного цифроаналогового преобразователя, второй вход элемента И подключен к выходу цифрового компаратора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: цифровогл компаратора 5, элемента И 6, дополнительного ЦАП 7, элемента ИЛИ 8, регистра

9, Таким образом. заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что ЦАП 7. элементы ИЛИ 8. И б, регистр 9, компаратор 5 известны. Однако при их введении в указанной связи между собой и с остальными элементами схемы в заявляемый аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала укаэанные элементы проявляют новые свойства, что обеспечивает возможность плавной настройки преобразователя на различные диапазоны входных сигналов.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлены структурная схема устройства аналого-цифрового преобразователя с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала.

Устройство содержит компаратор 1, блок управления 2, генератор ТИ 3. основной ЦАП 4, цифровой компаратор 5, элемент

И б, дополнительный ЦАП 7, элемент ИЛИ

B. регистр 9.

Устройство работает в два этапа следующим образом, На первом этапе производится измерение диапазона входных сигналов и автоматическая настройка преобразователя по результатам измерения. Второй этап — рабочий, на котором происходит кодирование поступающих на вход сигналов. Текущее значение напряжения на выходе основного

ЦАП 4 равно:

Опр= У Р . Ооп. где у — текущий код на входе ЦАП 4;

Uon = y а — напряжение на выходе опорного ЦАП 7; а, /3 — постоянные коэффициенты.

На первом этапе работы сигналу лог.1 на шине "Выбор" элементы ИЛИ устанавливают на цифровых входах дополнительного

ЦАП 7 максимальный код gmax, e результате чего на его выходе появится напряжение

Uon max Cl уmax

2001518 или

Напряжение на выходе основного ЦАП 4 будет

0 р —— а Р ym» у.

Максимальному значению сигнала на входе устройства 0ех будет соответствовать максимальное значение напряжения на выходе

ЦАП 4

0прт1 =а P max . уе где уе — код максимального сигнала на выходе блока управления 2, Оптимальной работой аналого-цифрового преобразователя считается такая, когда ym =ym x. т.е. самое большое напряжение на его входе кодируется максимально возможным кодом, Значение уе, для данной выборки входных сигналов выделяется на регистре 9. Происходит это следующим образом, Текущие коды у каждого входного сигнала поступают с блока управления 2 после кодирования по сигналу "Запуск" на регистр 9 и цифровой компаратор 5. Если код текущего сигнала больше кода предыдущего, то цифровой компаратор 5 выдает через открытый сигналом "Выбор" элемент И импульс на регистр 9. который записывает этот код. Если текущий код меньше или равен предыдущему, то запись не происходит.

Таким образом, по окончании этапа настройки на регистре 9 будет записан код максимального сигнала ),1. После снятия сигнала "Выбор" этот код поступит на дополнительный ЦАП 7 через элементы ИЛИ

8 и на его выходе появится напряжение

0„1- а у.

На втором этапе работы после снятия сигнала "Выбор" производится рабочее кодирование поступающей на вход устройства информации, При этом элемент И 6 не позволяет производить новых записей в регистр и он в течение всего второго этапа хранит значение. Выходное напряжение осФормула изобретения

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ HACTPOAKOA НА ДИАПАЗОН входного сигнАлА. содержащий основной цифроаналоговый преобразователь, блок управления, выходы которого подключены к информационным входам цифроаналогового преобразователя и являются выходной шиной, компаратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналыового преобразователя, а выход - с первым входом блока управления. второй вход которого является шиной запуска, а третий вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что. с новного ЦАП 4 дчя максимально о сигнала равно

Unpmg = а j3 )ъ ) .1, где уч1 — код максимального си нала.

5 Напряжение 0», поступающее как нв первом, так и на втором этапах на компаратор 1 аналого-цифрового преобразовзтеля, для максимального сигнала диапазона одно и то же. Следовательно, исходя из принципа поразрядного уравновешивания, Unpm1 = 0прп 2 Оехщ, ym! = угпех.

Следовательно, диапазон устройства поставлен в полное соответствие с диапазоном входных сигналов. При изменении диапазона входных сигналов достаточно однократно перейти в режим настройки и продолжить рабочее кодирование, Техническая реализация предложенного решения не вызывает затруднений, поскольку допускает использование серийно выпускаемых микросхем: в качестве блока управления 2 подходит любой регистр последовательного приближения, например

К155 ИР17, в качестве ЦАП 4 и 7 — умножающие преобразователи, цифровой компаратор ИП2 или СП1.

Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известными позволяет автоматически плавно производить настройку АЦП на диапазон входного сигнала, в результате чего входной сигнал квантуется на максимально возможное число градаций, что увеличивает точность работы преобразователя. (56) Авторское свидетельство СССР

40 N 1248067, кл. Н 03 М 1/38. 1986.

Бахтияров Г.Д. и др, Аналого-цифровые преобразователи, M.: Сов. радио, 1980, с.

29-30.

45 целью повышения точности преобразования. в него введены цифровой KoMflBpBTop, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, элементы ИЛИ, элемент И и

«0 регистр, первые входы которого обьединены с входами цифрового компаратора и информационными входами основного цифроаналогового преобразователя, второй вход подключен к выходу элемента И, «.5 а выходы соединены с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых являются шиной "Выбор" и объединены первым входом элемента И, а выходы эчементов ИЛИ подключвны к соответствующим входам дополнительного

2001518

Составитель В.Везенов

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3132

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с опорным входом основного цифроаналогового преобрэзователя, второй вход элемента И подключен к выходу цифрового компаратора.