Аналого-цифровой преобразователь

 

287422

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Кл. 42птз> 3/00

Заявлено 14.11.1969 (№ 1313108!18-24) с присоелииеиием заявки ¹

Комитет по делам изооретений и открытий при Совете Министров

СССР

ЧПК 6 06j 3 00

Н 03" .13 20

УДК 681.325(088.8) Приоритет

Опубликовано 19.Õ1.1970, Бюллетень i, > 35, !,ятя Опт бл!!адова .! 1я Ои! .catt .! ÿ 22.1. 1 7 1

Авторы изсбретеиия

А. В. Матвеев и В. М. Панкратов

Заявитель

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Л!!иейио-проп3.скatomttt I:,ас! .Яд 1 coca!I!tet! со входом суммирующего усилителя 2, выход которого подключен через зарялио-разрядное устроиство 8 к дискриминатору 4 интервала разряда. Генератор 5 кодовы.; импульсов и дискриминатор 4 подключены ко входам схемы 6 прочускаипя, выход 7 которой соединяется с адресным счетчиком. Регистр 8 связан с преобразователем 9 цифра-аналог, выход которого подключен ко второму входу усилителя 2 и к инвертору 10. Инвертор 10 соединен с олиим из входов амплитудного компаратора

11, выход которого соединен с триггером 12.

Триггер 12 управляет генератором пилообразного напряжения И, подключенного свопм выИзобретение относится к аналого-цифровым преобразователям иепрерывиых или импульсII!IN c;Iучайиых сигналов, широко используемым в различных областях радиотехники и, в особсииости, в ядерной радиоэлектронике в качестве входного устройства для миогокаíàг!ьиых амплитудных ацал: заторов.

Известен аналого-цифровой преобразователь (,>1 ПП), содержа!ции,; иве!1иo-пропускающий каскад, зарядное устройство, подключенное к амплитудному компаратору, второй вход которого соединен с преобразователем цифрааиалога, входы которого соединены с выхода3!и регистра адреса, Il coiep> at3IHII Tat<»шеиия дифференциальной нелинейности, вкл!Очающий в себя дополнительный регистр, преобразователь, соелииенный с этим регистром, причем выход преобразователя соедииеи со входом суммирующего усилителя, включеиио"o мегкду линейно-пропускающим каскалом и зарялным устройством, а выходы регистра адреса и дополнительного регистра соедииеиы со входами суммирующего регистра.

Недостатком этого преобразователя является его громоздкость и сложность.

Цель изобретения — упрощение схемы. 11остигается это тем, что в предло>кет!иоз! I реобрязователе его выход через гивертор .подключен к одному из входоз амплитудного 30

: oiI Iapa1opB, другой вход которого coo !!!tet! с Гсие татороз! пl!лообразио! О 11я 1ряжеиия,;1 выход i oit ll B p BTop a соедииеи с 3 11 pa a;Isllotltим входом схемы пропускания и со входом запуска генератора пи Iooopaatloãо ияпряжеиия чере: триггер, запускаемый спадом выходио1о импульса дискриминатора и!ггервала разряла.

На фиг. 1 предстявлепа блок-схема предложеиного АПП; II;1 фиг. 2 — электрическая с>;eit à липеl!НО- проп3.скя!Ощего каскада, с> ilмирующсго усилителя и зарядного устройства; иа фиг. 3 — зремеииая диаграмма, поясияющая работу ЛИП.

287422

Входной сигнал отрицательной полярности со входа через резистор 14 поступает в базу транзистора 15, который вместе с транзисторами 16, 17, 18 и 19 образует сум ирующий усилитель 2, линейно-пропускающий каскад 3 и зарядное устройство. В исходном состоянии транзистор 16 открыт, а 19 — закрыт соответствующим потенциалом, управляющим пропусканием сигналов (вход 20 — база трапзи60

65 ходом ко второму входу компаратора 11, и схемой б совпадения.

Преобразователь работает следующим образом.

Входной сигнал через линейно-пропускающий каскад 1 и суммирующий усилитель 2 поступает в зарядно-разрядное устройство 8.

Дискриминатор 4 интервала разряда формирует импульс, длительность которого пропорциональна амплитуде входного сигнала. Выходы дискриминатора 4 и генератора 5 кодовых импульсов соединены со входамп схемы пропускания, на выходе 7 которой образуется

«пачка» импульсов с частотой генератора 5, равная по длительности импульсу дискриминатора 4. Состояние регистра 8, т. е. код Д, записанный в нем, изменяется по произвольному закону. С выхода преобразователя 9 напряжение Un подается на второй вход суммиру|ощего усилителя 2. Через инвертор 10 напряжение Un поступает на амплитудный компаратор 11. Триггер 12 запускается дискриминатором 4, и от генератора 18 пилообразного напряжения на второй вход компаратора 11 начинает поступать линейно-изменяющееся напряжение UD в момент равенстза напряже. ний У„и D сигналом компаратора 11 триггер

12 возвращается в исходное состояние. Импульс, пропорциональный по длительности напряжению UD, поступает на третий вход cveмы б и «пачка» импульсов генератора 5 снова поступит на выход 7, который соединен со входом регистра адреса (на схеме не показан).

Итак, мы вначале подали с выхода 7 в

РА единичный последовательный код М+Д и затем, после окончания преобразования сигнала Рм +-Уо в код, добавили в PA код Д, причем, в отличие от прототипа, в результате этого в РА будет образовываться не «истин- 4о ный» код М, а код И+Р, где Р=Д-1-Д:-2", т. е. вся шкала АЦП «сдвинется» вправо на

2" каналов, где п — число разрядов регистра 8. Этот сдвиг постоянен, не зависит от кода в регистре 8 и его легко учесть при регулировке соответствующим смещением начальной точки шкалы АЦП.

Такое построение блока уменьшения дифференциальной нелинейности не требует большого количества оборудования и значительно проще известного.

Вариант электрической схемы некоторых узлов предложенного АЦП, приведенный на фиг, 2, представляет интерес для рассмотрения работы преобразователя по блок-схеме фиг. 1. стора 19). Благодаря 100 /О-ной отрицательной обратной связи (когда сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 21) коэффициент усиления суммирующего усилителя равен 1. Резистор 22 определяет коэффициент усиления для напряжения «добавки» с выхода преобразователя 9 и его сопротивление обычно значительно больше сопротивления резисторов 14 и 21. Под воздействием внешнего управляющего импульса в момент вершины входного сигнала транзистор 19 открывается, и ток транзистора 23 протекает теперь через диод 24. При этом потенциал эмпттера транзистора 17 становится ниже исходного (c». эпюру 1 на фиг. 3). Так как ток транзистора 19 больше тока транзистора 25; диод 26 закрывается и напряжение в эмпттере транзистора 18 возрастает до тех пор, пока оно не станет равно входному (на клемме 13).

Резистор 27 имеет то же сопротивление, что и резисторы 21 и 14. Этим обеспечивается неизменность входного сопротивления схемы при различных состояниях (пропускание или запрет — в зависимости от потенциала на входе 20), что существенно при повышении загрузки, а также автоматически обеспечивается постоянство коэффициента деления напряжения от преобразователя 9 на делителе: резистор 22 — входное сопротивление схемы.

Эмиттерный ток транзистора 17 заряхкает запоминающий конденсатор 28 через повторитель 29 тока. Генератор тока разряда на транзисторах 80 и 81 обеспечивает линейный разряд конденсатора 28. Импульс, пропорциональный по длительности амплитуде входного сигнала, формируется дискриминатором интервала линейного разряда 4 (см. э:тюру 2 на фиг. 3). От генератора кодовых импульсов на схему 6 пропускания поступает нспрерывная последовательность импульсов и только IIB время длительности импульса дискриминатора 4 схема б часть из них пропускает на выход 7, подключенный ко входу адресного счетчика (эпюры 8, 4 и 5). Задним фронтом импульса дискриминатора 4 запускается триггер

12 на туннельном диоде 82. Транзистор 88 открывается, и конденсатор 84 заряжается постоянным током. Лмплитудный компаратор на транзисторах 85, 86 и 37 в исходном состоянии устанавливается так, чтобы проводил транзистор 86. При заряде конденсатора 84 коллекторным током транзистора 33 фиксирующий диод 88 закрывается, и напряжение на базе транзистора 85 возрастает по лип< йному закону до тех пор, пока транзистор 85 не откроется, что приводит к перебросу триггера 12 в исходное состояние. Конденсатор 84 перезаряжается через резистор 89 до тех пор, пока диод 38 снова не откроется.

Благодаря инвертору 10 временной интервал от пуска триггера 12 и генератора 13 до момента срабатывания компаратора и, следовательно, возврата триггера на туннельном диоде 82 в исходное состояние оказывается тем меньше, чем больше напряжение на выхо287422 де преобразователя 9. Длительность же импульса дискриминатора 4 наоборот становится тем больше, чем больше напряжение на выходе преобразователя 9. Временной интервал триггера 12 преобразуется в код на выходе схемы б аналогично тому, как это происходило с интервалом дискриминатора 4. Таким образом, мы по одной и той же цепи, независимо от состояния регистра 8, «досчитываем» в адресном счетчике такую «пачку» импульсов, которая в сумме с «лишними» (из-за добавления напряжения от преобразователя 9 через резистор 22) импульсами в коде амплитуды сигнала даст постояину1о величину, не зависящую ни от амплитуды сигнала, ни от состояния регистра 8.

На фиг. 3 приведены эпюры для двух различных значений напряжения на выходе цпфро-аналогового преобразователя 9. Эпюры 7а и 7б показывают, что длительность импульса триггера 12 уменьшается при увеличении (б) напряхкения «добавки» от преобразователя 9.

Необходимо отметить еще одну особенность предложенного АЦП. Известно, что дифференциальная нелинейность АЦП по методу взвешивания достигается даже и ри очеш. тщательном подборе элементов при числе уровней квантования (каналов) в несколько тысяч величины порядка 30 — 40%. АЦП по методу последовательного счета при том же числе каналов имеет дифференциальную нелинейность на порядок меньше (2 —:3%). Поэтому для дальнейшего ее снижения (до 0,1—

0,2%) достаточно иметь всего 4 —:О-разрядный регистр 8. При этом предполагается, что дифференциальная нелинейность преобразователя зависит главным образом от влияния коррелированиых помех и наводок со стороны адресного счетчика а дискриминатор 4. Проведенные исследования и эксперименты подтверждают этот вывод. Прп 4-разрядном регистре 8 дифференциальная нелинейность уменьшается примерно в 10 раз. Если генератор а является ждущим, то импульс триггера 12 подается на его повторный запуск после окончания преобразования каждого входного сигнала.

Предложенный АЦП может быть использован в качестве прецизионного входного устройства для многоканальных амплитудных анализаторов ядерной физ;1кп, в осооенности при работе с полупроводниковыми детекторами частиц и квантов.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий линейно-пропускающий каскад, выход которого через суммирующий усилитель и зарядно-разрядную цепь запоминающего конденсатора соединен со входом дискриминатора интервала разряда; vыход последнего подключен к управляющему входу схемы пропускания, соединенной с выходом генератора кодовых импульсов, другой вход суммирующего усилителя подключен к выходу преобразователя ц:1фра-а:1:Iчзг, отли tctiottlttllcя тем, что, с целью повышения точности преобразования. он содержит инвертор, компаратор, триггер и генератор пилообразного напряжения, причем выход преобразователя цифра-аналог через инвертор под! л10чен к Одном1 Вход 1 "Ом!.аратора, другой вход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход — со входом триггера; другой вход последнего подкл1очеп к выходу д11скримипатора, а выход — ко входу запуска генератора пилообразного напряжения и другому входу схсмь! пропускания.

287422

Ф(/е

Фиг..о

Корректор Л, В. Юшина

Редактор Э. Шибаева

Заказ 3898.9 Тираж 480 Подписное

ЦНИ14ПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров CCCI

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

?

1 !

r! (— — l (Составитель Н, Козлов

Текпед А. А. Ка1мышникова! 1

1