RU176659U1 - ANALOG-DIGITAL CONVERTER - Google Patents
ANALOG-DIGITAL CONVERTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU176659U1 RU176659U1 RU2017119127U RU2017119127U RU176659U1 RU 176659 U1 RU176659 U1 RU 176659U1 RU 2017119127 U RU2017119127 U RU 2017119127U RU 2017119127 U RU2017119127 U RU 2017119127U RU 176659 U1 RU176659 U1 RU 176659U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- analog
- inputs
- code
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/34—Analogue value compared with reference values
- H03M1/38—Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/34—Analogue value compared with reference values
- H03M1/38—Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
- H03M1/46—Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использована в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению функциональных возможностей, повышению точности или быстродействия или снижению сложности схемы. Расширение функциональных возможностей заключается в обеспечении возможности аналого-цифрового преобразования не только однополярных положительных, но также однополярных отрицательных и двуполярных сигналов. Устройство содержит схему сравнения, цифроаналоговый преобразователь, триггер, генератор импульсов, счетчик, регистр, постоянное запоминающее устройство, блок предсказания, блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений, в состав которого входят аналоговый инвертор, компаратор, два аналоговых ключа. 1 табл., 5 ил.The utility model relates to measuring equipment, in particular to analog-to-digital converters, and can be used in digital systems for measuring and monitoring analog quantities. The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to expand the functionality, increase accuracy or speed, or reduce the complexity of the circuit. The expansion of functionality consists in providing the possibility of analog-to-digital conversion of not only unipolar positive, but also unipolar negative and bipolar signals. The device contains a comparison circuit, a digital-to-analog converter, a trigger, a pulse generator, a counter, a register, a read-only memory, a prediction unit, a sign-determining and negative-inverting unit, which includes an analog inverter, a comparator, and two analog keys. 1 tablet, 5 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использована в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин.The utility model relates to measuring equipment, in particular to analog-to-digital converters, and can be used in digital systems for measuring and monitoring analog quantities.
Уровень техникиState of the art
Известен аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения, содержащий схему сравнения, регистр последовательной аппроксимации, цифроаналоговый преобразователь, элемент И, генератор тактовых импульсов ([1]. Чернов В.Г. Устройства ввода-вывода аналоговой информации для цифровых систем сбора и обработки данных. - М.: Машиностроение, 1988. - С. 85, рис. 57. Функциональная схема и временные диаграммы АЦП последовательной аппроксимации).Known analog-to-digital Converter sequential approximation, containing a comparison circuit, a register of sequential approximation, digital-to-analog Converter, element And, a clock ([1]. Chernov VG Input-output devices of analog information for digital data acquisition and processing systems. - M.: Mashinostroenie, 1988. - P. 85, Fig. 57. Functional diagram and timing diagrams of the ADC of sequential approximation).
Недостатком устройства является низкое быстродействие, поскольку не учитываются статистические характеристики сигнала, время установления напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя и значения кодов, полученных на предыдущих циклах преобразования, а также, то, что устройство может быть использовано для измерения и контроля лишь однополярных аналоговых сигналов (сигналов положительной полярности).The disadvantage of this device is its low speed, since it does not take into account the statistical characteristics of the signal, the time it takes to establish the voltage at the output of the digital-to-analog converter, and the values of the codes obtained in previous conversion cycles, and also that the device can be used to measure and control only unipolar analog signals (signals positive polarity).
Прототипом заявляемого технического решения является аналого-цифровой преобразователь ([2]. Патент RU 2205500, МПК Н03М 1/26).A prototype of the claimed technical solution is an analog-to-digital converter ([2]. Patent RU 2205500, IPC Н03М 1/26).
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит: схему сравнения; цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); триггер; генератор импульсов; счетчик; регистр; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); блок предсказания, причем: на первый вход схемы сравнения, являющийся первым входом устройства, подается входное преобразуемое напряжение, а ко второму входу схемы сравнения подключен выход ЦАП, входы которого соединены с выходами регистра, вторыми входами блока предсказания, третьими входами ПЗУ и являются первыми выходами устройства; второй вход устройства подключен к первому входу регистра и первому входу триггера, выход которого является вторым выходом устройства, а кроме того, соединен с первым входом блока предсказания и входом генератора импульсов, первый выход которого соединен с первым входом счетчика, а второй выход подключен ко второму входу триггера; второй вход счетчика соединен со своим выходом, третьим входом схемы сравнения и вторым входом регистра; выходы блока предсказания соединены с третьими входами регистра и с первыми входами ПЗУ, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения; первые выходы ПЗУ подключены к четвертым входам регистра, вторые выходы ПЗУ подключены к третьим входам счетчика, третий выход ПЗУ подключен к третьему входу триггера.An analog-to-digital converter (ADC) contains: a comparison circuit; digital-to-analog converter (DAC); trigger; pulse generator; counter; register; read-only memory (ROM); prediction unit, moreover: the input conversion voltage is supplied to the first input of the comparison circuit, which is the first input of the device, and the DAC output is connected to the second input of the comparison circuit, the inputs of which are connected to the register outputs, the second inputs of the prediction unit, the third inputs of the ROM and are the first outputs devices the second input of the device is connected to the first input of the register and the first input of the trigger, the output of which is the second output of the device, and in addition, connected to the first input of the prediction unit and the input of the pulse generator, the first output of which is connected to the first input of the counter, and the second output is connected to the second trigger input; the second input of the counter is connected to its output, the third input of the comparison circuit and the second input of the register; the outputs of the prediction block are connected to the third inputs of the register and to the first inputs of the ROM, the second input of which is connected to the output of the comparison circuit; the first outputs of the ROM are connected to the fourth inputs of the register, the second outputs of the ROM are connected to the third inputs of the counter, the third output of the ROM is connected to the third input of the trigger.
Недостатком устройства является возможность осуществления аналого-цифрового преобразования сигналов только положительной полярности.The disadvantage of this device is the ability to perform analog-to-digital conversion of signals of only positive polarity.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению функциональных возможностей. The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to expand the functionality.
Расширение функциональных возможностей заключается в обеспечении возможности аналого-цифрового преобразования не только однополярных положительных, но так же однополярных отрицательных и двуполярных сигналов.The expansion of functionality consists in providing the possibility of analog-to-digital conversion of not only unipolar positive, but also unipolar negative and bipolar signals.
Технический результат достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь содержащий: схему сравнения; цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); триггер; генератор импульсов; счетчик; регистр; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); блок предсказания, причем ко второму входу схемы сравнения подключен выход ЦАП, входы которого соединены с выходами регистра, вторыми входами блока предсказания, третьими входами ПЗУ; второй вход устройства подключен к первому входу регистра и первому входу триггера, выход которого соединен с первым входом блока предсказания и входом генератора импульсов, первый выход которого соединен с первым входом счетчика, а второй выход подключен ко второму входу триггера; второй вход счетчика соединен со своим выходом, третьим входом схемы сравнения и вторым входом регистра; выходы блока предсказания соединены с третьими входами регистра и с первыми входами ПЗУ, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения; первые выходы ПЗУ подключены к четвертым входам регистра, вторые выходы ПЗУ подключены к третьим входам счетчика, третий выход ПЗУ подключен к третьему входу триггера, введен блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений (БОЗ и ИОН), причем вход БОЗ и ИОН служит входом устройства, первый выход БОЗ и ИОН служит первым выходом устройства, второй выход БОЗ и ИОН подключен к первому входу схемы сравнения; входы ЦАП соединены со вторыми выходами устройства, а выход триггера является третьим выходом устройства.The technical result is achieved by the fact that in an analog-to-digital Converter containing: a comparison circuit; digital-to-analog converter (DAC); trigger; pulse generator; counter; register; read-only memory (ROM); a prediction block, and a DAC output connected to the second input of the comparison circuit, the inputs of which are connected to the outputs of the register, the second inputs of the prediction block, and the third inputs of the ROM; the second input of the device is connected to the first input of the register and the first input of the trigger, the output of which is connected to the first input of the prediction unit and the input of the pulse generator, the first output of which is connected to the first input of the counter, and the second output is connected to the second input of the trigger; the second input of the counter is connected to its output, the third input of the comparison circuit and the second input of the register; the outputs of the prediction block are connected to the third inputs of the register and to the first inputs of the ROM, the second input of which is connected to the output of the comparison circuit; the first outputs of the ROM are connected to the fourth inputs of the register, the second outputs of the ROM are connected to the third inputs of the counter, the third output of the ROM is connected to the third input of the trigger, a unit for determining the sign and inverting negative voltages (BOS and ION) is introduced, and the input of the BOS and ION serves as the input of the device, the first output of the BOS and ION serves as the first output of the device, the second output of the BOS and ION is connected to the first input of the comparison circuit; DAC inputs are connected to the second outputs of the device, and the trigger output is the third output of the device.
В качестве блока предсказания может быть использован обычный регистр. Для реализации более точного (линейного) алгоритма предсказания блок предсказания (БПр) может содержать два регистра и блок вычитания, причем к первому входу БПр подключены входы управления первого и второго регистров, вторые входы БПр служат информационными входами первого регистра, выходы которого соединены с информационными входами второго регистра и, с учетом сдвига на один разряд в сторону старших разрядов, соединены с первой группой входов блока вычитания, вторая группа входов которого соединена с выходами второго регистра, выходы блока вычитания служат выходами БПр.As a prediction block, a conventional register may be used. To implement a more accurate (linear) prediction algorithm, the prediction block (BPR) may contain two registers and a subtraction block, and the control inputs of the first and second registers are connected to the first input of the BPR, the second inputs of the BPR serve as information inputs of the first register, the outputs of which are connected to information inputs the second register and, taking into account the shift by one bit towards the higher digits, are connected to the first group of inputs of the subtraction unit, the second group of inputs of which are connected to the outputs of the second register, the output subtractor outputs are BDP.
БОЗ и ИОН содержит аналоговый инвертор, компаратор, первый (нормально замкнутый) аналоговый ключ, второй (нормально разомкнутый) аналоговый ключ; вход БОЗ и ИОН подключен одновременно к входу аналогового инвертора, первому (неинвертирующему) входу компаратора, сигнальному входу второго (нормально разомкнутого) аналогового ключа; второй (инвертирующий) вход компаратора «заземлен»; выход компаратора одновременно подключен к первому выходу БОЗ и ИОН и входам управления аналоговых ключей, выходы которых соединены со вторым выходом БОЗ и ИОН.BOS and ION contains an analog inverter, a comparator, a first (normally closed) analog key, a second (normally open) analog key; input BOS and ION is connected simultaneously to the input of the analog inverter, the first (non-inverting) input of the comparator, the signal input of the second (normally open) analog key; the second (inverting) input of the comparator is “grounded”; the output of the comparator is simultaneously connected to the first output of the BOS and ION and the control inputs of analog keys, the outputs of which are connected to the second output of the BOS and ION.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1, приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя.In FIG. 1, a block diagram of an analog-to-digital converter is shown.
На фиг. 2 - структурная схема блока предсказания.In FIG. 2 is a block diagram of a prediction block.
На фиг. 3 - структурная схема блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.In FIG. 3 is a block diagram of a unit for determining the sign and inverting negative voltages.
На фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.In FIG. 4 is a timing diagram explaining the operation of the unit for determining the sign and inverting negative voltages.
На фиг. 5 - алгоритмы процедуры подбора кода.In FIG. 5 - algorithms for the code selection procedure.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Аналого-цифровой преобразователь содержит схему сравнения 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, триггер 3, генератор импульсов 4, счетчик 5, регистр 6, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 7, блок предсказания (БПр) 8, блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений (БОЗ и ИОН) 9, причем: вход БОЗ и ИОН 9 служит входом устройства («Uвх»), первый выход БОЗ и ИОН 9 служит первым выходом устройства («код знака»), второй выход БОЗ и ИОН 9 подключен к первому входу схемы сравнения 1; ко второму входу схемы сравнения 1 подключен выход ЦАП 2, входы которого соединены с выходами регистра 6, вторыми входами Бпр 8, третьими входами ПЗУ 7 и являются вторыми выходами устройства («код амплитуды»); второй вход устройства («пуск») подключен к первому входу регистра 6 и первому входу триггера 3, выход которого является третьим выходом устройства («завершение преобразования»), а кроме того, соединен с первым входом Бпр 8 и входом генератора импульсов 4, первый выход которого соединен с первым входом счетчика 5, а второй выход подключен ко второму входу триггера 3; второй вход счетчика 5 соединен со своим выходом, третьим входом схемы сравнения 1 и вторым входом регистра 6; выходы Бпр 8 соединены с третьими входами регистра бис первыми входами ПЗУ 7, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения 1; первые выходы ПЗУ 7 подключены к четвертым входам регистра 6, вторые выходы ПЗУ 7 подключены к третьим входам счетчика 5, третий выход ПЗУ 7 подключен к третьему входу триггера 3.The analog-to-digital converter contains a
БПр 8 содержит первый и второй регистры 10 и 11, блок вычитания 12, причем к первому входу БПр 8 подключены входы управления регистров 10 и 11, вторые входы БПр 8 служат информационными входами регистра 10, выходы которого соединены с информационными входами регистра 11 и, с учетом сдвига на один разряд в сторону старших разрядов, соединены с первой группой входов блока вычитания 12, вторая группа входов которого соединена с выходами регистра 11, выходы блока вычитания служат выходами БПр 8.
БОЗ и ИОН 9 содержит аналоговый инвертор 13, компаратор 14, первый (нормально замкнутый) аналоговый ключ 15, второй (нормально разомкнутый) аналоговый ключ 16; вход БОЗ и ИОН 9 подключен одновременно к входу аналогового инвертора 13, первому (неинвертирующему) входу компаратора 14, сигнальному входу второго (нормально разомкнутого) аналогового ключа 16; второй (инвертирующий) вход компаратора 14 «заземлен»; выход компаратора 14 одновременно подключен к первому выходу БОЗ и ИОН 9 и входам управления аналоговых ключей 15 и 16, выходы которых соединены со вторым выходом БОЗ и ИОН 9.BOS and ION 9 contains an
Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.An analog-to-digital converter operates as follows.
БОЗ и ИОН 9 призван определить знак (полярность) уровня напряжения входного сигнала и ретранслировать входной сигнал далее с единичным коэффициентом передачи, а в случае отрицательной полярности подвергнуть транслируемый сигнал инверсии, то есть сформировать модуль входного сигнала. ([3]. Патент RU 2356163, МПК Н03М 1/34; [4]. Хорольский В.Я., Бондарь С.Н, Бондарь М.С. Повышение эффективности высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей за счет введения блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Технические науки. - 2007. - №3. - С. 15-17.). В частности:BOS and ION 9 is designed to determine the sign (polarity) of the voltage level of the input signal and relay the input signal further with a unit transmission coefficient, and in the case of negative polarity, expose the translated inversion signal, that is, form the input signal module. ([3]. Patent RU 2356163, IPC
1) в случае поступления на вход БОЗ и ИОН 9 (устройства) сигнала положительной полярности (интервалы времени [t1; t2], [t3; t4], (фиг. 4)):1) if a signal of positive polarity (time intervals [t 1 ; t 2 ], [t 3 ; t 4 ], (Fig. 4)) is received at the input of BOS and ION 9 (device):
- компаратор 14 формирует сигнал с уровнем логической единицы (фиг. 4б);- the
- на первом выходе БОЗ и ИОН 9 (первом выходе устройства («код знака»)) формируется сигнал с уровнем логической единицы (фиг. 4ж);- at the first output of the BOZ and ION 9 (the first output of the device ("sign code")) a signal is generated with the level of a logical unit (Fig. 4g);
- (нормально разомкнутый) аналоговый ключ 16 переводится в замкнутое состояние;- (normally open)
- (нормально замкнутый) аналоговый ключ 15 переводится в разомкнутое состояние;- (normally closed)
- входной сигнал транслируется, через замкнутый аналоговый ключ 16 (фиг. 4в), на второй выход БОЗ и ИОН 9 (фиг. 4е);- the input signal is transmitted, through a closed analog key 16 (Fig. 4B), to the second output of the BOS and ION 9 (Fig. 4E);
2) в случае поступления на вход БОЗ и ИОН 9 (устройства) сигнала отрицательной полярности (интервалы времени [t2; t3], [t4; t5], (фиг. 4)):2) in the case of a negative polarity signal (time intervals [t 2 ; t 3 ], [t 4 ; t 5 ], (Fig. 4)), received at the input of the BOS and ION 9 (device):
- компаратор 14 формирует сигнал с уровнем логического нуля (фиг. 4б);- the
- на первом выходе БОЗ и ИОН 9 (первом выходе устройства («код знака»)) формируется сигнал с уровнем логического нуля (фиг. 4ж);- at the first output of the BOZ and ION 9 (the first output of the device ("sign code")) a signal is generated with a logic zero level (Fig. 4g);
- (нормально разомкнутый) аналоговый ключ 16 переводится в разомкнутое состояние;- (normally open)
- (нормально замкнутый) аналоговый ключ 15 переводится в замкнутое состояние;- (normally closed)
- входной сигнал, инвертированный посредством аналогового инвертора 13 (фиг. 4г), транслируется, через замкнутый аналоговый ключ 15 (фиг. 4д), на второй выход БОЗ и ИОН 9 (фиг. 4е).- the input signal inverted by means of an analog inverter 13 (Fig. 4d) is transmitted, through a closed analog key 15 (Fig. 4e), to the second output of the BOS and ION 9 (Fig. 4e).
Таким образом, БОЗ и ИОН 9 фактически формирует модуль (1) (фиг. 4е) и знак (2) (фиг. 4ж) транслируемого сигнала.Thus, BOS and ION 9 actually forms the module (1) (Fig. 4e) and the sign (2) (Fig. 4g) of the transmitted signal.
где , - выходное напряжение БОЗ и ИОН 9 на первом и втором выходах (Uвых1, Uвых2 - фиг. 4е, 4ж);Where , - the output voltage of the BOZ and
U1 и U0 - высокий и низкий уровни напряжения - уровни логической единицы и нуля.U 1 and U 0 - high and low voltage levels - logical unit and zero levels.
Схема сравнения 1 предназначена для сравнения модуля входного преобразуемого напряжения |Uвх| и напряжения с выхода ЦАП 2 - UЦАП. В случае |UBX|>UЦАП на выходе схемы сравнения 1 появится сигнал, соответствующий логической единице, в противном случае - логическому нулю. В качестве схемы сравнения 1 используется стробируемый компаратор. При подаче нулевого уровня на его третий (стробирующий) вход напряжение на выходе схемы сравнения 1 фиксируется.
Счетчик 5 предназначен для формирования интервала времени, соответствующего времени установления напряжения на выходе ЦАП 2 для текущего кода. Для этого в счетчик 5 записывается некоторое число и его переводят в режим вычитания. При подаче на первый вход счетчика импульсов содержимое его уменьшается. По достижении содержимым счетчика нулевого значения на его выходе устанавливается уровень логического нуля, который сигнализирует об окончании заданного интервала времени. Уровень логического нуля с выхода счетчика 5 поступает на его второй вход, и он переходит в режим записи. С приходом положительного фронта на первый вход счетчика 5 в него записывается информация, поданная на его третьи (информационные) входы. При этом на выходе счетчика 5 устанавливается уровень логической единицы, он переходит в режим вычитания и к формированию следующего временного отрезка. Пусть для данного кода К (поданного на вход ЦАП 2) время установления выходного напряжения ЦАП 2 составляет Ti, а период импульсов, поступающих с генератора 4, составляет Δt, то для формирования временного интервала Ti в счетчик необходимо записать код, равный NCЧi=Ti/Δt. При описании работы устройства будем считать, что величина задержки пропорциональна разнице между предыдущим кодом и следующим (задержка установления напряжения на выходе ЦАП 2) плюс один импульс на время срабатывания схемы сравнения 1. Например, если после кода 8 (1000) на вход ЦАП 2 подается код 6 (0110), то в счетчик 5 необходимо записать число 3 (3=8-6+1).The
Регистр 6 предназначен для хранения текущего значения выходного кода преобразования. При подаче импульса на первый вход регистра 6 в него записывается информация, поданная на его третьи входы с выхода БПр 8. По положительному фронту импульса, поданного на второй вход регистра 6, в него записывается информация, поданная на его четвертые входы с первых выходов ПЗУ 7.
ПЗУ 7 предназначено для хранения цифровых кодов, используемых в процессе выполнения процедуры подбора выходного кода, соответствующего модулю входного аналогового напряжения |Uвх|. В ПЗУ 7 также хранятся значения задержек для всех используемых кодов (соответствующих времени установления напряжения на выходе ЦАП 2).
БПр 8 предназначен для выбора процедуры поиска в зависимости от кодов, полученных на предыдущих циклах преобразования. В качестве БПр 8 может быть использован обычный регистр. Он будет использоваться для запоминания кода, полученного на предыдущем цикле преобразования (алгоритм нулевого предсказания). При этом предполагается, что входная преобразуемая величина изменится незначительно за время всего цикла преобразования и соответственно значение выходного кода на следующем цикле преобразования будет близко к значению кода на предыдущем цикле.
Для реализации более точного (линейного) алгоритма предсказания структура БПр 8 может иметь вид, показанный на фиг. 2. В регистре 10 хранится значение кода, полученное в конце последнего цикла преобразования Ki. Этот код будет записан в регистр 10 БПр 8 с выходов регистра 6 устройства при появлении отрицательного перепада на первом входе БПр 8 (с выхода триггера 3, в конце очередного цикла преобразования). Одновременно в регистр 11 будет переписан код с выхода регистра 10, т.е. код предыдущего цикла преобразования Ki-1. Определим разность между текущим и предыдущим значением кода согласно (3)To implement a more accurate (linear) prediction algorithm, the structure of the
В соответствии с алгоритмом линейного предсказания следующее ожидаемое значение кода определяется согласно (4):In accordance with the linear prediction algorithm, the following expected code value is determined according to (4):
Вычисление по формуле (4) производится с помощью блока вычитания 12, при этом значение Ki подается на первые входы блока вычитания 12 с выхода регистра 10 со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов. Таким образом реализуется умножение Ki на два. На вторые входы блока вычитания 12 подается код с выходов регистра 11.The calculation according to the formula (4) is performed using the
Следует отметить, что на первые входы ПЗУ 7 и третьи входы регистра 6 подаются М старших разрядов результата вычисления по формуле (4) с выхода блока вычитания 12 (и соответственно с выходов БПр 8, фиг. 2). В общем случае 1≤М≤N, где N - разрядность АЦП. При M=N необходимо составить оптимальную процедуру поиска для всех возможных кодов N разрядного АЦП. Это потребует применения ПЗУ 7 значительного объема. Учитывая неточность алгоритма предсказания, целесообразно использовать значение М, меньшее N, т.е. одну оптимальную процедуру подбора кода использовать для группы выходных кодов, значения которых близки друг к другу. Конкретное значение М определяют, исходя из точности алгоритма предсказания, эффективности процедуры подбора кода и исходя из ограничений, накладываемых на емкость ПЗУ 7. Отметим также, что при M<N, на свободные (младшие) третьи входы регистра 6 подается уровень логического нуля.It should be noted that the first inputs of the
Задача построения оптимальной процедуры подбора кода в процессе аналого-цифрового преобразования соответствует известной задаче построения оптимальных программ диагностирования, т.е. поиску в объекте контроля единственного неисправного элемента ([5]. Пашковский Г.С. Задачи оптимального обнаружения и поиска отказов в РЭА / Под. ред. И.А. Ушакова. - М.: Радио и связь, 1981. - С. 50-84). В данном случае необходимо найти единственное значение кода, наиболее соответствующее входному преобразуемому напряжению. Пусть в соответствии с используемым алгоритмом предсказания наиболее вероятным следующим значением кода является значение 8 (1000). Тогда оптимальная процедура подбора кода может иметь вид, показанный на фиг. 5.The task of constructing the optimal code selection procedure in the process of analog-to-digital conversion corresponds to the well-known task of constructing optimal diagnostic programs, i.e. search in the control object for a single faulty element ([5]. G. Pashkovsky. Tasks of Optimal Detection and Search of Failures in CEA / Edited by I. A. Ushakov. - M.: Radio and Communications, 1981. - P. 50 -84). In this case, it is necessary to find the only code value that is most suitable for the input converted voltage. Let, in accordance with the prediction algorithm used, the most probable next code value is the value 8 (1000). Then the optimal code selection procedure may be as shown in FIG. 5.
В соответствии с фиг. 5 первым должен быть проверен код, равный 8 (1000). Если напряжение на выходе ЦАП 2 будет больше модуля входного напряжения (|UBX|<UЦАП) то следующим должен быть проверен код 6 (0110) - переход производится по левой ветви графа, выходящей из первой вершины и помеченной цифрой 0. Если напряжение на выходе ЦАП 2 будет меньше входного напряжения (|UBX|>UЦАП), то следующим должен быть проверен код 10 (1010) - переход производится по правой ветви графа, выходящей из первой вершины и помеченной цифрой 1. При достижении висячей вершины или вершины, у которой отсутствует левая ветвь, процесс подбора кода заканчивается. При этом в качестве результата преобразования берется код, указанный на фиг. 5 в прямоугольнике (к которому подходят стрелки). В прямоугольниках справа от вершин графа указана задержка для данного кода. Заметим, что коды, наиболее близкие к наиболее вероятному (например коды 6, 7, 9, 10), могут быть получены за меньшее число шагов, чем значения кодов, менее вероятные (например коды 0, 1, 14, 15).In accordance with FIG. 5 the first code to be checked is 8 (1000). If the voltage at the output of
Содержимое области ПЗУ 7 для этой процедуры подбора кода приведено в таблице.The contents of the
Процедура подбора кода записана в ПЗУ 7 в виде последовательности слов. Адреса слов приведены во втором столбце "Адрес". Значение адреса приведено как в десятичной форме, так и в двоичной (в скобках). Адрес состоит из трех частей. В двоичном представлении адреса в таблице отдельные части отделены пробелами. Старшая часть адреса поступает с выхода БПр 8 и для данной процедуры подбора кода она имеет одно и то же значение. Средняя часть адреса (1 бит) формируется сигналом с выхода схемы сравнения 1. Младшая часть адреса определяется кодом, поступающим с выхода регистра 6.The code selection procedure is recorded in
Каждое слово имеет три поля. Первое поле "Код" содержит текущий код, используемый на данном шаге подбора выходного кода (в таблице приведено десятичное значение этого кода и в скобках - его двоичное представление). Поле "Задержка" содержит число, пропорциональное времени установления ЦАП 2 и срабатывания схемы сравнения 1 для соответствующего кода из поля "Код" (в данном случае принято, что это время равно разности между текущим кодом и предыдущим плюс единица на срабатывание схемы сравнения 1). Поле "Признак окончания" определяет момент времени окончания процедуры подбора кода. Выполнение процедуры подбора кода заканчивается, если это поле будет содержать единицу.Each word has three fields. The first field "Code" contains the current code used at this step of selecting the output code (the table shows the decimal value of this code and in brackets its binary representation). The “Delay” field contains a number proportional to the time it takes to establish the
Рассмотрим работу устройства при следующих исходных данных. Разрядность АЦП - 4. Диапазон для модуля двухполярного входного напряжения составляет 10 В (в случае симметричности двухполярного входного напряжения, диапазон входных сигналов может достигать 20 В). Для 4-разрядного АЦП в этом случае ступень квантования равна ΔU=10 В /24=10 В/16=0,625 В. Это означает, что при подаче на вход ЦАП 2 кода, например, равного 4, на его выходе будет напряжение UЦАП=4⋅0,625=2,5 В. Предположим, что модуль входного напряжения (напряжение поступающее со второго выхода БОЗ и ИОН 9 на вход схемы сравнения 1) составляет 2,6 В (|UBX|=2,6 В), а в качестве блока предсказания используется обычный регистр (нулевое предсказание).Consider the operation of the device with the following initial data. The resolution of the ADC is 4. The range for the bipolar input voltage module is 10 V (in the case of a bipolar input voltage symmetry, the input signal range can reach 20 V). For a 4-bit ADC, in this case, the quantization step is ΔU = 10 V / 2 4 = 10 V / 16 = 0.625 V. This means that when a code is input to the
Допустим также, что с выходов БПр 8 на третьи входы регистра 6 поступает код 8 (1000). Это означает, что в предыдущем цикле преобразования, при использовании нулевого алгоритма предсказания, был получен код 8 (1000). (При использовании линейного алгоритма предсказания код 8 (1000) может быть получен, например, если на двух предыдущих тактах преобразования были получены коды 6 и 7 или 4 и 6 и т.д.). Код 8 (1000) также поступит на первые (старшие) входы адреса ПЗУ 7, т.е. будет выбрана область памяти ПЗУ 7, где записана процедура подбора кода для случая, когда наиболее вероятным значением на следующем цикле аналого-цифрового преобразования шага является код 8 (1000).Suppose also that from the outputs of the
В счетчик 5 в конце предыдущего цикла преобразования должны быть записаны код, в общем случае равный разности выходного кода, полученного в предыдущем цикле преобразования, и значения кода, который будет первым применяться в процедуре поиска на следующем цикле преобразования. Если для каждого предсказанного кода составляется своя программа поиска (все разряды блока предсказания 8 подключаются к первым входам ПЗУ 7, т.е. M=N) и используется нулевой алгоритм предсказания, то содержимое счетчика 5 должно быть равно единице, поскольку значение кода на входе ЦАП 2 не изменится и нет необходимости вводить для ЦАП 2 задержку, необходимо лишь учесть задержку срабатывания схемы сравнения 1. (При включении устройства счетчик 5 должен содержать максимальное значение, а регистр 6 - произвольное - это можно обеспечить специальными схемами предварительной установки, на фиг. 1 не показанными).At
В исходном состоянии триггер 3 находится в нулевом состоянии. Для запуска очередного цикла аналого-цифрового преобразования на второй вход устройства "Пуск" подают кратковременный импульс, который поступает на первый вход регистра 6, благодаря чему в него будет записан код с выхода БПр 8, в данном случае код 8 (1000). Код числа 8 (1000) с выхода регистра 6 поступит на вход ЦАП 2 и на его выходе установится напряжение UЦАП=8⋅0,625=5 В. Это напряжение поступит на второй вход схемы сравнения 1, на первый вход которого подан модуль входного преобразуемого напряжения (для примера принято |UBX|=2,6V). Поскольку |UBX|<UЦАП, на выходе схемы сравнения 1 появится уровень, соответствующий логическому нулю.In the initial state,
Импульс запуска со второго входа устройства "Пуск" также поступит на первый вход триггера 3, под воздействием которого триггер 3 перейдет в единичное состояние. На выходе триггера 3 установится уровень логической единицы, который поступит на третий выход устройства, сигнализируя о начале очередного цикла преобразования. Единичный сигнал с выхода триггера 3 поступит также на управляющий вход генератора импульсов 4, который начнет генерировать прямоугольные импульсы. Импульсы с первого выхода генератора импульсов 4 начнут поступать на первый вход счетчика 5. Поскольку содержимое счетчика 5 отлично от нуля (как было сказано ранее содержимое счетчика 5 в начале цикла преобразования равно единице), сигнал логической единицы с его выхода поступает на его второй вход, т.е. для счетчика 5 установлен режим вычитания. По положительному фронту очередного импульса с выхода генератора импульсов 4 содержимое счетчика 5 уменьшится на единицу и станет равным нулю. В течение этого времени переходные процессы в схеме сравнения 1 закончатся. Нулевой уровень с выхода счетчика 5 поступит на третий (стробирующий) вход схемы сравнения 1, фиксируя значение сигнала на его выходе с тем, чтобы исключить его изменение при перезаписи информации из ПЗУ 7 в регистр 6 и счетчик 5.The start pulse from the second input of the Start device will also go to the first input of
Таким образом, на адресных входах ПЗУ 7 будет сформирован код 264 (1000 0 1000). При этом на первых выходах ПЗУ 7 появится код числа 6 (0110), на вторых выходах - код числа 3 (0011) и на третьем выходе - нулевой уровень (9-я строка в таблице). Поскольку при обнулении счетчика 5 он переходит в режим записи, с приходом очередного импульса с первого выхода генератора импульсов 4 на первый вход счетчика в него будет записан код числа 3 (0011) со вторых выходов ПЗУ 7. Содержимое счетчика 5 станет отличным от нуля и на его выходе сформируется положительный перепад напряжения, по которому в регистр 6 будет записан код числа 6 с первых выходов ПЗУ 7. На фиг. 5 это соответствует переходу от кода 8 к коду 6 при |UBX|<UЦАП.Thus, at the address inputs of the
На выходе ЦАП 2 появится напряжение UЦАП=6⋅0,625=3,75 В и поскольку |UBX|<UЦАП на выходе схемы сравнения 1 установится уровень логического нуля. На адресных входах ПЗУ 7 установится код числа 262 (1000 0 0110) и на первых выходах ПЗУ 7 появится код 4 (0100), а на вторых выходах код 3 (0011) (7-я строка в таблице). После обнуления счетчика 5 код 4 (0100) будет записан в регистр 6, а содержимое счетчика 5 станет равным 3 (0011).At the output of the
На выходе ЦАП 2 при этом появится напряжение UЦАП=4⋅0,625=2,5 В. Поскольку в данном случае |UBX|>UЦАП, на выходе схемы сравнения 1 установится уровень логической единицы. На адресных входах ПЗУ 7 установится код числа 276 (1000 1 0100) и на первых выходах ПЗУ 7 появится код 5 (0101), а на вторых выходах код 2 (0010) (21-я строка в таблице). После обнуления счетчика 5 код 5 (0101) будет записан в регистр 6, а содержимое счетчика 5 станет равным 1 (0001).At the output of
На выходе ЦАП 2 при этом появится напряжение UЦАП=5⋅0,625=3,125 В. Поскольку в данном случае |UBX|<UЦАП, на выходе схемы сравнения 1 установится уровень логического нуля. На адресных входах ПЗУ 7 установится код числа 261 (1000 0 0101) и на первых выходах ПЗУ 7 появится код 4 (0100), а на вторых выходах код 1 (0001) (6-я строка в таблице). После обнуления счетчика 5 код 4 (0100) будет записан в регистр 6, а содержимое счетчика 5 станет равным 1 (0001).At the output of
При этом на третьем выходе ПЗУ 3 установится уровень логической единицы (6-я строка в таблице, столбец "Признак окончания"), который поступит на третий вход регистра 3, благодаря чему с приходом импульса со второго выхода генератора импульсов 4 триггер 3 перейдет в нулевое состояние. На выходе триггера 3 установится нулевой логический уровень, который поступит на третий выход устройства, сигнализируя об окончании очередного цикла аналого-цифрового преобразования. По отрицательному перепаду на выходе триггера 3 в БПр 8 будет записан результат последнего преобразования, в данном случае код 4 (0100). При использовании алгоритма нулевого предсказания код 4 (0100) с выхода блока предсказания 8 будет подан на старшие разряды ПЗУ 7, и таким образом в следующем цикле преобразования будет использоваться процедура подбора кода из другой области памяти ПЗУ 7.At the same time, the logical unit level (the 6th row in the table, the column "End sign") will be set at the third output of
Нулевой уровень с выхода триггера 3 также приостановит работу генератора импульсов 4. При этом содержимое счетчика 5 будет равно 1 (0001), т.е. устройство будет подготовлено к следующему циклу аналого-цифрового преобразования.The zero level from the output of
Определим время преобразования для предложенного АЦП. На фиг. 5 рядом с вершинами графа (справа) приведены значения задержек для каждой проверяемой комбинации (значения задержек заключены в прямоугольник). Значения задержек определены как количество импульсов, которое должно прийти с выхода генератора импульсов 4 на счетчик 5 для проверки данного кода. Оно равно значению задержек, приведенных в таблице для каждого кода, плюс один импульс, необходимый для перезаписи информации из ПЗУ 7 в счетчик 5 и регистр 6. При заданных выше условиях и использовании процедуры подбора, граф которой приведен на фиг. 5, наибольшая задержка будет, если следующими выходными кодами будут 0, 1, 14 или 15. Так, для кода 0 необходимо будет проверить коды 8, 6, 4, 3, 2, 1. Общая задержка составит 2+4+4+3+3+3=19 импульсов.We determine the conversion time for the proposed ADC. In FIG. 5 next to the vertices of the graph (on the right) are the delay values for each tested combination (the delay values are enclosed in a rectangle). The delay values are defined as the number of pulses that should come from the output of the
При использовании обычного АЦП последовательного приближения, при любом выходном коде, необходимо проверить четыре кода для 4-разрядного АЦП. Задержка составит 15⋅4=60 импульсов. В предлагаемом устройстве - 15 импульсов.When using a conventional sequential approximation ADC, for any output code, it is necessary to check four codes for a 4-bit ADC. The delay is 15⋅4 = 60 pulses. In the proposed device - 15 pulses.
Устройство АЦП, служащее прототипом, ориентировано на работу с однополярными сигналами (сигналами положительной полярности). Благодаря введению в состав устройства БОЗ И ИОН 9, предлагаемое устройство АЦП может работать как с однополярными сигналами (причем как положительной так и отрицательной полярности), так и двуполярными сигналами, то есть имеет место расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства АЦП относительно прототипа.The ADC device, which serves as a prototype, is focused on working with unipolar signals (signals of positive polarity). Due to the introduction of BOS AND
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119127U RU176659U1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119127U RU176659U1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU176659U1 true RU176659U1 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=61024357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017119127U RU176659U1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU176659U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199113U1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | BIPOLAR VOLTAGE TO BINARY SERIAL SERIAL CONVERTER |
RU2833416C1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-01-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Device for calculating deviations of cumulative sums and determining their number in binary sequence |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5241312A (en) * | 1992-03-09 | 1993-08-31 | Long Christopher R | High resolution analog to digital converter |
RU2205500C1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Analog-to-digital converter |
RU2245000C2 (en) * | 2003-02-11 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" (ФГУДП "НИПИокеангеофизика") | Successive-action analog-to-digital converter |
RU58825U1 (en) * | 2006-07-17 | 2006-11-27 | Ставропольский военный институт связи ракетных войск | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
RU2356163C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский военный институт связи ракетных войск" (СВИСРВ) | Method for generation of signal absolute value and device for its realisation |
US20170093418A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Successive approximation register analog-to-digital converter and semiconductor device including the same |
-
2017
- 2017-05-31 RU RU2017119127U patent/RU176659U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5241312A (en) * | 1992-03-09 | 1993-08-31 | Long Christopher R | High resolution analog to digital converter |
RU2205500C1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Analog-to-digital converter |
RU2245000C2 (en) * | 2003-02-11 | 2005-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" (ФГУДП "НИПИокеангеофизика") | Successive-action analog-to-digital converter |
RU58825U1 (en) * | 2006-07-17 | 2006-11-27 | Ставропольский военный институт связи ракетных войск | ANALOG-DIGITAL CONVERTER |
RU2356163C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский военный институт связи ракетных войск" (СВИСРВ) | Method for generation of signal absolute value and device for its realisation |
US20170093418A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Successive approximation register analog-to-digital converter and semiconductor device including the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199113U1 (en) * | 2020-03-12 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | BIPOLAR VOLTAGE TO BINARY SERIAL SERIAL CONVERTER |
RU2833416C1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-01-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Device for calculating deviations of cumulative sums and determining their number in binary sequence |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3506813A (en) | Signal-to-noise ratio enhancement methods and means | |
US3737893A (en) | Bipolar conversion analog-to-digital converter | |
RU176659U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
RU58825U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
US3371334A (en) | Digital to phase analog converter | |
US6803868B2 (en) | Method and apparatus of producing a digital depiction of a signal | |
RU2205500C1 (en) | Analog-to-digital converter | |
RU2656989C1 (en) | Analogue-to-digital converter | |
RU182312U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
RU162372U1 (en) | MICROCONTROLLER ADC USING THE TRANSITION PROCESS IN THE RC CIRCUIT | |
RU2204884C1 (en) | Analog-to-digital converter | |
RU176650U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
SU1096658A1 (en) | Digital instrument system | |
SU1072070A1 (en) | Device for monitoring single electric pulses | |
SU1311021A1 (en) | Analog-to-digital converter with self-checking | |
RU2646356C1 (en) | Analogue-to-digital converter | |
RU174894U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
SU894860A1 (en) | Analogue-digital converter | |
SU922765A1 (en) | Device for determining probability distribution laws | |
SU1267615A1 (en) | Stochastic analog-to-digital converter | |
SU1376241A2 (en) | Apparatus for digital support of recurrent signal phase | |
SU1322365A1 (en) | Control device for linear segment indicator | |
SU411453A1 (en) | ||
SU1008747A1 (en) | Device for determination of non-linear object nuclei | |
SU903893A1 (en) | Digital correlometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180601 |