SU1401603A1 - Многоканальный программируемый аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеизмг;рительных системах дл  измерени  на подвижных и вращающихс  объектах. Изобретение позвол ет повысить быстродействие. Это достигаетс  тем, что в преобразо м; ватель, содержащий приемники 5, 6, блок 10 фop шpoвaни  пачек импульсов, регистр 7 сдвига, мультиплексор 8, аналоговый коммутатор 4, усилитель 9 с программируемым коэффициентом усилени , формирователь 13 иьшульсов, аналоговый сумматор 11, аналоговый инвертор 12, аналоговь е запоминающие блоки 14; 15, преобразователь 16 напр жение-код , регистр 17 числа, передатчик 18, введены перемножающие преобразователи 20, 21 код-напр жение.

Description

Изобретение относите. к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеизмерительны системах дл  измерени  на подвижных и вращающихс  объектах.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  .

На чертеже приведена функциональна  схема преобразовател .

Многоканальный программируемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ссдержит шину 1 синхронизации шину 2 команд, входные шины 3„ аналоговый коммутатор 4; приемники 5 и 6, регистр 7 сдвига, мультиплексор 8, усилитель 9 с программих уемым коэффициентом усилени , блок 0 формировани  пачек импульсов, анаггоговый сумматор 11, аналоговый инвертор 12, формирователь 13 импульсов аналоговые запоминающие блоки 14 и 15, преобразователь 16 напр жение-код, регистр 17 числа5 передатчик 18 выходную шину 19, перемножающие преобразо- ватели 20 и 21 код-напр жение рекурсивный фильтр 22.

Преобразователь работает следующим образом.

Команда 5 поступающа  в последова- тельном коде по шине 2, представл ет

собой двоичное слово. Согласно прин той команде помимо стартовой и стоповой посылок содержитс  инсоормаци  о номере измер емого канала, зьабирае- мого аналоговыь ком ч-утато зом 4, требуемом коэффициенте усилени  усилител  9 и требуемой частоте среза рекур сивного фильтра 22. Размер командного слова, динамические диапагюны ампли- туд и частотные спектры входных сигналов известнь заранее, Нг: первом выходе блока 10 из синхроимпульсов, поступающ/ сх на его первый вход, формируетс  по1пледовательность импульсов сдвига регистра 7, число которых ра:е- но числу бит командного слова-, а их отсчет начинаетс  со стартовой посылки з вход щих в командное спово,, поступающих на второй з. блока 10. Командное слово записанное в регистр 7, хранитс  там до поступлени  с.тар- гоЕой посылки следующей команды; пе;;) )зый его вход 5  вл етс  информаи,.ион - иьм, второй - синхронизирующим,

На первом выходе блока 10 вырабатываетс  импз льс, длительность которого совпадает с временем записи К - мандного слова в регистр 7, при это

5

fO

15

20 25

jg

,i- jO

Ь

в течение этого времени на третий вход мультиплексора 8 подаетс  сиг- Hojij по которому на управл ющие входы аналогового комг гутатора 4, усилител  9 и рекурсивного фильтра 22 подаютс  нулевые сигналы, происходит об 1уление измерительной част  устройства , необходимое дл  устранени  вли ни  финитного сигнала рекурсивного фильтра и подготовки к измерению входного сигнала. По окончанию записи команды в регистр 7 на втором выходе блока 10 вырабатьшаетс  сигнал, по которому мультиплексор 8 пропускает на управл ющие входы аналогового коммутатора 4 усилител  9 и рекурсивного фильтра 22 сигналь; с выходов регистра 7, согласно которым выбираетс  требуе 1ый канал и устанавливаетс  соответствующие входном г сигналу коэффициент усилени  и частота среза. Усиленный и профильтрованный входной анал:оговый сигнал преобразуетс  в цифровой код преобразователем 16, на первом выходе которого по окончанию преобразовани  вырабатываетс  сигнал Готовность данных . По 3TOivry сигналу цифрова  информаци  переписываетс  из преобразовател  16 в регистр 17 числа. Преобразователь 16 управл етс  синхронно с первым аналоговым запоминающим блоком 14, . когда он находитс  в режиме выборки , преобразователь 16 - в режиме гашени  (подготовки) ,, а режим хранени  соответствует режиг гу преобразовани  преобразовател  1Ь.

По сигналу Готовность д ), поступающему также на третий вход формировател  13, на его третьем выходе по вл ютс  и пyльchJ сдвига. поступающие на управл ющий вход регистра 17, через некоторое врем , необходимое дл  записи информации в регистр 17; и информаци  с его вь-коца в последовате1льноь коде через передатчик 18 поступает на выходнз Ю шину 9, Число зтих импульсов сдвига равно числу разр дов информационного слова. На врем  приеь а формирование импульсов сдвига регистра 17 запрещаетс  сигналомs поступающим из блока 10 на второй вход формировател  13, и вывода инф1:;рма1; ии tra вы- чоднз ю шину не происходит.

Рекурсивный фильтр 22  вл етс  фильтром переогс пор дка и служит ;1./1  р гулировани  полосы пропускани 

измерительного тракта в зависимости от частотного спектра входного сигнала .

Входной сигнал суммируетс  с сигналом отрицательной обратной св зи на аналоговом сумматоре 11, причем коэффициент передачи входного напр жени  опредеп етс  перемножающим преобразователем 20, а коэффициент передачи цепи обратной св зи - перемножающим преобразователем 21. Инверси  сигнала обратной св зи осуществл етс  аналоговым инвертором 12. Оба аналоговых запоминающих блока 14 и 15 управл ютс  противофазно т.е. когда первый из них работает в режиме ры- борки, второй - в режиме хра 1ени 5 и наоборот. Люба  i-  выборка входного сигнала складываетс  из суммы мгно- венного значени  входного напр жени  рекурсивного фильтра 22 и проинверти- рованного напр жени  (-1)-й выборки хран щегос  в аналоговом запоминающем блоке 15.

Амплитудно-частотна  характеристика рекурсивного фильтра 22 определ етс  выражением

К (w)

Н

Л -;- 2 Ь coscaT

е Нд коэфсЬициент передачи входного напр жени  рекурсивного фильтра 22; Ь - коэффициент передачи цепи

обратной св зи рекурсивного фильтра 22;

Т - период с педовани  управл ющих импульсов. При w О, К(0)1, тогда -Ь и

к{:.). -°

VI + Ь - 2 Ь cos WT

Выходное напр жение перемножающих преобразователей 20 и 21 определ етс  выражением

аЫ х

TJ

(3)

где и..

напр жение,подаваемое на на вход опорного напр жени  ;

Мр - масштаб выходного сигнала, - Предел емый кодом О, измен ющимс  от О до 1. Перемножающие преобразователи 20 и 21 с резистивной сеткой R-2R и

д ig 2о 25

016034

КМОП-ключами имеют два токовых выхода , причем при одном и ТОМ же управл ющем коде с если масштабный коэффициент по первому вьгходу равен М.,, то но второму - (1-Mjj), поэтому при идентичности обоих перемнсх:;ающих преобразователей 20 и 21 коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте равен единице при любом Мр.

Полоса пропускани  фильтра определ етс  из выражени 

1 - Ь

V5 /

1 + Ь

2

2Ь cos W Т

откуда

ср

2(/Т

Л-i Ь+ ire cos (у-г) ,

где fc

ер частота среза рекурсивного

фильтра; Ь - коэффициент об ратной св зи

рекурсивного фильтра; Т - период следовани  управл ющих импульсов первого и второго аналоговых запоминающих блоков 14 и 15. Обнуление рекурсивного фильтра 22 осуществл етс  во врем  записи команды Б регистр 7, при этом на вход ре- к фсивного фильтра 22 поступает нулевое напр жение, а напр жение его обратной св зи тоже равно нулю, так как на всех трех выходах мультиплексора 8 присутствуют логические нули. При нулевом управл ющем коде на выходе усилител  9 напр жение равно нулю, перемножающий преобразователь 20 имеет максимальный коэффициент передачи , близкий к единице 5 а коэффициент передачи второго перемножающего преобразовател  2 равен нулю. Напр жени  на обоих входах аналогового сумматора 1 равны нулю и выходное напр жение фильтра тоже равно нулк. Таким образоь, так как обнуление рекурсивного фильтра 22 происходит во врем  приема команды, а фильтраци  измер емого сигнала осуществл етс  Е процессе измерени , а не после него, быстродействие устройства значительно повышаетс  по сравнению с известным устройством.

о р м у л а и 3 о б р

е и и  

PJHO го канальный программируемый аналого-цифровой преобразователь, содержащий два приемника, г налогозый коммутатор, регистр сдвига культи- плексор., усилитель с программируемь. м коэффициентом усилени , аналоговый сум {атор, аналоговый инвертор,, фор-- г дарователь импульсов э преобразователь нагф жение-кодS, два аналоговые запоминающих блока, регистр числа, пере- цатчиКа блок формировани  пачек им- пульсов; первый вход которого и первый вход формировател  :чмпул:ьсов объединены и соединены с выходом первого приВ-мника вход которого  вл етс  шиной синхронизации, нторой вход, блока формировани  пачек импульсов и первый вход регистра сдвига объединены и соединены с выходо --: второго приемникаi вход которого  вл етс  шиной команд, первый выход блока формн- рованн  па-чек импульсов соединен с вторым входом регистра сдвига первый и второй вькодьг формировател  импульсов соединены соответственно- с управл ющими входам - первого и второго аналоговых запоминающих блоков., третий выход соединен с первым управл ющим вз :одок регистра числа, выход которого соединен с входом передатч И - ка,; вьжод которого  вл етс  выходной Шиной.информационные входь; преобразов а тел  напр жение-код и первогоансшогово го запоминающего блока объе.диненыи соединены с вы ходом второго аналогового запоминающего блока; ипфор1мациопный вход которого соединен с выходом аналогового сумматора,, выход первого аналогового запоминающего блока соединен с входом аналогового инвертора , информационные входы акалог ового

кг)ммутатора  в.ч кп с  входными , а выход соединен с входом усилител  с программируемым коэффициентом усилени , первые входы мультиплексора соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, о тличаю- L4 и и с   тем, что, с нелью повьпие- ни  быстродействи , в него введены и второй умножающие преобразо- ват(гли код-напр жение, управл ющие входы которых поразр дно объединены и соединены с первыми выходами мультиплексора , аналоговые входы первого и второго умножающих преобразователей кОд-напр жение соединены соответственно с выходами усилител  с программируемым коэффициентом усилени  и аналогового инвертора, а выходы соответственно с первым и вторым входами аналогового сумматора,причем второй и третий выходы мультиплексора соединены соответственно с управл ющими входами аналогового коммутатора и усилител  с программируемым коэффициентом усилени , вторые входы мультиплексора  вл ютс об- шиной, третий вход объединен с вторым входом формировател  импульсов и соединен с выходом блока формировани  пачек импульсов, третий вход формировател  импульсов объединен с вторым управл ющим входом регистра числа и соединен с первым выходом преобразовател  напр жение-код, BTOpbte выходы которого сое,цинены соответственно с информационными входами регистра числа , управл ющий вход преобразовател  мапр жение-код объединены с управл ющим входом BTOpoi o аналогового запо- г--шнающего блока.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Многоканальный программируемый аналого-цифровой преобразователь, со1401603 держащий два приемника, аналоговый коммутатор, регистр сдвига,'мультиплексор, усилитель с программируемым коэффициентом усиления, аналоговый сумматор, аналоговый инвертор, формирователь импульсов,преобразователь напряжение-код_s два аналоговых запоминающих блока, регистр числа, передатчик, блок формирования пачек им- эд пульсов, первый вход которого и первый вход формирователя импульсов объединены и соединены с выходом первого приемника, вход которого является шиной синхронизации, второй вход 15 блока формирования пачек импульсов и первый вход регистра сдвига объединены и соединены с выходом второго приемника, вход которого является шиной команд, первый выход блока форми- 20 рования пачек импульсов соединен с вторым входом регистра сдвига, первый и второй выходы формирователя импульсов соединены соответственно' с управляющими входами первого и второго 25 аналоговых запоминающих блоков, третий выход соединен с первым управляющим входом регистра числа, выход которого соединен с входом передатчика, выход которого является выходной зо шиной.информационные входы преобразователя напряжение-код и первого аналогового запоминающего блока объединены и соединены с выходом второго аналогового запоминающего блока, информационный вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, выход первого аналогового запоминающего блока соединен с входом аналогового инвертора, информационные входы аналогового др коммутатора являются входными шинами, а выход соединен с входом усилителя с' программируемым коэффициентом усиления, первые входы мультиплексора соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первый и второй умножающие преобразователи код-напряжение, управляющие входы которых поразрядно объединены и соединены с первыми выходами мультиплексора, аналоговые входы первого и второго умножающих преобразователей код-напряжение соединены соответственно с выходами усилителя с программируемым коэффициентом усиления и аналогового инвертора, а выходы соответственно с первым и вторым входами аналогового сумматора,причем второй и третий выходы мультиплексора соединены соответственно с управляющими входами аналогового коммутатора и усилителя с программируемым коэффициентом усиления, вторые входы мультиплексора являются общей шиной,третий вход объединен с вторым входом формирователя импульсов и соединен с выходом блока формирования пачек импульсов, третий вход формирователя импульсов объединен с вторым управляющим входом регистра числа и соединен с первым выходом преобразователя напряжение-код, вторые выходы которого соединены соответственно с информационными входами регистра числа, управляющий вход преобразователя напряжение-код объединены с управляющим входом второго аналогового запоминающего блока.