RU2311731C1 - Composite fast-response analog-to-digital converter - Google Patents
Composite fast-response analog-to-digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2311731C1 RU2311731C1 RU2006117582/09A RU2006117582A RU2311731C1 RU 2311731 C1 RU2311731 C1 RU 2311731C1 RU 2006117582/09 A RU2006117582/09 A RU 2006117582/09A RU 2006117582 A RU2006117582 A RU 2006117582A RU 2311731 C1 RU2311731 C1 RU 2311731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- analog
- inverting
- sign
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 title description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 21
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 4
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 3
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 208000037063 Thinness Diseases 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 206010048828 underweight Diseases 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области цифровой техники, в частности к составным быстродействующим аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано в устройствах преобразования аналогового напряжения в цифровой код.The invention relates to the field of digital technology, in particular to composite high-speed analog-to-digital converters, and can be used in devices for converting analog voltage to digital code.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП), содержащее три амплитудных анализатора, две группы дифференциальных переключателей на транзисторах и источниками опорного тока по числу квантов грубого отсчета, условно принятого равным четырем, хотя это число может быть любым другим, и два суммирующих резистора. На базы правых по схеме транзисторов поданы опорные напряжения U1, U1+ΔU, U2, U2+ΔU. На базы левых по схеме транзисторов и первые входы всех трех амплитудных анализаторов подан входной аналоговый сигнал, вторые входы второго и третьего амплитудных анализаторов соединены с соответствующими суммирующими резисторами. Выходы амплитудных анализаторов образуют выход устройства. (Авторское свидетельство СССР №750722 от 24.04.78 г.).A device for a high-speed analog-to-digital converter (ADC) is known, which contains three amplitude analyzers, two groups of differential switches on transistors and reference current sources according to the number of coarse quanta, conventionally assumed to be four, although this number can be any other, and two summing resistors. The reference voltages U 1 , U 1 + ΔU, U 2 , U 2 + ΔU are applied to the bases of the right ones according to the transistor circuit. An analog input signal is applied to the bases of the left ones according to the transistor circuit and the first inputs of all three amplitude analyzers, the second inputs of the second and third amplitude analyzers are connected to the corresponding summing resistors. The outputs of the amplitude analyzers form the output of the device. (USSR Author's Certificate No. 750722 of April 24, 78).
Недостатком указанного устройства является то, что на его основе практически невозможно реализовать точный (многоразрядный) и одновременно быстродействующий АЦП.The disadvantage of this device is that on its basis it is almost impossible to implement an accurate (multi-bit) and at the same time high-speed ADC.
Известны конвейерные (pipeline) АЦП, содержащие несколько последовательно соединенных каскадов, причем последний каскад нагружен на точный АЦП. Каждый каскад содержит АЦП, кодовый выход которого подается на логическую схему коррекции, представляющую собой полный сумматор, и на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) повышенной точности с разрядностью, равной разрядности АЦП в целом, преобразующий этот код в аналоговый сигнал, который вычитается из входного аналогового сигнала, а остаток поступает на усилитель с фиксированным усилением, выход которого соединен со входом следующего каскада (Авербух В. Принципы построения быстрых АЦП, журнал Компоненты и технологии, 2000, №1, Online версия www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_01/stat_34.htm).Known conveyor (pipeline) ADCs containing several series-connected cascades, and the last cascade is loaded on the exact ADC. Each stage contains an ADC, the code output of which is fed to a correction logic circuitry, which is a complete adder, and to a digital-to-analog converter (DAC) of increased accuracy with a bit capacity equal to the ADC bit capacity in general, converting this code into an analog signal, which is subtracted from the input analog signal , and the remainder goes to the amplifier with a fixed gain, the output of which is connected to the input of the next stage (Averbukh V. Principles of constructing fast ADCs, Journal of Components and Technologies, 2000, No. 1, Online version I am www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_01/stat_34.htm).
Подобная структура используется компанией Burr-Brown во всех сериях высокоскоростных АЦП: 12-разрядных ADS80X, 10-разрядных ADS82X и ADS90X, 8-разрядных ADS83X и ADS93X (1999 CD-ROM Catalog, Burr-Brown Corporation).A similar structure is used by Burr-Brown in all high-speed ADC series: 12-bit ADS80X, 10-bit ADS82X and ADS90X, 8-bit ADS83X and ADS93X (1999 CD-ROM Catalog, Burr-Brown Corporation).
Недостатком этого типа АЦП является сложность, обусловленная повышенными требованиями к используемым в схеме устройства ЦАП и АЦП, так как в каскадах устройства обрабатывается двухполярный сигнал.The disadvantage of this type of ADC is the complexity due to the increased requirements for the DACs and ADCs used in the device circuit, since the bipolar signal is processed in the device cascades.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является составной быстродействующий АЦП, содержащий m-разрядный параллельный АЦП грубой шкалы, два источника постоянного напряжения, арифметико-логический блок, два блока оцифровки точной шкалы; каждый из блоков содержит усилитель разности, компаратор зашкаливания, n-разрядный параллельный АЦП и группу из k идентичных переключателей тока (где значение k определяется соотношением k=2m-l-1), каждый из которых состоит из дифференциального каскада на транзисторах и генератора тока (Патент РФ №2110887 от 29.05.96 г.).The closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted by the authors for the prototype is a composite high-speed ADC containing an m-bit parallel ADC of a rough scale, two DC voltage sources, an arithmetic-logic unit, two exact scale digitization units; each of the blocks contains a difference amplifier, a roll-off comparator, an n-bit parallel ADC and a group of k identical current switches (where k is determined by the ratio k = 2 ml -1), each of which consists of a differential cascade on transistors and a current generator (Patent RF №2110887 dated 05/29/96).
Недостатком этого АЦП является сложность конструкции, а также низкая точность аналого-цифрового преобразования быстропротекающих процессов, сопровождающаяся занижением быстродействия относительно уровня, потенциально возможного для параллельных структур.The disadvantage of this ADC is the design complexity, as well as the low accuracy of analog-to-digital conversion of fast processes, accompanied by an underestimation of speed relative to the level that is potentially possible for parallel structures.
Заниженное быстродействие и низкая точность аналого-цифрового преобразования быстропротекающих процессов обусловлены возможным изменением уровня напряжения входного сигнала в ходе преобразования быстропротекающих процессов, а также динамическим режимом работы блоков оцифровки точной шкалы при отсутствии каких-либо синхронизирующих устройств и устройств выборки и хранения уровня напряжения входного сигнала, что неизбежно приводит к непрерывной смене кодов на выходе компаратора зашкаливания, а значит к вынужденному увеличению времени формирования кода на выходе арифметико-логического блока и в целом к ошибкам преобразования.Underestimated speed and low accuracy of analog-to-digital conversion of fast processes are caused by a possible change in the input signal voltage level during fast processes, as well as by the dynamic mode of operation of the digitizing blocks of an accurate scale in the absence of any synchronizing devices and devices for selecting and storing the input signal voltage level, which inevitably leads to a continuous change of codes at the output of the off-scale comparator, which means a forced increase in time Meni code generation output arithmetic-logic unit and a general conversion errors.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к упрощению схемы устройства и повышению точности аналого-цифрового преобразования быстропротекающих процессов при одновременном приведении быстродействия к уровню потенциально возможному для параллельных структур.The technical result that can be achieved using the present invention is to simplify the circuit of the device and increase the accuracy of the analog-to-digital conversion of fast processes while reducing the speed to the level potentially possible for parallel structures.
Технический результат достигается тем, что в составной быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий m-разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь грубой шкалы, n-разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь, усилитель разности, введены три схемы выборки-хранения, три регистра памяти, цифроаналоговый преобразователь, блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений, блок синхронизации, вход управления, причем информационный вход преобразователя соединен с первым входом первой схемы выборки-хранения; вход управления преобразователя соединен с входом блока синхронизации и со вторым входом первой схемы выборки-хранения, выход которой соединен со входом блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений, второй выход которого подключен ко входу первого регистра памяти, а первый выход параллельно подключен к входам второй и третьей схем выборки-хранения, входы управления которых соединены с первым выходом блока синхронизации; выход второй схемы выборки-хранения подключен к неинвертирующему входу усилителя разности, а выход третьей схемы выборки-хранения через параллельный аналого-цифровой преобразователь грубой шкалы, второй регистр памяти и цифроаналоговый преобразователь подключен к инвертирующему входу усилителя разности, выход которого через параллельный аналого-цифровой преобразователь подключен к третьему регистру памяти; входы управления записью регистров памяти являются соответственно вторым, третьим и четвертым выходами блока синхронизации, пятый выход которого подключен к входам управления сбросом регистров памяти; выходы первого, второго и третьего регистров памяти являются соответственно выходами знакового, старших и младших разрядов преобразователя.The technical result is achieved by the fact that a composite high-speed analog-to-digital converter containing an m-bit parallel analog-to-digital converter of a rough scale, an n-bit parallel analog-to-digital converter, a difference amplifier, three sampling-storage schemes, three memory registers, and digital-to-analog are introduced a converter, a unit for determining the sign and inverting negative voltages, a synchronization unit, a control input, wherein the information input of the converter is connected to the first input of the first th sampling-storage scheme; the control input of the converter is connected to the input of the synchronization unit and to the second input of the first sampling-storage circuit, the output of which is connected to the input of the sign and negative invert block, the second output of which is connected to the input of the first memory register, and the first output is connected in parallel to the inputs of the second and the third sampling-storage circuits, the control inputs of which are connected to the first output of the synchronization unit; the output of the second sampling-storage circuit is connected to the non-inverting input of the difference amplifier, and the output of the third sampling-storage circuit is connected via a parallel analog-to-digital converter of the rough scale, the second memory register and digital-to-analog converter is connected to the inverting input of the difference amplifier, the output of which is through the parallel analog-to-digital converter connected to the third memory register; the memory register write control inputs are, respectively, the second, third and fourth outputs of the synchronization block, the fifth output of which is connected to the memory register reset control inputs; the outputs of the first, second and third registers of memory are respectively the outputs of the sign, high and low bits of the converter.
Блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений содержит два аналоговых ключа, инвертирующий усилитель постоянного тока, компаратор, инвертор; вход блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений соединен с входами второго аналогового ключа, инвертирующего усилителя постоянного тока и неинвертирующим входом компаратора, инвертирующий вход компаратора соединен с нулевой шиной, выход компаратора подключен к входу инвертора, входу управления второго аналогового ключа и второму выходу блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений; выход инвертирующего усилителя постоянного тока соединен со входом первого аналогового ключа, выход которого, вместе с выходом второго аналогового ключа образуют первый выход блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.The unit for determining the sign and inverting negative voltages contains two analog switches, an inverting DC amplifier, a comparator, an inverter; the input of the unit for determining the sign and inverting negative voltages is connected to the inputs of the second analog switch, the inverting DC amplifier and the non-inverting input of the comparator, the inverting input of the comparator is connected to the zero bus, the output of the comparator is connected to the input of the inverter, the control input of the second analog key and the second output of the sign determination unit and inverting negative voltages; the output of the inverting DC amplifier is connected to the input of the first analog switch, the output of which, together with the output of the second analog switch, form the first output of the sign and negative voltage inverting unit.
Блок синхронизации содержит две дифференцирующие цепи, четыре элемента задержки. Вход блока синхронизации подключен ко входам первого элемента задержки и второй дифференцирующей цепи; выход последней через четвертый элемент задержки подключен к пятому выходу блока синхронизации; выход первого элемента задержки подключен к первому выходу блока синхронизации и через последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, второй элемент задержки и третий элемент задержки подключен к четвертому выходу блока синхронизации; выход первой дифференцирующей цепи служит вторым выходом блока синхронизации, а выход второго элемента задержки служит третьим выходом блока синхронизации.The synchronization unit contains two differentiating circuits, four delay elements. The input of the synchronization unit is connected to the inputs of the first delay element and the second differentiating circuit; the output of the latter through the fourth delay element is connected to the fifth output of the synchronization unit; the output of the first delay element is connected to the first output of the synchronization unit and through the first differentiating circuit, the second delay element and the third delay element connected in series to the fourth output of the synchronization unit; the output of the first differentiating circuit serves as the second output of the synchronization unit, and the output of the second delay element serves as the third output of the synchronization unit.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 приведена структурная схема составного быстродействующего аналого-цифрового преобразователя.Figure 1 shows the structural diagram of a composite high-speed analog-to-digital Converter.
На фиг.2 приведена структурная схема блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.Figure 2 shows the structural diagram of the unit for determining the sign and inverting negative voltages.
На фиг.3 приведена структурная схема блока синхронизации.Figure 3 shows the structural diagram of the synchronization unit.
На фиг.4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Figure 4 shows the timing diagrams explaining the operation of the device.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Составной быстродействующий аналого-цифровой преобразователь состоит из первой схемы выборки-хранения (СВХ) 1, первый вход которой соединен с информационным (аналоговым) входом преобразователя; вход управления преобразователя соединен с входом блока синхронизации (БС) 2 и со вторым входом первой СВХ 1, выход которой соединен со входом блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений (БОЗ и ИОН) 3, второй выход БОЗ и ИОН 3 подключен ко входу первого регистра памяти (РП) 4, а первый выход параллельно подключен ко входам второй и третьей СВХ 5 и 6, входы управления которых соединены с первым выходом БС 2; выход второй СВХ 5 подключен к неинвертирующему входу усилителя разности (УР) 7 с коэффициентом усиления К=2n, а выход третьей СВХ 6 через параллельный m-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) грубой шкалы 8, второй РП 9 и m-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10 подключен к инвертирующему входу УР 7, выход которого через параллельный n-разрядный АЦП 11 подключен к третьему РП 12; входы управления записью РП 4, 9 и 12 соответственно на n-, один и m-разрядов, являются вторым, третьим и четвертым выходами БС 2, пятый выход которого подключен к входам управления сбросом РП 4, 9 и 12; выходы первого, второго и третьего РП 4, 9 и 12 являются соответственно выходами знакового, старших и младших разрядов преобразователя.A composite high-speed analog-to-digital converter consists of the first sampling-storage circuit (TSW) 1, the first input of which is connected to the information (analog) input of the converter; the control input of the converter is connected to the input of the synchronization unit (BS) 2 and to the second input of the
Структурная схема блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений 3 приведена на фиг.2.The block diagram of the unit for determining the sign and inverting
Вход БОЗ и ИОН 3 соединен с входами второго аналогового ключа (АК) 13, инвертирующего усилителя постоянного тока (ИУПТ) 14 и неинвертирующим входом компаратора (Ком) 15, инвертирующий вход компаратора соединен с нулевой шиной, выход компаратора подключен к входу инвертора (Инв) 16, входу управления второго аналогового ключа АК 13 и второму выходу БОЗ и ИОН 3; выход ИУПТ 14 соединен со входом первого аналогового ключа АК 17, выход которого вместе с выходом второго АК 13 образуют первый выход БОЗ И ИОН 3.The input of the BOS and
Структурная схема блока синхронизации 2 приведена на фиг.3.The block diagram of the synchronization unit 2 is shown in Fig.3.
Вход БС 2 подключен ко входам первого элемент задержки (ЭЗ) 18 и второй дифференцирующей цепи (ДЦ) 19; выход последней через четвертый ЭЗ 20 подключен к пятому выходу БС 2; выход первого ЭЗ 18 подключен к первому выходу блока синхронизации и через последовательно соединенные первую ДЦ 21, второй ЭЗ 22 и третий ЭЗ 23 подключен к четвертому выходу БС 2; выход первой ДЦ 21 служит вторым выходом БС 2, а выход второго ЭЗ 22 служит третьим выходом БС 2.Input BS 2 is connected to the inputs of the first delay element (EZ) 18 and the second differentiating circuit (DC) 19; the output of the latter through the fourth EZ 20 is connected to the fifth output of BS 2; the output of the first EZ 18 is connected to the first output of the synchronization unit and through the first connected
Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.4.The operation of the device is illustrated by the timing diagrams shown in figure 4.
Блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений 3 призван определить знак (полярность) уровня напряжения входного сигнала и ретранслировать сигнал далее с единичным коэффициентом передачи, а в случае отрицательной полярности подвергнуть транслируемый сигнал инверсии.The unit for determining the sign and inverting
Блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений 3 работает следующим образом.The unit for determining the sign and inverting
Ком 15, в зависимости от полярности входного сигнала, формирует положительный или отрицательный порог, играющий роль знакового разряда (логической единицы или нуля, поступающих на второй выход БОЗ и ИОН 3 и записываемых впоследствии в первый РП 4), а также управляющего воздействия, поступающего на АК 17 через Инв 16 и АК 13 непосредственно, то есть состояния АК 17 и АК 13 взаимообратны.
В случае поступления на вход БОЗ и ИОН 3 сигнала положительной полярности:In the case of the input of the BOS and
- Ком 15 формирует положительный потенциал; на второй выход БОЗ и ИОН 3 поступает логическая единица; АК 13 переводится в открытое состояние, АК 17 - закрытое;- Com 15 forms a positive potential; the second output of BOS and ION 3 receives a logical unit; AK 13 is transferred to the open state, AK 17 is closed;
- входной сигнал поступает на первый выход БОЗ и ИОН 3.- the input signal is fed to the first output of the BOS and
В случае поступления на вход БОЗ и ИОН 3 сигнала отрицательной полярности:In the case of the input of the BOS and
- Ком 15 формирует отрицательный потенциал;- Com 15 forms a negative potential;
- на второй выход БОЗ и ИОН 3 поступает логический ноль;- the second output of BOS and ION 3 receives a logical zero;
- АК 13 переводится в закрытое состояние, АК 17 - открытое;- AK 13 is put into a closed state, AK 17 is open;
- входной сигнал, инвертированный ИУПТ 14, поступает на первый выход БОЗ и ИОН 3.- the input signal inverted IUPT 14, is fed to the first output of the BOS and
Таким образом, БОЗ и ИОН 3 фактически формирует знак и модуль транслируемого сигнала.Thus, BOS and ION 3 actually forms the sign and the module of the broadcast signal.
Блок синхронизации 2 синхронизирует работу блоков устройства, переводя их на интервалах работы фактически в статический режим по входному сигналу, тем самым максимально повышая помехоустойчивость, точность и достоверность аналого-цифрового преобразования в целом при максимально сниженных временных задержках, создаваемых в процессе функционирования блоков устройства. Кроме того, БС 2 позволяет ввести в работу блоков устройства процесс цикличности, что в целом способствует достижению одной из целей заявки - приведению быстродействия устройства к уровню потенциально возможном для параллельных структур.The synchronization unit 2 synchronizes the operation of the device blocks, translating them at intervals of operation into the static mode by the input signal, thereby maximizing the noise immunity, accuracy and reliability of the analog-to-digital conversion as a whole with the most reduced time delays created during the operation of the device blocks. In addition, BS 2 allows you to enter the cyclic process into the work of the device blocks, which generally contributes to the achievement of one of the goals of the application - bringing the device performance to a level potentially possible for parallel structures.
Блок синхронизации 2 работает следующим образом.The synchronization unit 2 operates as follows.
Сигнал (импульс) по входу управления длительностью t1÷t2, фиг.4,а:The signal (pulse) at the control input of duration t 1 ÷ t 2 , figure 4, a:
- путем дифференцирования, осуществляемого ДЦ 19, преобразуется в короткий импульс - момент t1 (фиг.4,б) и задерживается ЭЗ 20 до момента t2 (фиг.4,в), ЭЗ 20 формирует сигнал сброса регистров памяти 4, 9, 12, поступающий на пятый выход БС 2;- by differentiation carried out by
- задерживается ЭЗ 18 до моментов t4÷t5 (фиг.4,г), ЭЗ 18 формирует управляющий сигнал для СВХ 5, 6, поступающий на первый выход БС 2.- delayed
Выходной сигнал ЭЗ 18 путем дифференцирования, осуществляемого ДЦ 21, преобразуется в короткий импульс - момент t4 (фиг.4,д), ДЦ 21 формирует сигнал управления записью РП 4, поступающий на второй выход БС2.The output signal of the
Выходной сигнал ДЦ 21 задерживается ЭЗ 22 до момента t6 (фиг.4,е), ЭЗ 22 формирует сигнал управления записью РП 9, поступающий на третий выход БС 2.The output signal of the
Выходной сигнал ЭЗ 22 задерживается ЭЗ 23 до момента t7 (фиг.4,ж), ЭЗ 23 формирует сигнал управления записью РП 12, поступающий на четвертый выход БС 2.The output signal of the
Составной быстродействующий аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.Composite high-speed analog-to-digital Converter operates as follows.
Импульс, поступающий по входу управления устройства, в момент t1 (фиг.4,а) разрешает СВХ 1 произвести выборку и запоминание уровня напряжения входного сигнала. Одновременно с этим:The pulse received at the control input of the device at time t 1 (Fig. 4, a) allows the
- БС 2 приступает к формированию импульса сброса и в момент времени t3 (фиг.4,в) осуществляет сброс РП 4, 9, 12 импульсом, поступающим с пятого выхода БС 2;- BS 2 proceeds to the formation of a reset pulse and at time t 3 (Fig. 4, c) carries out a reset of
- БОЗ и ИОН 3 приступает к анализу уровня, запоминаемого СВХ 1.- BOS and ION 3 begins to analyze the level remembered by
К моменту времени tз (фиг.4,а) СВХ 1 завершает процесс запоминания. В общем случае интервал t1÷t2 (фиг.4,а) исчисляется единицами нс. (В АЦП AD9059 апертурное время составляет 2,7 нс. (http://www.gaw.ru/pdf7AD/adc/ ad9059.pdf), время выборки встроенной схемы выборки-хранения составляет 1 нс. (www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_01/stat_34. htm)).By time tz (figure 4, a),
К моменту времени t4 (фиг.4,г) напряжение на первом выходе БОЗ и ИОН 3 стабилизируется, и по команде БС 2, поступающей с первого выхода БС 2 на входы управления СВХ 5 и 6, начинается процесс запоминания уровня напряжения в СВХ 5 и 6. В общем случае интервал t2÷t4 (фиг.4,г) исчисляется долями нс. Он определяется прежде всего задержкой, создаваемой ИУПТ 14 (причем именно временем дополнительного нарастания переходной характеристики ИУПТ 14 с момента t2 до момента t4), (например, сверхскоростной усилитель AD8009 характеризуется скоростью нарастания выходного сигнала 5500 В/мкс, THS3001 - 6500 В/мкс. (Г.Волович. Широкополосные интегральные усилители. http://www.PLATAN.ru/ shem/pdf/str27-1sx.pdf)), так как быстродействие современных компараторов сравнимо с быстродействием СВХ и к моменту времени t2 AK 17 и 13 уже находятся в заданном состоянии.By time t 4 (Fig. 4, d), the voltage at the first output of the BOS and
В момент времени t4 (фиг.4.д) БС 2 посредством импульса, поступающего со второго выхода БС 2 на вход управления записью РП 4, записывает в РП 4 информацию о полярности аналогового входного сигнала. Данная информация в виде логического нуля или логической единицы поступает со второго выхода БОЗ и ИОН 3 на вход РП 4.At time t 4 (Fig.4.d) BS 2 by means of a pulse from the second output of BS 2 to the input of the
К моменту времени t5 (фиг.4,г) СВХ 5 и 6 завершают процесс запоминания. В общем случае интервал t4÷t5 (фиг.4,г) может быть в полтора - два раза меньше интервала t1÷t2, так как на вход СВХ 5 и 6 поступают сигналы только одной полярности, а полярность входных сигналов СВХ 1 может чередоваться, что в наихудшем случае потребует полного перезаряда емкостного элемента СВХ 1 в отличие от дозаряда емкостных элементов СВХ 5 и 6.By time t 5 (figure 4, g) TSW 5 and 6 complete the process of memorization. In the General case, the interval t 4 ÷ t 5 (figure 4, d) can be one and a half to two times less than the interval t 1 ÷ t 2 , since the input of the TSW 5 and 6 receives signals of only one polarity, and the polarity of the input signals of the
По завершении установления напряжения на выходе СВХ 6 будет иметь место фактически статический режим работы АЦП по входному сигналу, в результате чего код на выходе параллельного АЦП 8 грубой шкалы стабилизируется и не будет наблюдаться дрожание кода младшего разряда, что позволит избежать случайных ошибок анализа.Upon completion of the establishment of the voltage at the output of the TSW 6, the ADC will actually have a static mode of operation according to the input signal, as a result of which the code at the output of the parallel ADC 8 of the coarse scale is stabilized and there will be no jitter of the low-order code, which will avoid random analysis errors.
Интервал t5÷t6 (фиг.4,е), соответствует времени анализа входного сигнала параллельным АЦП 8 грубой шкалы и является стандартизованным.The interval t 5 ÷ t 6 (figure 4, e), corresponds to the analysis time of the input signal parallel to the ADC 8 of the rough scale and is standardized.
В момент времени t6 (фиг.4,е) БС 2 посредством импульса, поступающего с третьего выхода БС 2 на вход управления записью РП 9, записывает в РП 9 выходной код параллельного АЦП 8 грубой шкалы. Так как РП 9 типовой, задержка на воспроизведение кода на выходах РП 9 стандартизована.At time t 6 (Fig. 4, f) BS 2, by means of a pulse from the third output of BS 2 to the recording control input of RP 9, writes the output code of the parallel ADC 8 of the rough scale to RP 9. Since RP 9 is typical, the delay in reproducing the code at the outputs of RP 9 is standardized.
Код, сформированный на выходе РП 9, преобразуется ЦАП 10 в напряжение, поступающее на инвертирующий вход УР 7. Так как разрядность параллельного АЦП 8 грубой шкалы - m, имеет место разбиение диапазона изменения входного напряжения, поступающего с СВХ 6, на 2m одинаковых зон напряжения, каждая из которых равна, например, величине Е. Ошибка квантования при этом не превысит значения величины Е. В свою очередь, напряжение на выходе УР 7 примет значение:The code generated at the output of the RP 9 is converted by the DAC 10 to the voltage supplied to the inverting input of the UR 7. Since the bit depth of the parallel ADC 8 is a rough scale - m, there is a partition of the range of variation of the input voltage coming from the TSW 6 into 2 m identical zones voltage, each of which is equal, for example, to the value of E. The quantization error will not exceed the value of the value of E. In turn, the voltage at the output of UR 7 will take the value:
где n - разрядность параллельного АЦП 11.where n is the resolution of the parallel ADC 11.
Благодаря операции умножения, требования по чувствительности к АЦП 8 грубой шкалы и 11 одинаковые.Due to the operation of multiplication, the requirements for sensitivity to ADCs are 8 of a rough scale and 11 are the same.
Так как предполагается, что параллельный АЦП 8 грубой шкалы работает с недовесом, напряжение на выходе ЦАП 10 будет всегда меньше напряжения, записанного в СВХ 6(5), а напряжение на выходе УР 7 будет положительной полярности. Последнее позволяет в качестве параллельного АЦП 11 использовать однополярный АЦП. Так как сигналы напряжений, поступающих на входы УР 7, фиксированы, будет иметь место фактически статический режим работы АЦП по входному сигналу, в результате чего код на выходе параллельного АЦП 11 стабилизируется и не будет наблюдаться дрожание кода младшего разряда, что позволит избежать случайных ошибок анализа, а также привести интервал t6÷t7 (фиг.4,ж) к минимальному значению, типовому для параллельных АЦП.Since it is assumed that the parallel ADC 8 of the coarse scale works with underweight, the voltage at the output of the DAC 10 will always be less than the voltage recorded in the TSW 6 (5), and the voltage at the output of the UR 7 will be of positive polarity. The latter allows the use of a unipolar ADC as a parallel ADC 11. Since the voltage signals supplied to the inputs of UR 7 are fixed, there will be a virtually static mode of the ADC for the input signal, as a result of which the code at the output of the parallel ADC 11 is stabilized and there will be no jitter of the low-order code, which will avoid random analysis errors , and also bring the interval t 6 ÷ t 7 (figure 4, g) to the minimum value typical for parallel ADCs.
В момент времени t7 (фиг.4,ж) БС 2 посредством импульса, поступающего с четвертого выхода БС 2 на вход управления записью РП 12, записывает в РП 12 выходной код параллельного АЦП 11.At time t 7 (figure 4, g) BS 2 by means of a pulse from the fourth output of BS 2 to the recording control input of the
В случае некорректной работы параллельного АЦП 8 грубой шкалы или ЦАП10:In case of incorrect operation of the parallel ADC 8 coarse scale or DAC10:
а) напряжение на выходе ЦАП 10 превышает напряжение на выходе СВХ 5a) the voltage at the output of the DAC 10 exceeds the voltage at the output of the TSW 5
- напряжение на выходе УР 7 будет отрицательной полярности, что приведет к установлению на выходе параллельного АЦП 11, в силу его однополярности, кодов с нулевым весом (00...);- the voltage at the output of UR 7 will be of negative polarity, which will lead to the establishment of a parallel ADC 11, due to its unipolarity, codes with zero weight (00 ...);
б) напряжение на выходе СВХ 5 превышает напряжение на выходе ЦАП 10 более чем на величину Еb) the voltage at the output of the TSW 5 exceeds the voltage at the output of the DAC 10 by more than E
- напряжение на выходе УР 7 превысит величину Е, что приведет к установлению на выходе параллельного АЦП 11 кодов с максимальным весом (11...1).- the voltage at the output of UR 7 will exceed the value of E, which will lead to the establishment of 11 codes with a maximum weight (11 ... 1) at the output of the parallel ADC.
Как в том, так и в другом случае будет иметь место коррекция результата аналого-цифрового преобразования. В основе данного утверждения лежат следующие соображения:Both in that and in another case there will be a correction of the result of the analog-to-digital conversion. This statement is based on the following considerations:
1) существенной нелинейностью передаточной характеристики страдают, как правило, АЦП;1) as a rule, ADCs suffer from significant non-linearity of the transfer characteristic;
2) при исправном АЦП ошибка преобразования младшего разряда возникает в случае близких по уровню значений входного и опорного сигналов, причем ввиду высокой крутизны амплитудных характеристик компараторов АЦП, величина ошибки составляет доли процентов от шага квантования, в частности АЦП 8 грубой шкалы, тем самым можно утверждать, что она не превысит величину шага квантования АЦП 11;2) with a good ADC, an error in the conversion of the least significant bit occurs in the case of input and reference signals close in level, and due to the high steepness of the amplitude characteristics of the ADC comparators, the error value is a fraction of a percent of the quantization step, in particular, the ADC 8 of the rough scale, thereby that it does not exceed the magnitude of the quantization step of the ADC 11;
3) в случае преобразования, выполненного АЦП 8 грубой шкалы с перевесом, добавление минимального кода от АЦП 11 принесет ошибку преобразования не более младшего разряда АЦП 11;3) in the case of a conversion performed by the ADC 8 of a rough scale with an advantage, the addition of a minimum code from the ADC 11 will bring the conversion error of no more low-order bit of the ADC 11;
4) в случае преобразования, выполненного АЦП 8 грубой шкалы с недовесом, добавление максимального кода от АЦП 11 принесет ошибку преобразования не более младшего разряда АЦП 11.4) in the case of a conversion performed by the ADC 8 of a rough scale with an underweight, the addition of the maximum code from the ADC 11 will bring the conversion error of no more low-order bit of the ADC 11.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, нет необходимости использовать арифметико-логический блок, вносящий существенные временные задержки в процесс преобразования.Thus, in the proposed device, unlike the prototype, there is no need to use an arithmetic-logical unit, which introduces significant time delays in the conversion process.
При работе предлагаемого устройства в циклическом режиме, ввиду периодичности работы блоков устройства, имеется возможность сокращения общего времени, отводимого на преобразование входного сигнала, так как выполняется соотношение временных интервалов (фиг.4,и):When the proposed device is in cyclic mode, due to the frequency of operation of the device blocks, it is possible to reduce the total time allocated to the conversion of the input signal, since the ratio of time intervals is fulfilled (Fig. 4, and):
то есть имеет место интервал сдвига tсдв.that is, there is a shift interval t shear .
В прототипе данной возможности нет.In the prototype, this is not possible.
Ввиду того, что в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, удалось избежать методических погрешностей преобразования, влияющих на конечное время преобразования аналогового сигнала, то, несмотря даже на введение гарантированных временных защитных интервалов (задержек), можно однозначно утверждать, что предлагаемое устройство оценивается лучшими показателями в сравнении с прототипом по критерию быстродействия относительно потенциально возможного для параллельных структур.Due to the fact that in the proposed device, unlike the prototype, it was possible to avoid methodological conversion errors that affect the final conversion time of the analog signal, despite the introduction of guaranteed time protective intervals (delays), it can be unequivocally stated that the proposed device is rated the best indicators in comparison with the prototype according to the criterion of speed relative to the potential for parallel structures.
Благодаря введению в состав устройства СВХ 1, 5, 6 и жесткой синхронизации режимов работы устройства, удалось избежать изменения уровня напряжения входного сигнала в ходе преобразования быстропротекающих процессов, а значит удалось достичь повышения точности аналого-цифрового преобразования быстропротекающих процессов.Thanks to the introduction of the
Благодаря введению в состав устройства БОЗ И ИОН 3, входные сигналы параллельного АЦП 8 грубой шкалы всегда имеют положительную полярность с диапазоном входных напряжений, равным половине динамического диапазона входного сигнала. Это, в свою очередь, фактически равносильно увеличению разрядности параллельного АЦП 8 грубой шкалы на один разряд, что в случае использования 8-разрядного АЦП эквивалентно введению 127 компараторов. Другими словами, для обеспечения одинаковых требований к точности преобразования в прототипе и предлагаемом устройстве вместо m-разрядного параллельного АЦП грубой шкалы, используемого в прототипе, в предлагаемом устройстве требуется (m-1) -разрядный параллельный АЦП, в силу чего данный АЦП будет проще, а его схема будет иметь в 2 раза меньше компараторов.Due to the introduction of the BOZ AND
Все вышесказанное будет справедливо и относительно параллельного АЦП 11. При этом следует учесть, что в прототипе используется два блока оцифровки точной шкалы, содержащих группу из k=2m-l-1 переключателей тока, усилитель разности, компаратор зашкаливания и n-разрядный параллельный АЦП. В силу этого можно утверждать, что для обеспечения одинаковых требований к точности преобразования в прототипе и предлагаемом устройстве функцию двух параллельных АЦП выполняет один, то есть имеет место упрощение схемы. Не следует забывать и о 2-k переключателях тока, используемых в прототипе и значительное число которых, даже без учета очень высоких требований к стабильности параметров, определяет высокую степень сложности прототипа.All of the above will be true with respect to the parallel ADC 11. In this case, it should be noted that the prototype uses two blocks of digitization of the exact scale, containing a group of k = 2 ml -1 current switches, a difference amplifier, a roll-off comparator, and an n-bit parallel ADC. Therefore, it can be argued that to ensure the same requirements for the accuracy of the conversion in the prototype and the proposed device, the function of two parallel ADCs is performed by one, that is, there is a simplification of the circuit. We should not forget about the 2-k current switches used in the prototype and a significant number of which, even without taking into account the very high requirements for stability of parameters, determines the high degree of complexity of the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117582/09A RU2311731C1 (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Composite fast-response analog-to-digital converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117582/09A RU2311731C1 (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Composite fast-response analog-to-digital converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2311731C1 true RU2311731C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006117582/09A RU2311731C1 (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Composite fast-response analog-to-digital converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2311731C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569809C1 (en) * | 2014-12-08 | 2015-11-27 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device of conveyor analogue-to-digital conversion |
RU2571916C2 (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for cascade-pipeline analogue-to-digital conversion |
-
2006
- 2006-05-22 RU RU2006117582/09A patent/RU2311731C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571916C2 (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method for cascade-pipeline analogue-to-digital conversion |
RU2569809C1 (en) * | 2014-12-08 | 2015-11-27 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device of conveyor analogue-to-digital conversion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101927272B1 (en) | Successive approximation register analog-to-digital converter | |
JP3281621B2 (en) | High precision DA conversion circuit | |
US7986257B2 (en) | Comparator circuit and analog digital converter having the same | |
JP2010519810A (en) | Analog-to-digital converter | |
JP2004357030A (en) | A/d converting method and device | |
Im Lee et al. | Flash ADC architecture using multiplexers to reduce a preamplifier and comparator count | |
JP4999955B2 (en) | Analog-to-digital converter operation test method, analog-to-digital converter, and analog-to-digital converter operation test apparatus | |
JPS6243570B2 (en) | ||
CN117097332A (en) | High-precision noise shaping successive approximation type analog-to-digital converter | |
RU2311731C1 (en) | Composite fast-response analog-to-digital converter | |
JP2003198372A (en) | A/d converter | |
JPH01131918A (en) | AD converter | |
RU58825U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
JP2014236373A (en) | A/d conversion device | |
Payra et al. | Design of a self regulated flash type ADC with high resolution | |
Dhage et al. | Design of power efficient hybrid flash-successive approximation register analog to digital converter | |
EP4184794A1 (en) | Analog-to-digital converter and method for analog-to-digital conversion | |
RU2646356C1 (en) | Analogue-to-digital converter | |
JP3792363B2 (en) | A / D converter | |
RU59914U1 (en) | COMPOSITE FAST ANALOG-DIGITAL CONVERTER | |
JPS6029028A (en) | High speed analog-digital converting circuit | |
RU2656989C1 (en) | Analogue-to-digital converter | |
RU61968U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERSION DEVICE | |
RU63626U1 (en) | CODE VOLTAGE CONVERTER | |
RU2020751C1 (en) | Analog-to-digital conversion device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080523 |