CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. С. М. КИРОВА
Том 277 1977
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
НА МОДУЛЯХ «УРАЛ-10»
А. В. ТРИХАНОВ, А. Н. ОСОКИН, Т. Г. ГРИГОРЬЕВА
(Представлена научным семинаром кафедры вычислительной техники)
Для системы цифровой регистрации на магнитную ленту и ввода в ЭЦВМ электрических непрерывных сигналов [4] был разработан, изготовлен и испытан двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на модулях «Урал-10», работающий по принципу поразрядного уравновешивания. Функциональная схема преобразователя представлена на рис. 1. Триггеры Т1—Т8 составляют восьмиразрядный регистр кода, одновибраторы Ов1-^-Ов8— распределитель импульсов, схемы совпадения 1, 3, 15 — выходные вентили АЦП.
Рис. 1. Функциональная схема двухканального АЦП.
Дифференцирующие каскады ДК1Ч-ДК8 предназначены для установки триггеров регистра в единичное состояние, схемы совпадения 2, 4, 16 —в нулевое состояние. Инверсное значение кода с регистра подается в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), стоящий в обратной связи АЦП. Обратная связь в зависимости от положения переключателя П замыкается через схему сравнения CCI при работе по первому каналу, через схему сравнения СС2 — второму каналу, поочередно через обе схемы сравнения при работе в двухканальном варианте.
На схемы сравнения 1 и 2 подаются входные напряжения UBX1 и UBX 2 соответственно. Подключение выходов схем сравнения в цепь сброса триггеров регистра осуществляется с помощью триггера Т9, схем совпадения 17, 18 и собирательной схемы 9.
По сигналу «Пуск» производятся переключение каналов, выдача кода, общий сброс регистра и пуск распределителя. По переднему фронту импульса с одновибратора срабатывает дифференцирующий каскад, сигналом с выхода которого триггер регистра переводится в единичное состояние. Код регистра преобразовывается в напряжение обратной связи иос. Если &0с>ивх> то срабатывает схема сравнения, и сигнал с ее выхода через открытую импульсом Ов схему совпадения поступает на нулевой вход триггера регистра. Общий сигнал сброса и сигналы сброса с выхода схемы сравнения объединяются собирательными схемами 1--8. Подобным образом последовательно работают элементы всех восьми разрядов АЦП. Необходимые задержки сигнала «Пуск» обеспечиваются элементами задержки 01, 02. ~
Как известно [1], преобразователь поразрядного уравновешивания характеризуется повышенным быстродействием, однако при этом он требует быстродействующую схему сравнения. Для приведенной функциональной схемы АЦП частота работы схемы сравнения / может определяться по следующей формуле:
Рис. 2. Принципиальная схема схемы сравнения.
где
/к и Гк— частота и период квантования соответственно,
п — количество разрядов преобразователя, Ти — время преобразования.
Коэффициент 2 учитывает двойное срабатывание схемы сравнения при обработке одного разряда кода.
В схеме АЦП применен обеспечивающий повышенную точность, но малоисследованный метод коммутации аналоговых сигналов, основанный на замене этой коммутации коммутацией управляющих сигналов (сигналов с выходов схем сравнения, стоящих во всех каналах) [1, 3].
5 р 1 4 А Ь |1 * 2С 5 <
5 Со 1 4 * К § СМ § 1
Рис. 3. Принципиальная схема одного разряда преобразователя.
Такой метод коммутации приводит к удлинению обратной связи и, следовательно, к увеличению задержки сигнала сравнения, что требует некоторого дополнительного увеличения быстродействия схемы сравнения. Кроме этого, наличие нескольких схем сравнения затрудняет согласование по нагрузке ЦАП, схем сравнения и, следовательно, ведет к не-
7 Заказ 10892
97
/3
/3
Б £ на ЦАП
1
?4 3
/з
6
11
3
<5
ь
Ж 6
I * и * Си
Рис. 4. Принципиальная схема ячейки управления.
которому понижению точности АЦП. Тем не менее рассматриваемый метод коммутации характеризуется повышенной точностью.
Принципиальная схема ЦАП аналогична схеме из [2], отличие заключается в замене устаревших полупроводниковых приборов и радиодеталей современными. Схема сравнения приведена на рис. 2. Так как при данном методе коммутации ЦАП нагружен двумя схемами сравнения, во входном дифференциальном каскаде применены составные транзисторы ПП1-^ПП4 типа КТ312Б. Использование кремниевых транзисторов и стабилизация эмиттерного тока с помощью транзистора ППЗ и диодов ДЗ, Д4 уменьшает температурный дрейф порога срабатывания, а применение туннельных диодов Д1, Д2 в цепи коллектора входного дифференциального каскада увеличивает быст родепствие схемы. Для цепей вырав нивания токов через туннельные диоды служит переменное сопротивление /?1. Транзистор ПП6 в выходном каскаде должен иметь коэффициент усиления по току |3, превышающий 65.
Для исключения режима работы «с оторванной базой» составного транзистора схемы сравнения выключенного канала, а также ее срабатываний, на вход этого канала заводится опорное напряжение
1]оп , несколько превышающее максимальное входное напряжение преобразователя.
Схема сравнения может работать в диапазоне (0-^3,5) в входного напряжения с чувствительностью не хуже 7 мв на частотах, не превышающих 800 кгц. Принципиальные схемы одного разряда преобразователя и ячейки управления, выполненные на модулях «Урал-10», приведены на рис. 3 и 4 соответственно.
Технические характеристики АЦП следующие:
1) диапазоны входных напряжений постоянного тока— (0—3,5) в\
2) разрядность выходного кода — 8;
3) время'преобразования — 32 мксек\
4) частота квантования — 30 кгц\
5) погрешность преобразования в одноканальном варианте — 0,5%, в двухканальном варианте — 0,6%.
В дальнейшем- авторы намерены улучшить эти характеристики, в частности, уменьшить время и погрешность преобразований в 2 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Э. И. Г и т и с. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., «Энергия», 1970.
2. Г. Я. Волошин. Преобразователь аналог-цифра для ввода речевых сигналов в АВМ, В сб.: «Вычислительные системы». Вып. 10, Новосибирск, 1964.
3. А. В. Триханов, А Н. О со к и н. Многоканальное аналого-цифровое преобразование. Известия ТПИ, т. 266, Томск, 1976.
4. А. В. Триханов, А. Н. Осоки и, П. П. Григорьев. К расчету накопителя на магнитной ленте системы цифровой регистрации. Известия ТПИ, т. 266, Томск, 1976.
