АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Область техники, к которой относится полезная модель
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.
Уровень техники
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).
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).
Прототипом заявляемого технического решения является аналого-цифровой преобразователь ([2]. Патент RU 2205500, МПК 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.
Недостатком устройства является возможность осуществления аналого-цифрового преобразования сигналов только положительной полярности.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению функциональных возможностей.
Расширение функциональных возможностей заключается в обеспечении возможности аналого-цифрового преобразования не только однополярных положительных, но так же однополярных отрицательных и двуполярных сигналов.
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.
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.
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.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1, приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя.
На фиг. 2 - структурная схема блока предсказания.
На фиг. 3 - структурная схема блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.
На фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений.
На фиг. 5 - алгоритмы процедуры подбора кода.
Осуществление полезной модели
вх
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 («U»), 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.
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.
Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.
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:
1
2
3
4
1) в случае поступления на вход БОЗ и ИОН 9 (устройства) сигнала положительной полярности (интервалы времени [t; t], [t; t], (фиг. 4)):
- компаратор 14 формирует сигнал с уровнем логической единицы (фиг. 4б);
- на первом выходе БОЗ и ИОН 9 (первом выходе устройства («код знака»)) формируется сигнал с уровнем логической единицы (фиг. 4ж);
- (нормально разомкнутый) аналоговый ключ 16 переводится в замкнутое состояние;
- (нормально замкнутый) аналоговый ключ 15 переводится в разомкнутое состояние;
- входной сигнал транслируется, через замкнутый аналоговый ключ 16 (фиг. 4в), на второй выход БОЗ и ИОН 9 (фиг. 4е);
2
3
4
5
2) в случае поступления на вход БОЗ и ИОН 9 (устройства) сигнала отрицательной полярности (интервалы времени [t; t], [t; t], (фиг. 4)):
- компаратор 14 формирует сигнал с уровнем логического нуля (фиг. 4б);
- на первом выходе БОЗ и ИОН 9 (первом выходе устройства («код знака»)) формируется сигнал с уровнем логического нуля (фиг. 4ж);
- (нормально разомкнутый) аналоговый ключ 16 переводится в разомкнутое состояние;
- (нормально замкнутый) аналоговый ключ 15 переводится в замкнутое состояние;
- 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).
Таким образом, БОЗ и ИОН 9 фактически формирует модуль (1) (фиг. 4е) и знак (2) (фиг. 4ж) транслируемого сигнала.
вых1
вых2
где ,  - выходное напряжение БОЗ и ИОН 9 на первом и втором выходах (U, U - фиг. 4е, 4ж);
1
0
U и U - высокий и низкий уровни напряжения - уровни логической единицы и нуля.
вх
ЦАП
BX
ЦАП
Схема сравнения 1 предназначена для сравнения модуля входного преобразуемого напряжения |U| и напряжения с выхода ЦАП 2 - U. В случае |U|>U 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.
i
i
CЧi
i
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 T, а период импульсов, поступающих с генератора 4, составляет Δt, то для формирования временного интервала T в счетчик необходимо записать код, равный N=T/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).
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.
вх
ПЗУ 7 предназначено для хранения цифровых кодов, используемых в процессе выполнения процедуры подбора выходного кода, соответствующего модулю входного аналогового напряжения |U|. 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.
i
i-1
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 K. 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 K. Определим разность между текущим и предыдущим значением кода согласно (3)
В соответствии с алгоритмом линейного предсказания следующее ожидаемое значение кода определяется согласно (4):
i
i
Вычисление по формуле (4) производится с помощью блока вычитания 12, при этом значение K подается на первые входы блока вычитания 12 с выхода регистра 10 со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов. Таким образом реализуется умножение K на два. На вторые входы блока вычитания 12 подается код с выходов регистра 11.
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.
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.
BX
ЦАП
BX
ЦАП
В соответствии с фиг. 5 первым должен быть проверен код, равный 8 (1000). Если напряжение на выходе ЦАП 2 будет больше модуля входного напряжения (|U|<U) 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 (|U|>U), 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).
Содержимое области ПЗУ 7 для этой процедуры подбора кода приведено в таблице.
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.
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.
4
ЦАП
BX
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 /2=10 В/16=0,625 В. Это означает, что при подаче на вход ЦАП 2 кода, например, равного 4, на его выходе будет напряжение U=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 (|U|=2,6 В), а в качестве блока предсказания используется обычный регистр (нулевое предсказание).
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).
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).
ЦАП
BX
BX
ЦАП
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 U=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 |U|=2,6V). Поскольку |U|<U, на выходе схемы сравнения 1 появится уровень, соответствующий логическому нулю.
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.
BX
ЦАП
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 |U|<U.
ЦАП
BX
ЦАП
На выходе ЦАП 2 появится напряжение U=6⋅0,625=3,75 В и поскольку |U|<U 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).
ЦАП
BX
ЦАП
На выходе ЦАП 2 при этом появится напряжение U=4⋅0,625=2,5 В. Поскольку в данном случае |U|>U, 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).
ЦАП
BX
ЦАП
На выходе ЦАП 2 при этом появится напряжение U=5⋅0,625=3,125 В. Поскольку в данном случае |U|<U, 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).
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.
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.
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.
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.
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.