Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИНГ 01 Н 13/ Я ГОсудАРстВенный НОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М, Азизбекова,Добрис Г.В, Стохастические преобразователи информации,Л "Машиностроение", 1978, с. 58-62, рис. 5,2, Авторское свидетельство СССРВ 488147, кл. С 01 К 13/02, 1973(54)(57) 1, АНАЛОГО-ПИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий цифроаналоговыйпреобразователь, генератор импульсов, генератор шума, выход которогосоединен с первым входом первого компаратора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения егобыстродействия и помехоустойчивости,в него введены второй компаратор,блок задания шага, дешифратор, элемент И-НЕ, сумматор и регистр памяти,причем выход генератора импульсов,ЯО 1129528 А соединен с первыми входами компараторов и входом блока задания шага, выходы которого через дешифратор соединены с первым входом регистра памяти и непосредственно - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И-НЕ, третий вход - с выходом второго компаратора и вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом регистра памяти и первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, а вторые входы - с выходами сумматора и третьими входами. регистра памяти, выходы которого соединены с четвертыми входами сумматора, а вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с общей и входной шинами преобразователя.2, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок задания шага выполнен в виде постоянного запоминающего устройства.112952Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано как для измерения постоянныхэлектрических сигналов, следующихна фоне аддитивных случайных помех,так и для определения параметров(математического ожидания) случайных процессов,Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий формирователь случайных сигналов, компаратор, тактовый генератор и два счетчика, причем формирователь случайных сигналов содержит генератор случайных (псевдослучайных) чисел и преобразователь код - аналог 1 3,Недостатками этого преобразователя являются низкие точность ибыстродействие.20Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсястохастический цифровой вольтметр,содержащий цифроаналоговый преобразователь, генератор шума, подключенный к первому входу компаратора, источник компенсирующего напряжения,состоящий из включенных последовательно управляемого источника эталонного напряжения и фильтра нижнихчастот, генератора импульсов, подключенного к первым входом первогосчетчика и ключа, второй вход которого объединен с выходом компаратора и входом источника компенсирующего напряжения, выход которого35подключен к первому входу дифферен-,циального усилителя, второй вход которого подключен к входной шине устройства, а выход через блок управле 40ния порогом срабатывания - ко второму входу компаратора, причем выход ключа подключен к входу второгосчетчика, выходы счетчиков подключены к входам цифрового делительного45устройства, выход которого соединенс входом цифрового отсчетного устройства 2 1,Недостатками вольтметра являются низкие быстродействие и помехоустойчивость.5 ОЦелью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости преобразователя.Поставленная цель достигается тем,что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифроаналоговыйпреобразователь, генератор импульсов, генератор шума, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, введены второй компаратор,блок задания шага, дешифратор, элемент И-НЕ, сумматор и регистр памяти, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами компараторов и входом блока заданияшага, выходы которого через дешифратор соединены с первым входомрегистра памяти и непосредственнос первым входом сумматора, второйвход которого соединен с выходомпервого компаратора и первым входом элемента И-НЕ, третий вход - свыходом второго компаратора и вторымвходом элемента И-НЕ выход которого соединен со вторым входом регистра памяти и первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входомвторого компаратора, а вторые входы - с выходами сумматора и третьимивходами регистра памяти, выходы которого соединены с четвертыми входамисумматора,. при этом вторые входыпервого и второго компараторов соединены соответственно с общей и входнойшинами преобразователя,а блок заданияшага выполнен в виде постоянного запоминающего устройства.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема предлагаемогоустройства,Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, компаратор 2,блок 3 задания шага, компаратор 4,генератор 5 шума, дешифратор 6,цифроаналоговый преобразователь 7сумматор 8, регистр 9 памяти, элемент И-НЕ 10. Выход генератора 1 соединен с входами комнараторов 2 и 4, а также блока 3, выходы которого соединены с входами сумматора 8 и через дешифратор б - с регистром 9, который соединен также с сумматором 8, циф-; роаналоговым преобразователем 7 и элементом И-НЕ 10, входы которого соединены с выходами компараторов 2 и 4 и управляющими входами сумматора 8, а выход ЦАП 7 соединен с входом компаратора 2.Преобразователь работает следующим образом.Синхронно поступлению импульсов генератора 1 производится опрос состояния компараторов 2 и 4 и формирование с помощью блока 3 ре29528 40 45 преобразователя 7 средняя частотасрабатывания компараторов 2 и 4 становится одинаковой, что может иметьместо только в том случае, когда регистр фиксирует значение математического ожидания входного параметра. При этом, если входной параметрпостоянный, то производится его стохастическое квантование; если,на 50 55 3 11гулярной последовательности чисел 1.1убывающих по определенному закону.В основу выбора последовательности ь;могут быть положены самыеразличные критерии. При этом ограничения накладываются лишь на характер последовательности - она недолжна быть возрастающей. Так, например, Выбор 2, из условия22где 2 - наибольшее значение параметра х;е - номер шага (тактового импульса генератора 1),является оптимальным с точки зренияминимума дисперсии ошибки, Если,вмомент опроса состояние компараторов 2 и 4 указывает на то, чтозначение входного параметра превышает уровень сигнала цифроаналогового преобразователя 7, а сигналгенератора 5 превышает нулевой уровень, то число, сформированное блоком 3, складывается в сумматоре 8с содержимым регистра 9 памяти; впротивном случае оно вычитается изсодержимого регистра 9. Запись результата алгебраического суммирования в ПАП 7 и регистр 9 производится с помощью элемента И-НЕ,анализирующего состояние компараторов 2 и 4Преобразование заканчивается сокончанием Формирования значенийшага блоком 3, Результат фиксируется в .регистре 9. Следующий циклпреобразования начинается с появления на выходе блока 3 начального,кода, распознаваемого дешифратором.6, который устанавливает регистр 9в исходное состояние,Технико-экономический эффект от использования изобретения состоит в повышении быстродействия и помехоустойчивости преобразователя,Основные ограничения на быстродействие преобразователя вносят цифроаналоговый преобразователь 7, компараторы 2 и 4 и блок 3. Поскольку реализация последовательности 2 предполагает выполнение продолжительных по времени операций (в частности, для указанной последовательности г,= операций деления), то наилучшим с точки зрения быстродействия решением является исполнение блока 3 в виде 5 1 О 15 20 25 30 35 4постоянного запоминающего устройстваПЗУ. При этом поочередное считывание информации, записанной в ПЗУ,производится практически синхроннспоступлению тактовых импульсов генератора 1.Быстродействие цифроаналоговыхпреобразователей и компараторов,определяемое их временем срабатывания, составляет десятки наносекунд,Следовательно, частота тактовых импульсов генератора 1 может состав.лять десятки мегагерц. Так как ус-реднение с изменяющимся шагом вданном преобразователе для обеспечения заданной точности требуетменьшего, чем для прототипа, объема выборки, быстродействие существенно вьппе быстродействия прототипа.Инструментальная погрешность преобразователя определяется погрешностью цифроаналогового преобразователя 7 и компараторов 2 и 4.Цифроаналоговые преобразователи обеспечивают наибольшую точностьпреобразования,В преобразователе компараторы 2и 4 включены по дифференциальнойсхеме. Поэтому на результат преобразования оказывает влияние разбросих погрешностей (имеется в видусмещение и дрейф "нуля" компараторов). При этом, если использоватьпару компараторов (например,К 521 С А 1), выполненных на однойподложке, то разброс оказываетсянезначительным, им практически мож-но пренебречь,В данном преобразователе используется комбинация метода статистичес. ких испытаний и компенсации. Однако в отличие от прототипа, здесь имеется канал "опорного" шума (компаратор 4 и генератор 5), с которымсравнивается преобразуемый параметр.В момент компенсации входного параметра сигналом цифроаналогового29528 оставитель А. Тиехред Л. Коцюбняк актор С,. Тимохи орректор Л. Пилипенко Заказ 9444 Тираж 710ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений13035, Москва, Ж, Рауш Подлкомитета СССРоткрытийкая наб., д. н 5ЕЮ Ш е аиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 411 преобразуемый параметр наложена гармонйчаская илиаддитивная случайная помеха с "нулевым средним" и известным законом распределения (или обе помехи действуют одиовремен но), то влияние помех на результат преобразования устраняется; если на входе преобразователя ,зргодическир случайный процесс, то определяется его математическое ожидание. Таким образом, предлагаемое техническое решение, основанное на ком.гсенсации среднего значения входного,параметра сигналом цифроаналогового 5 преобразователя 7, определяемым посредством весового усреднения результатов сравнения входного параметрас опорным шумом, позволяет повыситьбыстродействие и помехоустойчивостьпреобразования, сохраняя высокуюточность последнего,