Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

(50 4 Н 03 М 1/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Я Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1, Способ аналого-цифровогопреобразования, основанный на вычитании из текущего значения входногосигнала его значения, соответствующего предыдущему такту преобразован 801203698 А ния, аналого-цифровом преобразовании полученной разности и суммировании результата преобразования спредыдущим значением выходного кода,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения динамической точности преобразования, осуществляютвычитание входного сигнала, .адержанного на время преобразования,синхронно с преобразованием текущейразности входного сигнала подвергают аналого-цифровому преобразованиюполный входной сигнал, непрерывносравнивают величину текущей разности с заданным порогом и в случаепревышения порога выходным кодомявляется код, полученный в результате суммирования результатов аналого-цифрового преобразования текущей разности входного сигнала, а вте моменты времени, когда эта разность меньше порога, выходным кодомявляется результат аналого-цифрового преобразования полного сигнала.1203698 51 О15 20 2, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что величину порога, сравниваемого с текущей разностью входного сигнала, устанавливают равной О, 1 от максимального значенияэтой разности,3. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий дифференциальный усилитель, первый аналого-цифровой преобразоватсль, сумматор, регистр, тактовый генератор, выход которого соединен с первыми входами первого аналого-цифрового преобразователя и сумматора, выход дифференциального усилителя подключен к второму входу первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с входной шиной, а выходы соединены с вторыми входами сумматора, выход которого подключен к входу регистра, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повыИзобретение относится к импульсной технике, в частности к техникеаналого-цифрового преобразования,и может быть использовано в системахсбора и обработки информации при исследовании широкополосных сигналов,Цель изобретения - повышение динамической точности аналого-цифрового преобразования,На чертеже представлена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя.Аналого-цифровой преобразовательсодержит аналого-цифровой преобразователь 1 полного сигнала (АЦП),аналого-цифровой преобразователь 2приращений (АЦП 2), элемент 3 задержки, дифференциальный усилитель 4,блок 5, коммутатор 6, сумматор /,регистр 8, источник 9 опорного напряжения сравнения, тактовый генератор10.Предлагаемый способ аналого-цифрооного преобразования состоит в следую-.щем, Аналоговый сигнал х(1:) непосред-.ственно преобразуют в цифровой код.Одновременно с этим сигнал х задерживают на время, равное периоду шелия динамической точности, н еговведены второй аналого-цифровойпреобразователь, блок сравнения,источник опорного напряжения и коммутатор, элемент задержки, входкоторого объединен с входом второгоаналого-цифрового преобразователяи подключен к входной шине, второйвход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу тактового генератора, а выход соединенс первым входом коммутатора, выходэлемента задержки подключен к второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второйвход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к второму входу коммутатора,третий вход которого соединен с выходом регистра, а выход подключен ктретьему входу сумматора и выходнойшине,преобразования, и вычитают из текущего значения сигнала, формируя приращение х(г.), Полученный сигналх подвергают аналого-цифровомупреобразованию синхронно с преобразованием полного сигнала. В результате получают цифровой код приращения сигнала х, который затемсуммируют с кодом, соответствующимпредыдущему значению входного сигнала и получают его очередное значение. Кроме того, аналоговое приращение сигнала х т(С) непрерывно сравнивают с установленным порогом уои в те моменты времени, когда приращение х(1.) ) уо, в качестве выходного кода используют код, полученныйсуммированием приращений, а в те моменты, когда хт ( уо, используют код, полученный в результате непосредственного преобразования сигналах. Пороговый уровень переключения каналов выбирают из условия получения минимальной динамической 25 погрешности выходного кода, сформированного из кода, полученного непосредственным преобразованием сигнала, и кода, полученного суммирова12036,8 снижения скорости изменения сигналана входе АЦП. Для этого необходимоввести,цополнительное преобразованиевходного сигнала, В предлагаемом способе предлагается подавать на входА 1 П не сам сигнал х(с) или его изуровня, а его непрерывное приращение х,.(е) = х(г.) - х(С - Т), где Т период дискретизации. При малых Т приращение х близко к производной сигнала х, взятой с множителем ТДинамическая погрешность известных АЦП пропорциональна скорости изменения входного сигнала и для синусоидального сигнала, например, в момент пересечения сигналом нуля максимальна, а при х(с) = тпах близка к нулю. В то же время в интервалах быстрого изменения сигнала х(с) его приращение меняется медленно. При линейном изменении сигнала х(Г) - а его приращение х 11:) = аТ.-.сопиТ, следовательно даже при больших скоростях изменения входного сигнала хг(Т) равна нулю. При синусоидальном входном сигнале х(с)=Аз.пм) динамическая погрешность максимальна при ь)=О,+ , Погрешность преобразования пгиращения 1 Н.)= АЗм сс) -)1, в точках о)С = О, +75 Тмала, так как11 . В точкахТ, 3с,) = + в - +, наоборот, динамическая погрешность преобразования сигнала х(1) мала, а приращения хт(С) - велика. Преобразователь работает следующим образом.На вход АЦП 1 поступает сигналх(с), на вход ЛЦП 2 - приращение сигнала за времяХ,.(С)= Х(С)-Х( Е -Т), вы -деляемое с помощью элемента 3 задержки и дифференциального усилителя 4. С приходом очередного тактового импульса с. тактового генератора10 ЛЦП 1 и 2 синхронно осуществляютпреобразование, Цифровые значенияприращения с выхода АЦП 2 поступаютна первый вход сумматора 7, на вто 30 рой вход которого с выхода коммутатора 6 поступает код, соответствующий предыдущему значению входногосигнала х(1:). Полученная сумма, соответствующая новому значению сигнала, записывается в регистр 8. Устройство 5 сравнения следит эа величиной приращения х т и, еслих(1) больше порога переключения,задаваемого источником 9 опорного40 напряжения, коммутатор 6 подключаетк выходной шине выход регистра 8. Вте моменты времени, когда хт(С)меньше порога переключения, коммутатор 6 подключает к выходной шине45 выход АЦП 1,Таким образом, для минимизации динамической погрешности АЦП должен содержать канал непосредственного преобразования сигнала и канал преобразования приращения хт(с), работающие поочередно. Для получения на выходе канала преобразования приращением ифровых отсчетов приращения сиги:Гя, Минмальцая Огрешцость достигается при пороге переключения у о = О 1 хчаде хт(".)пах максимальное значение прирап 1 еня сигнала,Уменьшение динамической погрешности может быть достигнуто путем менение относительно постоянного ця х (1:) кода, соответствуюпего ионному си.цау х(.), полу:еццые отсчеты необходимо просуммировать.Иоецт переключения каналов опреде ляется из условия получения минимальной динамической погрешности в течение всего периода сигнала. Для этого текущие значения приращения сигнала х (г.) необходимо сравнивать с уста новленцым порогом у и в те моментывремени, когда ху, подключать к выходу канал с сигналом хт(Т) а когда хт(Т) с у, - канал с непосредственным преобразованием сигнала х(с),Таким образом, на выходах двухканалов преобразования - на выходеАЦП 1 и на выходе регистра 8 - в 50 каждый момент времени присутствуюткоды, соответствующие текущему зн - чению входного сигнала, но содержащие разный уровень динамической погрешности. Устройство 5 сравнения, 55 следящее за скоростью изменениявходного сигнала, подключает черезкоммутатор 6 к выходной шине тотиз каналов, в котором динамическая5 1203698 6погрешность в данный момент меньше. налу и содержит меньшую динаи содержит меньшую динамичесВ результате код на выходе коммута- кую погрешность, чем каждый из канатора 6 соответствует входному сиг- лов преобразования в отдельности.Составитель И,РомановаРедактор Е.Папп Техред Ж.Кастелевич Корректор С.ШекмарЗаказ 8430/61 Тираж 871 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная,4