Вероятностный преобразователь аналог-код

.К. отк ина сЯ Ю Ж госудю ственнцй номитет сссрпо делдм изоБретений и отнрытий АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им. акад. В.Н.Образцова (72) Г.В.Добрис, В,В.Яковлев и Хайнц Георг Накке (ВЭ)(56) Авторское свидетельство ССОР Ф 756626, кл. Н 03 К 13/02, 1981.Билинский И.Я., Микелсон А Стохастическая цифровая обраб а непрерывных сигналов. Рига; 3 тне, 1983, с. 12-15, рис. 12 б. (54) ВЕРОЯТНОСТНЬИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ - КОД(57) Изобретение относится к вычи лительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработ ки информации. В устройстве с целью повышения точности и быстродействия первый и второй генераторы псевдослучайных чисел формируют последоваой тельность чисел с периодами 8 -2,80122995 тактов и М = 2 фг - 1 тактов соответственно. По сигналу "Пуск" сбрасываются в ноль счетчики и триггер, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И на входы синхронизации первого и второго генераторов и второй вход элемента И. На первый вход этого элемента поступает сигнал с выхода компаратора. Если случайное напряжение на выходе ЦАП меньше, чем напряжение на входной шине, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал и импульс через элемент И проходит на счетный вход сЧетчика, в результате чего содержимое счетчика увеличивается на единицу. В противном случае содержимое счетчика не изменяется, По истечении времени преобразования Ю = 2 тактов н/2"в/гразрядный счетчик времени переполняется и триггер по заднему фронту импульса устанавливается в единичное состояние. РезультаТ преобразования .снимается с выходных шин. 1 ил,12299Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки ин- формации. 5Цель изобретения - повьппение быст. родействия и точности преобразования.На чертеже представлена функциональная схема устройства. 10Устройство содержит шину 1 "Начальная установка", шину 2 тактовых ,импульсов, шину 3 "Пуск", первый эле. ,мент И 4, первый 5 и второй 6 генераторы псевдослучайных чисел, первый счетчик 7, цифроаналоговый преобразователь 8, входную шину 9, триггер 10, компаратор 11, второй элемент И 12, второй счетчик 13, выходные шины 14.Устройство работает следующим образом.По сигналу "Начальная установка" первый и второй генераторы 5 и 6 псевдослучайных чисел устанавливаются в исходное состояние. По сигналу "Пуск" сбрасываются в ноль счетчики 7 и 13 и триггер 10, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 4 на входы синхронизации первого и второго генераторов псевдослучайных чисел и второй вход элемента И 12, На первый вход этого элемента поступают сигналы 35 с выхода компаратора 11. Если случайное напряжение на выходе ЦАП 8 меньше, чем напряжение на входе 9 преобразователя, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал 40 3и тактовый импульс через элемент И 12 проходит на счетный вход счетчика 13, в результате чего содержимое счетчика 13 увеличивается на единицу. В,противном случае содержимое 45 счетчика не изменяется. В каждом такте состояние выходов ГПСЧ 5 и 6 изменяется и на выходе ЦАП формируется новый уровень случайного напряжения, которое сравнивается с помощью ком паратора 11 с преобразуемым аналоговым сигналом.Генератор псевдослучайных чисел 5, подключенный к входам старших разрядов фЛ, формирует последователь ность псевдослучайных чисел с периодом Б 2"г тактов, в которой каждое и/2 - разрядное двоичное число встреХ8 ЕР 1.+1 с вероятностью Р= -2 ипс вероятностью 1-Р. 5 О 2чается один раз. Генератор 6 псевдослучайных чисел, подключенный к входам младших разрядов ЦАП, формирует последовательность псевдослучайных чисел с периодом М = 2"-1, в которой отсутствует единственное число, состоящее иэ и/2 нулей. По истечении времени преобразования И=2 фнг тактов и/2-разрядный счетчик 7 времени переполняется и триггер 10 по заднему фронту импульса на своем счетном входе устанавливается в единичное состояние. При этом выработка тактовых импульсов на выходе элемента И 4 прекращается, устройство останавливает свою работу. Результат преобразования (и/2+1)-разрядный двоичный код считывается из счетчика 13. Дополнительный (п/2+1)-й разряд счетчика 13 необходим для запоминания единицы переноса в случае вероятностного преобразования входных сигналов, близких по уровню к опорному напряжению ЦАП.Для возобновления работы преобразователя на вход 3 устройства подается сигнал "Пуск", который устанавливает в исходное состояние счетчик 13 результата и триггер 1 О и инициализирует поступление тактовых импульсов на входы 5-го и 6-го блоков элемента 12. При этом начальное состояние ГПСЧ 6 будет другим, чем в предыдущем цикле преобразования, так как период М последовательности псевдослучайных чисел на выходе этого генератора на один такт меньше, чем время преобразования И=2 тактов.й/гПустьПой; о опЦ =- - -+ - + д 11ж. ек где Ос ;3 с 2"2 1В периоде последовательности псевдослучайных чисел на выходе блока 5имеется 1 значений меньших, чем1, и одно число, равное . Этому числу, появляющемуся на выходах ГПСЧ 5, соответствует некотороечисло из последовательности на выходе ГПСЧ 6, которое может быть какбольше, так и меньше величины 1, Поэтому количество единиц, накопленныхсчетчиком 13 за период преобразования+122 щг (2) 5 Соответственно этому ошибка пребразования"ап 1 Пвх30 величины Е и в в "- равномерно расвеР Определены в диапазоне (0,2 ), поэтои му математическое ожидание М(Я) равно нулю, При преобразовании постоянных уровней напряжения ошибка с, не пре- З 5 восходит единицы младшего значащего разряда ЦАП 2 "В известных аналогах совместно с п-разрядным цифроаналоговым преобразователем работает и-разрядный гене О ратор случайных или псевдослучайных чисел. При этом результат преобразования оценивается из 1=2" тактов ра-,1 боты, а ошибка преобразования определяется по известной формуле. Это же устройство может работать с сокращенной разрядностью выходгого кода (до и/2 разрядов), При этом время. преобразования уменьшается в 50 2 " раз (И=2 тактов), но погрешность увеличивается пропорционально 12"ф . В приведенном расчете при, п=10 и числе разрядов выходного кода и/2 = 5 погрешность преобразова нияЕ и й 17,3%.В предлагаемом устройстве с целью повышения точности преобразОвания 15Первая часть выражения определяет вероятностную составляющую ошибки преобразования с , вторая часть обусловлена дискретностью ЦАП, При-а 1=0 Евер =О, при =2 -1 би= 2, 2 О Величина ." . также лежит в предеМ 1 вхйо"лах 0 - 2 ", Таким образом, погрешность, обусловленная дискретностью ЦАП, в предлагаемом устройстве ком". 25 пенсируется составляющей Ев , При случайных входных сигналах с разбро 11 аа сом значений Б я--вх макс пх мим 2 щг 950 4.(или быстродействия) осуществляется детерминированное преобразование основной части входного напряжения/2 и вероятностное преобразоО, пег111 па О ад х вание остатка Ц -1 -2" - с -З ТаВХ 2%7 2 ппкое разделение функций преобразователя приводит к тому, что детерминированное преобразование осущест"-6/7 вляется точно (с дискретностью 2 ) за И = 2"1 г тактов. Вероятностное преобразование остатка реализуется за то же время с погрешностью по математическому ожиданию сиеР =и3 , 2 хг 2 ПРИ этом по грешность преобразования зависит только от остаточной части напряжения и не превышает величины 2 ", где ив разрядность ЦАП,ФТаким образом, точность работы предлагаемого вероятностного преобразователя аналог - код существенно выше соответствующих аналогов, в которых погрешность зависит от полного входного напряжения (шМПах= - ), а не от остатка по величиаане меньшего, чем . 2 пЕсли в вероятностном преобразователе с числом разрядов ЦАП п=12 погрешность преобразователя0,024% оценивается по математическому ожиданко выходного кода М(Х, ), то оче. видно, что детерминированная погрешность в каждом цикле преобразования определяется разрядностью выходного кода Х , равной и/2, и не превышает единицы младшего значащего .разряда. Соответствующая погрешность известного устройства при числе разрядов выходного кода и/2=6 с, йр:о,ю12,53, что в 8 раз больше, чем у предлагаемого устройства.Дополнительный фактор повышения точности в предлагаемом преобразователе состоит в том, что в нем снижается практически до нуля погрешность, обусловленная конечной разрядностью 1 УЛ, Из формулы (3) видно, что эта составляющая вычитается из вероятностной составляющей погрешности бввР а так как обе составляющие погрешности не зависят друг от друга, математическое ожидание общей погрешности преобразования Г равноаказ 2459/5 8 Подписное оизводств -полиграф. пред-е, г. Ужгород Проектна Ф 12299Повышение быстродействия в предлаиггаемом устройстве в 2раз по срав нению с известным достигается в случае, когда разрядность выходного кода в известном устройстве равна и.Точность работы. обоих устройств при этом примерно одииакова. Формула изобретения г 0Вероятностный преобразователь аналог - код, содержащий первый генератор псевдослучайных чисел, первый элемент И, первый вход которого является шиной тактовых импульсов, а выход соединен с.первым входом перво 15 го генератора псевдослучайных чисел и счетным входом первого счетчика, вы" ход старшего разряда которого подключен к счетному входу триггера,инверсный выход которого соединен с вторым20 входом первого элемента И, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и компаратор, второй вход которого является входной шиной,25 а выход соединен с первым входом вто" 50 6рого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - со счетным входомвторого счетчика, первый вход которого соединен с установочными входамипервого счетчика и триггера и является шиной "Пуск", а выходы второгосчетчика являются выходными шинами,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения быстродействия иточности преобразования, в него введен второй генератор псевдослучайныхчисел, первый вход которого соединенс выходом первого элемента И, а второй вход объединен с вторым входомпервого генератора псевдослучайныхчисел и является шиной "Начальнаяустановка", при этом входы старшихразрядов цифроаналогового преобразователя подключены к выходам первого генератора псевдослучайных чисел,а входы младших разрядов цифроаналогового преобразователя подключенык выходам второго генератора псевдослучайных чисел.