Способ аналого-цифрового преобразования

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 111) 62 1)4 НОЗМ 14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Центр автоматизации научных исследований и метрологии АН МССР(56) П,В. Новицкий, Основы информационной теории измерительных устройств. Л,: Энергия, 1968,Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. М.: Высшая школа,1981, с, 317, рис. 5.8.(57) Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровойобработкой информации. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона, повышение точности и быстродействия преобразования. Способ заключается в масштабировании преобразуемогосигнала с основным и дополнительным коэффициентами, суммировании полученных результатов масштабирования соответственно с первым и вторым опорнымисигналами, сравнении результатов суммирования до момента их равенства,путем изменения одного из результатовсуммирования и определении выходногокода по формуле И = (К 8 - а О) //(а - К), где И - выходной код;а О, Ъ, - соответственно первый и второй опорные сигналы; а, Ь, - соответственно основной и дополнительныйкоэффициенты масштабирования (Ь) О);К - код результата операции :равнения,Путем выбора значения второго опо 11 ного сигнала Ь ив условия о, =Ь,Х яобеспечивается достижение наибольшего положительного эффекта ( Х) О,Ху, у 0 - нижняя и верхняя границы диапазона преобразуемого сигнала). Положительный эффект обеспечивается засчет использования гиперболическойзависимости между преобразуемым сигналом и Выходным кодом 1 зп ф лыу1 ил, 133624Изобретение относится к вычислительной и измерительцой технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой.)обработкой информации.Цель изобретения - унеличение динамического диапазона, повышение точности и быстродейстния преобразования.На чертеже предстдцлецд фуцкциональная схема устройства, реализующаяспособ аналого-цифрового преобразования,Устройство с.одержит дца масштабирующих преобразователя 1 и 2, двд 15сумматора 3 и 4, источник 5 опорныхсигналов, блок Ь сравнения и блок 7формирования выходного кодл,Устройство работает следующим образом. 20Масштабирующие преобразователи 1 и2, ца входы которых поступает преоб.разуемый сигнал р, формируют соответственно мдсштабиронаццые сигналы скоэффициентами а и Ь.25Сигналы с выходов преобразователей1 и 2 поступают на первые входы соответственно первого 3 и второго 4 сумматоров. С источника 5 опорных сигналов на вторые входы сумматоров 3 и 4 ЗОпоступают соответственно первый а,и второй Ь, опорные сигналы. Сигналс выхода сумматора 3, равный а, х +дпоступает нд первый вход блока 6 сравнения, нд второй вход которого с выхода сумматора 4 поступает сигналЬ+ Ь , В блоке 6 сравнения осущест.овляется регулирование сигнала Ь х +Ь,до момента его равенства с сигналома,+ а т,е40(ЬО Ь ) (хь е) ) (2)х Ь +Ь Ь+Ь Н где 1,х - нижцяя и верхняя границы диапазона преобразования И - число дискретон квантова ния.Выразив из (2) относительные погрешности ) и с" на границах диапаН "зона преобразования и взяв их произведение, получим(1 (4)х Х, где о" - максимальное значение относительной погрешности, получим выражение которое связывает между собой три основных параметра аналого-цифровогопреобразования: максимальную относительную погрешность дискретности /,динамический диапазон 0 и необходимоедля данного преобразования число дискретов , определяющее сложность ибыстродействие преобразователя. Чембольше динамический диапазон преобразования и чем меньше максимальная ото 2лы может быть выГ)рдцд любая из четырех ветвей рднцостороццей гиперболы. При этом относительная погрешность квантования с может быть определена из выраженияК(Ь+ Ь,) = д, к+ .аРезультат сравнения (коэффициент К) поступает в блок 7 формирования выходного кода, В блок 7 предварительно занесены значения величин а а Ь и Ь . В качестве блока 7 фор -ф Омирования выходного кода может быть использована ЭВ)М, Значение выходного кода определяется по формуле1)1= (КЬ, - а )/(а, - КЬ,). (1)Как следует из выражения (1), способ аналого-циФрового преобразования имеет гиперболическую шкалу и, н зависимости от соотношения величин а а Ь и Ь, нкачестве рабочей шка 45 жет играть роль критерия качества гиперболического аналого-цифрового преобразования,Из выражения (4) определим наибольшее значение критерия качества. Поскольку в знаменателе выражения (4) находится максимальная относительная погрешность квантования, то критерий качества не может быть больше единицы, Наибольшее значение критерия ка 50 честна равно единице, когда значения граничных относительных погрешностей равны друг другу и равны максимальной относительной погрешности,носительная погрешность квантования и требуемое число дискретов, тем больше величина С.Из этих соображений величина С мо.е. критерии аз меньше оп чества пер ого ния, рав номерном сительно линейног пог пре диапазон п пособом в ить максим шност ить числоМ /К ).Разрия качестреобразова,фициентом, одновременно с суммированием масштабированного аналоговогосигнала с основным коэффициентом, спервым опорным сигналом осуществляютдополнительное суммирование масштабированного с дополнительным коэффициентом аналогового сигнала с вторымопорным сигналом, результат которогоиспользуют в качестве регулируемогоаналогового сигнала при операции сравнения двух аналоговых сигналов, причем в качестве аналогового сигналадля операции масштабирования с основыражен я Х, Пу ив в получен одст е ношениев гиперемыееск значения пар о преобразов соответствую преобразован мет олич о е через инейного и выраженраметрылучим п К К 3 133 В противном случае критерий качсствя будет мендше единицы.Из анализа выражения (2) следует, что погрешность максимальна всегда в одной из граничных точек шкалы, либо в обеих точках вместе. Тогда, полагая, например, что о ="вЧем больше различаются между собой граничные относительные погрешности О" иу тем меньше значение критехН ХВу рия качества. Для известного способа дифференциального линейного аналогоцифрового преобразования (Ь, = О) значение критерия качества будет равно на основании (2) с учетом (б)6 А (ХВл -Хнв ) Х нп И Хнлх й .лХв, - Х лВлХнл1/О, у качества прототипа в Р имального критерия калического преобразоваПричина этого в нерав еделении по шкале отноешности дискретности бразования. Чтобы оценить, что дает большее значение критерия качества по сравнению с С предположим, что необходимо увеличить динамическии сравнению с известным с раз,т.е. В = К П, сниз ную относительную погре раз ( сР= сР/К) и сн дискретов в К раз (М делим выражение для кри ва (5) гиперболическог ния на соответствующее линейного преобразован 20о 30 35 40 т.е. параметры гиперболического преобразования каждый в отдельности иливсе одновременно могут быть улучшенысоответственно в Ку К и Кп, раз посравнению с известным способом,Как указывалось, максимальное значение критерия качества (С = 1) достигается при о" = сух , Тогда из (2)хн "вполучим (Ь + Ь х в) / в (Ь о+Ьхн у /Хн 1оттуде Ь,1 Ь, =11, , т.е. ппи полученном соотношении величин обеспечиваются наилучшие параметры гиперболического аналого-цифрового преобразования,Формула изобретения 1, Способ аналого-цифрового преобразования, основанный на операциях суммирования двух аналоговых сигналов, один из которых является первым опорным сигналом, масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом, сравнения регулируемого и нерегулируемого аналоговых сигналов до момента их равенства и определения выходного кода, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, повышения точности и быстродействия преобразования, операция масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом осуществляется до операции суммирования двух аналоговых сигналов, в качестве второго из которых используют масштабированный аналоговый сигнал с основным коэффициентом, а при сравнении аналоговых сигналов в качестве нерегулиремого аналогового сигнала используют результат суммирования двух аналоговых сигналов, при этом одновременно с масштабированием аналогового сигнала с основным коэффициентом осуществляют его масштабирование с дополнительным коэфЩ = (КЬ - а )/(а, - КЬ,),а ,Ь, - первый и второй опорные сигналы соответственно;Составитель Н, КапитановТехред И,Попович Корректор С. Шекмар Редактор АВорович Заказ 4055/56 Тираж 901ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 513362 ным и дополнительным коэффициентами используют преобразуемый сигнал, а выходной код определяют по формуле где И - выходной код, соответствующий значению преобразуемого сигнала; 10 40ба Ь - основной и дополнительный1 ф 1коэффициенты масштабированиясоответственно (ЬО);К - код результата операции сравнения.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что значение второго опорного сигнала выбирают равным Ь Ь,/ х х , где х х О, х х О. - нииняя и верхняя границы диапазона изменения преобразуемого сигнала соответственно,