Устройство для измерения экстремума сигнала

ьМОП ИСАНИ Енц 780191И АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Саез Сфеатснмк Сфцмалнстическмк Республик(5)М, Кл З Н 03 К 13/20 с прнсоедмнвннем заявки Мо Государственный номитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 1811. 80(72) Автор изобретению В. Я. Загурский Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭКСТРЕМУМА СИГНАЛАПредлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении анализаторов Функций. распределения экстремумов и другихсвязанных с ними 5 характеристик скоростных процессов, а также в различных областях информационно-измерительной техники.Известен аналого-цифровой определитель экстремума, содержащий анало го-цифровой преобразователь (АЦП), два, блока буферной памяти и схему сравнения кодов, которая служит для определения моментов с , Для упра- вления работой устройства имеются 15 генератор импульсов (ГИ) и распредедитель импульсов (РИ) ЩСущественными недостатками устройства является то, что при увели.чении разрядности АЦП резко уменьша ется его быстродействие, что приводит к резкому уменьшению частотного диапазона входного сигнала либо к снижению точности эа счет увеличения фазовой погрешности определения мо мента экстремума. При увеличении быстродействия путем использования АЦП параллельного считывания имеет место уменьшение точности измерения величины экстремума за счет физичес кого ограничения разрядности таких АЦП, и, следовательно, малого их разрешения по амплитуде.Целью изобретения является повьааение быстродействия и точности измерения экстремума сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения экстремума сигнала, содержащее генератор сигналов,. первый аналого" цифровой преобразователь, вход которого подключен ко входной шине,первый и второй блоки памяти, выходы которых соответотвеино соединены с первым и вторым входами блока срав" нения кодов, при этом первый вход первого блока памяти соединен с выходом первого аналого-цифрового пре обраэователя, введены второй аналого-цифровой преобразователь и блок аналогового сравнения, первый вход которого соединен с выходом генератора сигналов и через второй аналого-цифровой преобразователь со вторым входомпервого блока памяти,а выход соединен с третьим входом первого блока памяти и третьим входом блока сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход котОрогосоединен с выходом перного блока папяти.На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измеренияэкстремума сигнала; на фиг. 2 представлены диаграммы.Устройство содержит входную шину1, генератор 2 сигналов, первый ивторой аналого-цифровые преобразователи 3 и 4, блок аналогового сравнения 5,первый и второй блокипамяти 6и 7, блок сравнения кодов 8, входыстробирования 9 и кодовые входы 1 С,На диаграммах показаны уровниИквантования блоков 3 и 5, дО интервал квантования блоков 3 и 5 дО интервал квантования блока 4, уровни12 квантонания блока 4, кодовые значения 13 на выходе блока 6, кодовыезначения 14 на выходе блока 7, импульсы 15 на выходе блока 5, импульсы 16 на выходе блока сравнения кодов.При этом для простоты предлагается, что до начала подачи сигналов сгенератора 2 кодовые слова блоков 6и 7 нулевые. В качестве генератора2 использован генератор синусоидального сигнала О , амплитуда котороговыбирается равной интервалу квантования дО блока 5 аналогового сравнения. Число уровней квантования 12и величина интервала квантования дОблока 5 выбираются точно соответствующими числу уровней к интервалуквантования блока аналого-циФровогопреобразователя 3. Число уровней 12квантования дополнительного блокааналого-цифрового преобразователя 4определяется только необходимой дополнительной точностью.Устройство работает следующим образом.Напряжение исследуемого сигналаО сравнивается блоком 5 с синусовхидальным сигналом Ос на каждом изуровней квантования 11. В результате в моменты пересечений сигнала Оссо входным сигналом Ов на выходеблока 5 Формируются импульсы 15.Они-появляются в моменты равенства мгновенного значения О=О +Од,Где ОзначениФ напряжения и-го уровнякнантования блоков 4 и 3 соответственно. Импульсы 15 поступают на входы стробиронания 9 блока памяти б,и,.блока сравнения кодов 8,В первый момент стробирования вблоке 6 записывается импульсом 115з начение кода равное целому числу3интервалов квантования дО блокапересеченных входным сигналом ОВелому числу интервалов квантова%ния блока 4 аО, пересеченных сигналом О то есть мгновение значениясигналов О и О проквантованных ввх смомент отсчета в блоках 3 и 4 соответственно. Таким образом, имеетместо приближенное равенство 0 Ос++О , гце О ь - цифровое значениевходного сигнала с точностьюдо интервала квантования блока 4, Ов - цифровое значение квантованного сигнала Ос, равное числу пересеченных сигналов Ос интерваловдО , В общем случае, если точностьблоков 3, определяемая числом интервалов квантования, число которых 2"и равна 1/2", где и число двоичныхразрядов блока 3, а точность блока4-1/2 к, где к - число двоичных разрядов блока 4, то общая точностьсоставит 1/2"+ , то есть н 2 раэкбольше.Для примера на Фиг. 2 ньбрано число интервалов квантования блоков 3и 5 равное 3, т.е. точность 1/2 , иэчисло квантования блока 4 равное "4",т.е. точность 1/2 . Суммарная точ.2ность устройства по амплитуде равна9 1/2 , При этом легко нидеть, что дляреализации точности 1/2 достаточноиспользонать два малоразрядных блока ЛИП; в частности трех и двух разрядных. ПроСтота реализации их позволяет обеспечивать дополнительноеповышение быстродействия за счет увеличения частоты синусоидального сигнала ОВ первый момент стробирования происходит также сравнение кодовых знаЗО чений блоков 6 и 7 блоком сравненияд, который на выходе, выдает импульс. 16 во всех случаях, кроме того, когда кодовое значение на выходе блока7 больше кодового значения на выходеблока 6, Импульс 16 перезаписываетсодержимое блока 6 н блок 7.В частности, если н исходном состоянии в блоках 6 и 7 нулевле годы,то в момент первого стробированняимпульсом 15 в блок 7 записываетсязначение кодов с выходое блоков 3 и4, а в блок 7 импульсом 16 запись 1 вается нулевое значение кода с выходаблока 6.Таким образом, на выходе блока 7 сосдвигом наодин стробируищий импульс15 появляются значения кодовых слов14, которые сравниваются при воздействии импульсов 15 с соответствующими значениями кодовых слоев 13 нафО выходе блока 6. В момент 1,когдазначение слова 14 больше 13 на одининтервал квантования дО " блока 4блок сравнения кодов 8 блокируется;импульсы 16 н дальнейшем отсутстнуЯ ют, Значение кода запомненного в блоке 7 в момент с соответствует измеренному значению максимума сигналаОВ с точностью интервала квантовавхния дО блока 4.9 Для обнаружения и измерения минимума сигнала достаточно дополнительно добавить блок памяти, аналогичныйблоку 7 со схемой сравнения кодов,аналогичной схеме 8, но работающейу 5 по минимуму кода в блоке 6,Формула изобретения Устройство для измерения экстремума сигнала, содержащее генераторсигналов, первый аналого-цифровойпреобразователь.вход которого подключен ко входной шине, первый ивторой блоки памяти, выходы которыхсоответственно соединены с первым ивторым входами блока сравнения ко 1 дов, при этом первый вход первогоблока памяти соединен с выходом первого аналого-циФрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения быстродействия иЯ точности измерений экстремума сигнала, введены второй аналого-цифровойпреобразователь и блок аналоговогосравнения, первый вход которого соединен с выходом генератора сигналоэ25 и через второй аналого-циФровой преобразователь со вторым входом первогоблока памяти, а выход соединен с третьим входом первого блока памяти итретьим входом блока сравнения кодов,выход которого соединен с первым вхоЗф дом второго блока памяти, второйвход которого соединен с выходом первого блока памяти,35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "Измерения, контроль, автоматизация", 9 3, 1977, с. 23, рис.4,В качестве блоков 3 и 5 могут быть в общем случае использованы также любые виды аналого-цифровых преобразователей.Необходимым условием является лишь их одинаковая точность и принцип работы, Наиболее быстродействующим устройство будет при использовании в качестве блоков 3 и 4 аналого-цифровых преобразователей параллельного считывания, Блок 5 в этом случае вырождается в набор сравнивающих схем объединенных по выходу.Такое устройство будет обладать наименьшей фазовой погрешностью опреде-, ления экстремума, поскольку максимальная частота ОЭ зависит только от выбора частоты сигнала Ос генератора 2.В предлагаемом устройстве повышение точности определения и измерения экстремального значения сигнала достигается за счет повышения частоты дискретизации при одновременном улучшении разрешения по уровню ьХ. Это позволяет уменьшить величину фазовой и приведенной погрешностей измерения.Если частота синусоидального сигнала Ос выбрана в предложенном устройстве равной Г , разрядность основного блока АЦП", а вспомогательного 2 , то частота .дискретизации при определении и измерении экстремальных значений Г =Г /2, а разрешение по уровню ьХ=1/2"ф " . Таким образом, э предложенном устройстве частота дискретизации э 2 раза, а разрешение по уровню в 2 " раз больше по сравнению с прототипом.Быстродействие при этом определя.-. ется быстродействием аналого-цифровых преобразователей, каждый из которых может быть выбран при необходимости меньшей разрядности и,следовательно, более высокого быстродействия.780191 итель Л. Беляева М.Рейвес Корректор Ю. Макаренко Сост Техр едактор И, Прус Тираж 99 осударственногоелам изобретени осква, Ж, Ра ПП"Патент", г.ужгород, ул. Проектная Филиа Заказ 93 2 5 Подписное ВНИИПИ Г комитета СССР по д й и открытий 113035, М ушская наб., д. 4/5