Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 28.01.81(21) 3272297/18-21 РМ К з Н 03 К 13/02 с присоединением заявки НоГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -531 УДК б 81, . 325 (088. 8),Опубликовано 23.1282. Бюллетень М 47 Дата опубликования описания 2312.82(72) Авторизобретен Р.С.Дадашев 1) Заявител4) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ яющих частоым рась после спектр, 3 Изобретение относится к импульсной технике, в частности к технике преобразования аналоговых сигналов в циф-ровой код, и может использоваться 5 для передачи сообщений в системах связи..Известен способ аналого-цифрового преобразования входного сигнала, реализованный в устройстве, основанный на интегрировании разности между текущим значением первой производной и запомненным значением в момент отсчета, представляющей собой текущее значение погрешности линейной аппроксима" ции. Моменты дискретизации определяют по достижению значением интеграла заданной погрешностиаппроксимации Ы Недостатком такого способа является большая чувствительность к низкочастотным флюктуационным шумам, связанная с необходимостью вычисления.производной.Известно, что при дифференцировании меняется спектр помехи, а именно:25 амплитуды спектральных составлбудут пропорциональны значениюты, т.е, белый шум с равномернпределением спектра будет иметдифференцирования треугольный 0 Это приводит к ухудшению отношения сигнал/шум после дифференцирования, так как большинство сигналов имеют спадающий спектр. Особенно это относится к медико-биологическим сигналам Таким образом, на участках сигнала с нулевым (или малым) значением производной после дифференцирования образуется сигнал производной помехи с подчеркнутыми высокочастотными соотавляющими. Отношение сигнал/шум на этих участках становится меньше 1 и в момент дискретизации будет запомнено не нулевое значение производной (как это должно быть при отсутствии шумов и помех), что приводит к сбою работы устройства.Известен также способ аналого-цифрового нреобраэования, основанный на запоминании входного сигнала в момен-. отсчета, определении приращения теку щего значения и определении моментов квантования по достижению порогового уровня. Устройство для реализации этого способа содержит запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и со вторым входом запоминающего блока, 984032:аР:сомС,ль тор а первый вход - с шиной пороговогонапряжения 2.Недостатками этого устройства также являются большая чувствительностьк высокочастотным флюктуационнымшумам, связанная с необходимостью 5вычисления производной.Цель изобретения - увеличениепомехоустойчивости и повышение достоверности информации.Поставленная цель достигается тем,10то в способе аналого-цифрового преобразования, Основанном на запоминании входного сигнала а момент отсчета,определении приращения текущего значения входного сигнала относительноего запомненного значения и определении моментов квантования по дос-тижении порогового уровня, перед определением моментов квантования;.осуществляют формирование напряжений 20пропорциональных квадрату входного сигнала и времени, за кОторов произошло приращение входного сигнала, и ихсуммирование,Причем в устройство аналого-цифро 25вого преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход котооого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и с вторым входом запоминающего блока, а первый вход - сшиной порогового напряжения, введены последовательно соединенные первыйсумматор, каадратор и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен 35с выходом компаратора, а выход - свторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входомкомпаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной ши ной, а второй вход - с выходом запоминающего блока.На фиг.1 изображены эпюры, поясняющие способ, где текущее значениевходного сигнала сравнивают с запомненным значением в момент отсчета)на Фиг.2 показана структурная схемаустройства, реализующего предлагаемый способ,Квадрат значения приращения входного сигнала суммируют с квадратичноиэменяющимся напряжением, пропорциональным квадрату приращения времени.При достижении значением суммы данного уровня формируют импульс дискретизации, по которому запоминается новое значение входного сигнала в моментдискретизации.Устройство содержит последоаатено соединенные сумматор 1, квадра2, второй сумматор 3 и компаратор 4, 60а также оперативную память 5 и генератор б квадратичного напряжения. Выход компаратора 4 соединен с управляющими входами генератора б квадратичного напряжения. Выход компаратора 65 4 соединен с управляющими входамигенератора б квадратичного напряжения и оперативной памяти 5, вход оперативной памяти 5 соединен с входомсумматора 1, являющегося входом устройства, а выход - с вычитающимвходом первого сумматора 1. Выход генератора б квадратичного напряжениясоединен со вторым входом второго сумсумматора 3.-Устройство работает следующим образом,В момент формирования компаратором 4 выходного сигнала (момент )сбрасывают в ноль генератор б квадратичного напряжения, а в оперативную память 5 перезаписывают текущеезначение входного сигнала (О). Сумтор 1 и квадратор 2 осуществляютформирование напряжения, пропорциональное квадрату приращения сигнала,которое на сумматоре 3 суммируется снапряжением, пропорциональным квадрату приращения времени, сформированным генератором б квадратичного напряжения. Эта сумма представляет собойтекущее значение квадрата длины.участков линейно"аппроксимированногосигнала, показанных на фиг.1 сплошной линией.При достижении этой величины значение порога Оп , задаваемого пропорционально квадрату единичной длины, срабатывает компаратор 4, который и формирует выходной сигнал (момент времени 1 )Далее цикл повторяется.Таким образом, момент 1 .й точкидискретизации определяетс% при выполнении условиядц,-лО; ) +" (; , 1) (порЦ,о = а 0 где дР - единичная длина2участка линейной аппроксимации, или т.еосуществляется равномерное квантование по длинам участков линейноаппроксимированного сигнала. На участках входного сигнала с большим значением производной моменты дискретизации будут задаваться чаще, чем на участках с меньшим значением производной,Тем самым осуществляется адаптация частоты дискретизации и скорости изменения входного сигнала. Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным способами заключается в сокращении избыточности информации в исходном сообщении для сигналов, изменяющихся с конечной скоростью, что, в свою очвредь,позволяет повысить эффективность использования канала связи при передаче сообщений, а также повышении помехоустойчивости, в частности, к высокочастотным флюктуационным шумам засчет исключения операции дифференци-рования,Кроме того, предлагаемый способимеет ряд преимуществ, позволяющихэффективно его использовать при передаче информации. Во-первых, наличие однозначной связи между дк и д,между моментами квантованияпозволяет передаватььУ= 8 -йх)только одну координату. Это же обстоятельство позволяет при восстановлении принятого сообщения сразу жеопр делить наклон текущего участкасигнала при линейной интерполяции.Во-вторых, предлагаемый способ позволяет легко воспроизводить дискретно передаваемый сигнал в реальноммасштабе времени, Дело в том, чтоизвестные способы, имея заранее не,Определенный интервал между моментами дискретизации, требуют предварителюой записи информации на промее ативнуюжутОчный носитель (или В Оппамять) . Кроме того, при условии отсутствия помех зти способы не даютточек дискретизации на участках сигнала с постоянным значением производной и, следовательно, ординаты между соединенными точками дискретизации могут существенно отличатьсядруг от друга, что приводит к невозможности использования ступенчатойинтерполяции при воспроизведениипринятого сообщения, Предлагаемый 35способ имеет максимальные значениядО и К (а, равные дР, что с учетомфункциональной связи между ними позволяет в реальном масштабе времени( без задержки) восстанавливать при- Щнятое дискретное сообщение,Простейшее дополнение, заключающееся в сравнении соседних отсчетови отбрасывании последующих при равенстве наклона (сравнение по М или 45по дО) сигнала, позволяет осуществитьдальнейшее сжатие информации для еехранения и получить коэффициент сжатия информации, присущий известнымспособам, сохранив высокую помехоус- ртойчивость, присущую предлагаемомуспособу дискретизации,Кроме того, предлагаемый способпозволяет аппроксимировать исходныйаналоговый сигнал кусочно-линейнымс равными длинами участков. Это может найти применение при решениивопросов распознавания формы сигнала или для описания сигнала аналитически с целью проведения другой последующей обработки,К преимуществам предлагаемого,способа следует отнести также и простоту его аппаратурной реализации.формула изобретения1. Способ аналого-цифрового преобразования, основанный на запоминании входного сигнала в момент отсчета, определении приращения текущего входного сигнала относительно его запомненного значения и определении моментов квантования по достижении йорогового уровня, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости и повышения достоверности информации, перед определением моментов квантования осуществляют формирование напряжений, пропорциональных квадрату приращение входного сигнала и времеви, эа которое произошло приращение входного сигнала, и их суммирование.2. устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и с вторым входом запоминающего блока, а первый вход - с шиной порогового напряжения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в него введе- ны последовательно соединенные первый сумматор, квадратор и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной шиной, а второй вход - с выходом запоминающего блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЮ 574852, кл. Н 03 К 13/02, 1975.2. Авторское свидетельство СССР9 588625, кл. Н 03 К 13/02, 1976984032 г.1 Составитель В.Солодоваедактор В.Лаэуренко Техред Л.Пекарь Корректо ко аказ 9956/75 .Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобрет 113035, Москва, Ж-З Патент , г.ужгород, ул.Проектная, 4 илиал П И % 959нногнийРа Подписнкомитета СССРоткрытийская наб., д,4/5