Устройство для кусочно-линейной аппроксимации

,10277 О 003 СОВЕТСКИХООФ 1 АЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК О / ГОСУДАРСТВЕННЫЙ К ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЛ СССРРЫТИЙ ФЛИЗСФЛЪ И. ОТН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (56) 1. Авторское .свидетельство СССРУ 607236, кл, Гз 06 .0.7/30, 1976.2. Авторское свидетельство СССР М:404097 кл, С 06. 6: 7/28, 1972.3, Авторское свидетельство СССРЙ 570071, кл. 6 06 С. 7/28, 1976(54)(57) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ КУСОЧНО"ЛИНЕЙНОЙ АППРОКСИМАЦИИ:, содержащее первый и .второй цифроаналоговые преобразователи, интегратор и сумматор,первый и второй входы котброго соединены соответственно с выходом второго цифроаналогового преобразователяи выходом интегратора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расаирения частотного диапазона восстанавливаемого сигнала, в мего введенаналого-цифровой преобразователь, вы;ход которого соединен через первыйцифроаналоговый преобразователь свходом интегратора,.а вход аналогоцифрового преобразователя подключенк выходу сумматора, причем вход второго цифроаналогового преобразователяявляется цифровым входом устройства,а управляющий вход первого цифроаналогового преобразователя - управляющим входом устройства.1. 10Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьприменено в информационно-измерительным системам, цифровым вычислительным осциллографам, системам телеметрии, измерительным приборам и генераторам напряжения заданной формы длярешения задачи восстановления и сглаживания дискретиэированных сигналов.Известны устройства для кусочнолинейной аппроксимации, в которых используют последовательно соединенныецифровую схему временного разделениявходного сигнала (коммутаторы, буферные регистры), два цифроаналоговыхпреобразователя и Функциональный преобразователь, выход которого являет-ся выходом устройства 1 1 и 2 1,Недостатком этих устройств, является низкая точность, обусловленнаяразомкнутостью структуры и накоплением погрешности преобразования, Основные узлы этих устройств работают вполном диапазоне входного сигнала, аэто дополнительно усиливает требования по точности и быстродействию,Кроме того, ограничены Функциональные возможности данных устройств,так как входным сигналом являетсяцифровой код, т.е. такие устройствамогут восстанавливать только сигналы, представленные в цифровой формеи не могут вдсстанавливать аналоговыесигналы, представленные в дискретиэированной Форме,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для кусочно-линейной ап- . проксимации, содержащее первый регистр, вход которого соединен с вход" ной шиной устройства, а выход - с входом первого цифроаналогового преобразователя, а также через второй регистр с входом второго цифроаналогового преобразователя, Выходы обоих цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен через интегратор с первым входом сумматора-вычитателя, второй вход которого подключен к выходу второго цифроаналогового преобразователя. Ключ подключен параллельно накапливающей емкости интег" ратора, Шина управления устройства соединена с управляющим входом первого регистра и через схему распределения импульсов управления - с уп 27710равляющими входами второго регистраи ключа 3 ,В качестве недостатка устройстваследует отметить узкий частотный ди 5 апазон, восстанавливаемого сигнала,обусловленный, во-первых, большимвременем разряда накапливающей емкости интегратора, во-вторых, основнаячасть узлов два цифроаналоговых10 преобразователя, два регистра и второй сумматор-вычитатель) работаютв полном диапазоне входного сигналаи это увеличивает к ним требованияпо быстродействию, и, в третьих, ком 15 мутационные переходные процессы выходного напряжения цифроаналоговогопреобразователя, а также переходныепроцессы, возникающие при разряденакапливающей емкости, будут прояв 20 ляться в выходном сигнале устройства в виде выбросов напряжения,Цель изобретения - расширениечастотного диапазона восстанавлива-.емого сигнала.25 Поставленная цель достигаетсятем., что в устройство для кусочнолинейной аппроксимации, содержащеепервый и второй цифроаналоговые преобразователи, интегратор и сумматор,З 0 первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго цифроаналогового преобразователя и .выходом интегратора, введен аналого-цифровой преобразователь, выход35которого соединен через первый цифроаналоговый преобразователь с входоминтегратора, а вход аналого-цифрового преобразователя подключенк выходу сумматора, причем вход40 второго цифроаналогового преобразователя является цифровым входом устройства, а управляющий вход первого цифроаналогового преобразователяуправляющим входом устройства,На Фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для кусочнолинейной аппроксимации; на Фиг, 2 -временные диаграммы его работы.Устройство содержит первый и вто 50рой цифроаналоговые. преобразователии 2, интегратор 3, сумматор 1,аналого-цифровой преобразователь 5,На фиг. 2 на первом графике представлены входные сигналы сумматора4 соответственно на первом и второмвходах; на втором - выходной сигналцифроаналогового преобразователя 1;на третьем - выходной сигнал всегоустройства.3 1 О 277 йаУстройство работает следующим образом,Цифровой код поступает на входцифроаналогового преобразователя 2,на выходе которого Формируется сту,пенчато-изменяющееся напряжение. Допустим, в момент времени(фиг,2)на первом входе сумматора 1 установилось напряжение О, а уравновешивающее напряжение обратной связи Она втором входе сумматора 11 равно,нулю. Следовательно, на вход аналого"цифрового преобразователя 5 поступит разность напряжений дО=О==О и преобразуется им в код М 1. 15После установления на входе первогоцифроаналогового пре 6 бразователякода М происходит стробирование вмомент времени с входного регистра1.цифроаналогового преобразователя 1 20и запись в него кода М. В этот жемомент времени й входйой код принимает новое значение М , котороепреобразуясь вторым цифроаналоговым преобразователем 2 в напряжение 25,О , поступает на первый вход сумматора 4. В цифроаналоговом преобразователекод Мпреобразуется в напряжениеО 1, равйое ДО, а затем в линейно- ЗОизменяющееся напряжение интегратором3,. причем постоянная времени его выбирается таким образом, чтобы черезвремя Т -.1 -1 в момент временинапряженйе О на выходе интегратора 353 стало равно О О, После чего навыходе сумматора 4 напряжение ста-Ф,новится равнымДО 2: и 2- икоторое затем преобразуется аналогоцифровым преобразователем 5 в код Йу,и в момент времени й, последний записывается в входной регистр цифроаналогового преобразователя 1 В 45это же время снова появляется при"ращение входного кода, Во всехпоследующих тактах устройство работает аналогично.Таким образом, выходное напря Ожение устройства представляет собой кусочно-линейную функцию времениРВь(й), .которая, будучи сдвинутана время Т, совпадает с входнымсигналом в моменты времени Ф , С 1 551+;Цифроаналоговый преобразователь1 и интегратор 3 выполнены соответственно в виде преобразователя код ток и накапливающей емкости, Такое исполнение позволяет не только упро" стить устройство эа счет исключения узлов, осуществляющих. промежуточные преобразования тока в напряжение и наоборот, но и увеличить быстродействие, так как в тракте преобразова" ния отсутствует усилитель, имеющий, как правило, низкие динамические характеристики (большую постоянную времени ьу ) .для восстановления непрерывного сигнала х.необходимо провести аппроксимацию, в результате которой накаждом участке дискретизации между известными в отдельные моменты времени значениями х(т.) заменяетсяотрезком линии, изменяющейся по определенному закону (линейному, параболическому и т.д.) . Известна1 ) однозначная зависимость при линейном способе аппроксимации между периодом дискретизации Т и верхнейчастотой Г восстанавливаемого сиг"нала х(с), которая может быть выражена через максимальное значениесвоей второй производной х -" (й)УПАВВЭап, (1 )Д Х-" Щгде ус,п- относительная погрешностьаппроксимации,Для предлагаемого устройства Тв конечном итоге определяется пере"ходными процессами отдельных узловустройства, а именно цифроаналогового преобразователя 2, сумматорач и аналого-цифрового преобразова"теля 5, Эти переходные процессывводятся к одному, если режим работы аналого-циФрового преобразователя 5 асинхронный, По окончании установления переходных процессов в циФроаналоговом преобразователе 2,сумматоре ч и аналого-цифровом преобразователе 5 стробируется в некоторый .момент времени 1 (Фиг, 2),мвходнои регистр цифроаналоговогопреобразователя 1 (или выходной регистр аналого- цифрового преобразова-.теля 5 ) и начинается переходной про-,цесс в цифроаналоговом преобразователе 1 и интеграторе 3. 8 тот же самый момент времени йможет бытьподано новое значение кода на цифроаналоговый преобразователь 2.Так как эти операции идут параллельно во времени, то период дискретизации определяется больвим суммар 5 10277 ным временем установления переходных процессов либо в цифроаналоговом преобразователе 2, сумматоре 1 и аналого-цифровом преобразователе 5, либо в цифроаналоговом преобразователе 1 и интеграторе 3. Как правило, из всех этих узлов интегратор 3 является самым инерционнымзвеном, так как выполняется на основе операционного усилителя (сумма тор ч представляет собой дифференциальный каскад на двух транзисто" рах, имеет очень малое время задержки и, как правило, является входным каскадом аналого-цифрового 1 Ф преобразователя 5). Поэтому минимальное значение ТА ;,определяется временем установленйя суммарного переходного процесса цифроаналогового преобразователя 1 и иитеграто" 20 ра 3, т,е.и 31где й - время установления выходного напряжения или тока Ицифроаналогового преобразователя 1;й - время задержки интеграто 31Ра ЗеЦифроаналоговый преобразователь З 11 2 и аналого-циФровой преобразователь 5 с диФФеренциальным каскадом на входе имеют значительно меньшее время установления, так как в. настоящее время возможно выполнить цифЗЗ роаналоговый преобразователь с вре" менем преобразования 20 нс и по.- грешностью установления выходного сигнала 0,1:0,2, а аналого-цифро" вой преобразователь с.дифференциальным каскадом на входе с погрешностью преобразования 3 (что соот 40 4ветствует пяти двоичным разрядам)имеет также очень малое время преоб"разования.Минимальный такт дискретизацииустройства прОтотипа зависит в конечном итоге (так же как и в предлагаемом устройстве) от времени установления переходных процессов от"дельных узлов устройства, а именноцифроаналоговых преобразователей,сумматора времени разряда емкостии собственной задержки, т.е. Тс +з+сз.(3) .Из сравнения неравенств (2) и (3)следует., что минимальный такт дискретизации Тп 11 для предлагаемого .устройства значительно меньше чемТ-для прототипа, т,е,6ЙТ, Тв 1 пюзпКроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для восстановления сигнала, представленного в цифровой Форме, а также в дискретной Форме, Оно может быть использовано и для Фильтрации непрерывного аналогового сигнала. При работе устройства с сигналом, представленным в цифровой Форме, последнийпоступает на вход цифроаналоговогопреобразователя 2, при обработкедискретного сигнала или непрерывноговходной шиной устройства будет первыйвход сумматора 1, Цифроаналоговыйпреобразователь 2 при этом не используется. Дискретизация непрерывного.сигнала происходит в аналого-цифровом преобразователе 5. Таким образом,предлагаемое устройство выгодно отличается еще и по Функциональным возможностям от известного, которое работает только с цифровым сигналом.1027740 Р фс Корректор О Лигор Редак Заказ 4742/5 ВВН Тираж 706осударственного кам изобретений и оИосква,.-3, Раув Пафосное а СССР.Лушникова Техред Л.Пекарь Филиал ЙПО "Патент", г. Уюород, ул крмтий кэв наб., де аееемюаееПроектная, 4