Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУЬЛИН 69) Ф) . а)НОЗК 1/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТОРСНОМ ИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛдМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТй(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 855993,кл.Н 03 К 13/17,199 (прототип (5)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт,св, У 855993 у о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности преобраэования, введены последовательно соединенные четвертый инвертор, уси" литель постоянного тока, регулируемый усилитель и блок фиксации уровня черного, выход которого соединен со входом первого параллельного бло" ка коипараторов, выход одного из до" ) полнительных компараторов которогосоединен со входом четвертого интегратора, при этом второй вход ре" гулируемого усилителя соединен с входной клеммой,Изобретение относится к технике,связанной с преобразованием сигналовв системах с импульсно"кодовой модуляцией,Для целей преобразования полноготелевизионного сигнала в цифровуюформу наиболее часто используютсяаналого"цифровые преобразователи( АЦП) последовательно-параллельноготипа. 1 ОПо основному авт.св. У 855993известен аналого-циФровой преобра"зователь содержащий первый параллельный блок компараторов, вход которого соединен через элемент задержки с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом цифро-аналоговогопреобразователя (ЦАП) а выход - свходом второго параллельного блокакомпараторов, выходы двух дополнительных компараторов которого соединены с управляющими входами арифметического блока, входы которогосоединены с выходами первого параллельного блока компараторов и входами ЦАП, а выходы - с выходами старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, выходы младших разрядов которого соединены с выходамивторого параллельного блока компараторов, выходы двух дополнительныхкомпараторов первого параллельногоблока компараторов через элемент ИЛИсоединены с управляющими входамидвух элементов запрета, вторые входы З 5которых соединены с выходами двухдополнительных компараторов второгопараллельного блока компараторов, авыходы через соответствующие первыйи второй интеграторы - с входамидополнительного блока вьчитания,выход которого соединен с дополнительным входом первого блока вычитания, выход первого элемента запрета через третий интегратор соединен с дополнительным входом второгопараллельного блока компараторов.В этом устройстве приняты эффективные меры для снижения искаженийсигнала в АЦП путем коррекции инстру 5 Оментальных погрешностей преобразования, но не .учтено влияние искаженийшумов) ограничения 1,Основной недостаток такого АЦПнизкая точность преобразования, атакже сильные искажения выходногосигнала при ограничении входного телевизионного сигнала в первом параллельном блоке компараторов; невозможность коррекции ошибок преобразования величиной как превышающей,так и не превышающей шага квантования при превышении диапазоном изме"нения входного сигнала динамическогодиапазона первого параллельного блока компараторов.Цель изобретения - уменьшение погрешности преобразования,Поставленная цель достигаетсятем, что в аналого-цифровой преобразователь введены последовательносоединенные четвертый интегратор,усилитель постоянного тока, регулируемый усилитель и блок фиксацииуровня черного, выход которого соединен со входом первого параллельно.; .го блока компараторов, выход одногоиз дополнительных компараторов которого соединен со входом четвертого интегратора, при этом второй входрегулируемого усилителя соединен свходной клеммой.Сущность изобретения заключаетсяв том, что вновь введенные узлы исвязи позволяют автоматически уменьшать величину сигнала на входе первого параллельного блока компараторов до номинального значения, равно"го динамическому диапазону этогоблока, при увеличении сигнала навхода АЦП сверх номинального значения и таким. образом устранить искажения сигнала, связанные с ограничением сигнала в первом блоке компараторов, что, в свою очередь, позволяет обеспечить гарантированнуювысокую точность АЦП в широком диапазоне изменения входного сигналаза счет более полного использованияцепей автоматической коррекции оши;бок преобразования,На чертеже представлена структурная электрическая схема АЦП.Клемма "Вход" соединена через регулируемый усилитель 1 и блок 2 фиксации уровня черного с входом первого параллельного блока 3 компараторов, а также через элементзадержки с входом первого блока 5 вычитания. Выходы первого параллельного блока 3 компараторов соединены с арифметическим блоком 6 и через цифро-аналоговый преобразователь 1 ЦАП ) 7, блок 5 вычитания свходом второго параллельного блока,8 компараторов. Выходы дополнительных компараторов 9 и 10 второго бл3 , 1027ка 8 компараторов соединены с управ"ляющими входами арифметического бло"ка 6 и, соответственно, через элементы 11 и 12 запрета, интеграторы13 и 1 М - с входами второго блока 515 вычитания. Выход второго блока 15вычитания соединен с дополнительнымвходом первого блока 5 вычитания. Выход одного из элементов запрета, на"пример элемента 12 через интегратор 1016 соединен с дополнительным входомвторого блока 8 компараторов. Выходы .двух дополнительных каммпараторов .17, и 18 первого блока 3 компараторовчерез элемент ИЛИ 19 соединены с уп"15равляющими входами элементов 11 и 12,Выход одного. из дополнительных ком"параторов.первого блока 3 компараторов, например, компаратора 17, че"рез интегратор 20 и усилитель 21 посотоянного тока соединен с управляющимвходом регулируемого усилителяВыходы арифметического блока 6 и втспрого блока 8 компараторов соединеныс выходами АЦП. 25Устройство работает следующим образом,На вход АЦП подается полный аналоговый телевизионный сигнал, Онпоступает через регулируемый усили. тель 1 и через блок 2 фиксации уров"ня черного на вход первого параллель.ного блока 3 компараторов. Коэффи"циент усиления усилителя 1 и уровеньфиксации в блоке 2 выбираются такимобразом, цтобы при номинальном значении размаха сигнала на входе АЦП раэ.мах входного сигнала первого параллельного блока 3 компараторов былбы точно равен динамическому диапазону. этого блока. Полярность вход 40ного сигнала первого параллельногоблока 3 компараторов такова, чтоуровень синхроимпульсов ближе к порвговому уровню дополнительного компаратора 18,: а уровень белого ближе к 45пороговому уровню дополнительногокомпаратора 17,Увеличение входного, сигнала АЦПсвыше номинального значения приводит к ограничению сигнала в первомпараллельном блоке 3 компаратррови появлению импульсов на выходедополнительного компаратора 17, Сигнал с выхода этого компаратора поступает на интегратор 20, напряжение 55на выходе которого пропорциональнодлительности импульсов. Сигнал с вы.хода интегратора 20 усиливается уси 1 Ь4лителем 21.постоянного тока и подается на управляющий вход регулируемого усилителя .1 для установления размаха входного сигнала первого параплельного блока 3 компараторов, равного динамическому диапазону этого блока. Время регулировки в основном определяется постоянной времени интегратора 20, а точность- коэффициентом усиления усилителя 21 постоянного тока.При входном сигнале АЦП, меньшемили равном номинальному значению,сигнал на выходе дополнительногокомпаратора 17 отсутствует. Отсутетвует и сигнал управления регулируемым усилителем 1. Таким образом, устраняются искажения, связанные с ограничием сигнала первым параллельным блоком 3 компараторов. В некоторых случаях сигнал на вход интегратора 20 целесообразно подавать не свыхода дополнительного компаратора17, а с выхода элемента ИЛИ 19,Первый параллельный блок 3 компараторов формирует четыре старших раз ряда кода. Цифровой сигнал с выходов блока 3 компараторов поступает на цифро-аналоговый преобразователь 7, осуществляющий обратное преобразование. Сигнал с выхода последнего вычитается в блоке 5 вычитания из .фиксированного. аналогового сигнала, задержанного в элементе ч задержки, Разностный сигнал с выхода блока 5 вычитания поступает на вход второго параллельного блока 8 компараторов, который формирует четыре младших разряда кода, Второй параллельный блок компараторов включает два допол нительных компаратора 9 и 10, сигнал на выходах которых появляется при превЫшении рузностным сигналом с выхода блока 5 вычитания границ дика- . мического диапазона второго параллельного блока 8 компараторов, В этом случае выходной код АЦП корректируется на шаг младшего разряда путем добавления или вычитания "1" из кода четырех старших разрядов, за. писанных в арифметическом блоке 6, и инвертирования младших разрядов на выходах второго параллельного блока 8 компараторов. Таким образом, полностью корректируются ошибки, не превышающие один шаг младшего разряда АЦП.Коррекция ошибок, превышающих этувеличину, производится следующим.об.разом,Смещение диапазона изменения зна.чений разностного сигнала на входе второго параллельного блока 8компараторов относительно динамического диапазона последнего при"водит к различной вероятности появления импульсов на выходах дополнительных компараторов 9 и 10, Сигналы с выходов этих компараторов через элементы 11 и 12 запрета поступают на входы соответствующих интеграторов 13 и 11, напряжения на вы 15ходах которых пропорциональны вероятности появления импульсов на выходахдополнительных компараторов 9 и 10,С выхода дополнительного блока 15вычитания снимается сигнал, прапорциональный разности этих напряжений,который используется для восстанов"ления симметрии диапазона изменения значений раэностного сигнала от"носительно середины динамического 25диапазона второго параллельного блока 8 компараторов. С этой целью онподается на дополнительный входблока 5 вычитания. При симметрии диапазона изменения значений разност- Зоного сигнала относительно серединыдинамического диапазона второго параллельного блока 8 компараторов, вслучае их совпадениями импульсы навыходах дополнительных компараторов9 и 10 отсутствуют.При недопустимом превышении диапазоном изменения значений разностного сигнала динамического диапазона второго параллельного блока 8 4 Окомпараторов, на выходах обоих дополнительных компараторов 9 и 10 с одинаковой вероятностью появляются импульсы, Эти импульсы с выходов одного иэ дополнительных компараторов 9 или 10, например компаратора10, через элемент 12 запрета подаются на интегратор 11, напряжение навыходе которого пропорциональновероятности появления импульсов наего входе, Это напряжение исполь 50зуется для подстройки динамическогодиапазона. второго параллельного блока 8 компараторов в соответствии сдиапазоном изменения значений разностного сигнала на его входе, При .превышении размаха входного сигналаАЦП номинального значения в процессе автоматического регулирования уси ления усилителя 1 возможно ограничение входного сигнала в первом параллельном блоке 3 компараторов,приводящее к ограничению разностногосигнала во втором параллельном блоке 8 компараторов и появлению импульсов на выходах дополнительныхкомпараторов 9 и 10. Это может при.вести к нежелательному изменениюсигналов управления на дополнительных входах блока 5 вычитания и второго параллельного блока 8 компараторов, С целью исключения этогоявления, в первый параллельный блок8 компараторов введены два дополнительных компаратора 17 и 18 ( аналогично двум дополнительным компараторам 9 и 10 во втором параллельномблоке 8 компараторов), При ограничении входного аналогового сигналана их выходах возникают импульсы,которые обьединены элементом ИЛИ 19и подаются на управляющие входыобоих элементов 11 и 12 запрета. Таким образом, в этом случае импульсыс выходов дополнительных компараторов 9 и 10 не проходят на входы интеграторов 13, 11 и 16, и ложной коррекции погрешности преобразованияне происходит.Если выбрать постоянную времениинтегратора 20 малой, значительноменьшей постоянной времени интеграторов 13, 11 и 1 б, то время автоматического регулирования коэффициента усиления регулируемого усилителя1, время, в течение которого происходит ограничение сигналов в первом и втором параллельных блокахкомпараторов, а следовательно, и величина сигналов ложной коррекции надополнительных входах блока 5 вычитания и второго параллельного блока8 компараторов будут малыми, В этомслучае ошибкой преобразования, вызванной ложной коррекцией, вследствиеее малости можно пренебречь. Тогдавозможно исключение из схемы АЦП элементов 11 и 12 запрета,Для устойчивости работы цепи компенсации погрешности преобразования необходимо иметь постоянную време-,. ни интегратора 16, большуюпостоянной времени интеграторов 13 и 11. Тогда при . возникновении одновременно ошибок смещения и согласования диапазонов обеспечивается регулирование динамического диапазона второго параллель1027811 7ного блока 8 компараторов после окончания компенсации смещенияТехникотэкономицеский эффект зак" лючается в том, что. вновь введенные элементы и связи позволяют изменять динамический диапазон входного сигна ла, поступающего на первый параллель ный блок 8 компараторов так, цто он всегда меньше или равен динамическому диапазону первого параллельного блока компараторов, Поэтому при ра" боте АЦП отсутствуют ошибки; преобра" зования, связанные с ограницениемсигнала в первом параллельном блоке .компараторов. Кроме того, ошибки преобразования, превышающие один шаг квантования,вне зависимости от величины входного сигнала ЙЦП, уменьшаютсядо ошибок, не превышающих один шагквантования. Эти ошибки, в свою оце"редь, корректируются с помощью до полнительных компараторов и арифметического блока. Таким образом, вустройстве достигается уменьшение погрешности аналого".цифрового преобразования и обеспечивается высокая 10 стабильность характеристик в процессе эксплуатации без проведения ручных регулировочных операций-, чтопозволяет повысить устойчивость квоздействию дестабилизирующих факто" 15 ров и эксплуатационные характеристики. аппаратуры цифрового телевидения.Составитель В.СолодоваРедактор А. Власенко Техред Т;Иатоцка Корректор В.Гирняквттт ви ета ити иЗаказ 4754/58 Тираж 93 б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,.Ж, Раушская наб., д. 1/5еет е еи таите ии в татаатата и е т и и ефилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,