Устройство преобразования аналоговых сигналов

рой ЦАП 6, второй ФНЧ 7, блок 8 сравнения, блок 9 управления, состоящий из последовательно соединенных дешифратора 1 0 и блока 11 выделения постоянной составляющей, блок 12 управления, состоящий из последовательно соединенных дешифратора 13 и блока 14 выделения постоянной составляющей, блок 15 регулирования 1 О усиления.Работа АЦП 2 обеспечивается при подаче на тактовый вход тактовых импульсовАЦП 2 преобразовывает аналоговый 15 сигнал в цифровую форму, причем цифровое значение предыдущей выборки сохраняется на входе АЦП 2 до следующей выборки и изменяется в момент прихода тактового импульса. 20Канал 3 связи служит для передачи сигналов на дальнее расстояние и может быть выполнен, например, в виде длинного кабеля, волоконно-оптических световодов и т.д. 25ФНЧ 5 иимеют одинаковые параметры соответственно, причем ФНЧ 5 и 7 выполнены управляемыми напряжением. Они имеют единичный коэффициент передачи. При отсутствии управ ляющего напряжения частота среза Фильтров близка к нижней частоте полосы частот входного сигнала, а при максимальном управляющем напряжении частота среза близка к верх- ней частоте полосы частот входного сигнала.Блоки 9 и 12 управления имеют одинаковые параметры и предназначены для получения аналогового напряжения, управляющего ФНЧ 5 и 7, из поаледовательности цифровых кодов, поступающих на вход блоков 9 и 1 2 управления. Дешифраторы 1 О и 13 предназначены для Формирования сигнала 45 в момент появления перегрузки АЦП 2 при входном напряжении, соответст" вующем максимуму диапазона преобразования. Дешифраторы 10 и 13 могут быть выполнены в виде цифровых бло 50 ков сравнения поступающих с АЦП 2 кодов с определенным кодом, соответствующим, например,3/4 максимума диапазона преобразования., Например, 3/4 максимума диапазона преобразования будет соответствовать код 11000,, т.е. две единицы в старших разрядах. Поэтому достаточно подать с выхода АЦП 2 на вход логического элемента 2 И-НЕ два старших разряда преобразования, чтобы выявить одновременное появление двух единиц в старших разрядах, т.е. превьппение входным аналоговым сигналом уровня 3/4 максимально возможного уровня преобразования. Аналогично, 7/8 будет соответствовать код 111 00 и т,д. Проинвертировав выход элемента И-НЕ, получим "1" на выходе дешифраторов 1 О и 13 в случае превьппения входным аналоговым сигналом заданного уровня.В дальнейшем используется аналоговое напряжение на выходах дешифраторов 1 0 и 1 3, поэтому выходные ана" логовые уровни логических "1" и "0" должны быть достаточно стабильны и одинаковы у дешифраторов 1 О и 1 3 .Это условие достаточно просто вы" полняется, если используются микросхемы серии К 5 б 1 при одинаковых напряжениях источников питания в дешифраторах 1 О и 13, так как при достаточно большом сопротивлении нагрузки выходное напряжение логики "1" у данной серии практически равно напряжению питания, а логики "О" аналоговому нулю. Для получения прецизионных значений уровней "0" и "1" на выходе дешифраторов 1 О и 13 логики можно использовать аналоговый ключ, подключающий выход блоков к источнику опорного напряжения, что соответствует "Лог .1 ", или к. земляной шине, что соответствует "Лог.О".Блоки 11 и 14 выделения постоянной составляющей обеспечивают фильтрацию поступающей на их последовательности импульсов с целью получения управляющего напряжения, поступающего на ФНЧ 5 и 7. В простейшем случае это могут быть Фильтры первого порядка, постоянная времени которых выбирается такой, чтобы управляемыми ими ФНЧ 5 и 7 успевали отслеживать изменения входного сигнала, исключая появление искажений в высокочастотной области. Типичной постоянной времени для сигналов звуковых частот является 0,11 с. Коэффициент передачи блоков 11 и 14 выбирается таким, чтобы он обеспечивал Форсирование управляющего напряжения с уровнем, достаточным для перестройки ФНЧ 5 и 7 в необходимых пределах,Блок 1 5 регулировки усиления меняет коэффициент усиления под воз1481879 5действием управляющего напряжения и может быть выполнен на микросхеме 525 ПС 2. Он имеет максимальный коэффициент усиления при минимальном уровне управляющего напряжения и ми 5 нимальный коэффициент усиления при максимальном управляющем напряжении. Зависимость изменения коэффициента усиления блока 15 и изменения частоты среза фильтров 5 и 7 от управляющего напряжения одинаково пропорциональна. Например,при повышении частоты среза ФНЧ 5 и 7 в 2 раза, коэф. - фициент усиления блока 15 уменьшается в 2 раза,при любом уровне управляющего найряжения коэффициент усиления блока 15 должен быть в пределах, обеспечивающих устойчивую работу устройства преобразования,Устройство работает следующим образом.Входной сигнал через сумматорпоступает на вход АЦП 2, где преобразуется в сигнал цифровой формы с 25 частотой. Полученные отсчеты поступают в канал 3 связи и на второй ЦАП 6, который преобразует цифровые выработки в аналоговую форму. С выхода канала 3 связи сигнал в цифровой фор. ме поступает на ЦАП 4, где происходит преобразование сигнала в аналоговую форму, и после фильтрации ФНЧ 5 сигнал поступает на выход устройства.35Аналоговое нап ряжение с в ыхода ЦАП 6 после фильтрации ФНЧ 7 поступает на блок 8 сравнения, куда также приходит входной сигнал. В блоке 8 из входного сигнала вычитается сигнал, поступающий с выхода ФНЧ 7. Полученная разность усиливается блоком 15 регулировки усиления и поступает на сумматор 1, где суммируется с входным сигналом.При этом на выходе сумматора 1 действует напряжение П ьх+ Ж ьк ф Кьс где 11 - напряжение сигнала на выходе сумматора 1;0 ь - входное напряжение сигнала; Ц ф аэ= Ц цддА ь - напряжение на выходе ФНЧ 7;0 цд- напряжение на выходе ЦАП 6;,К , в . коэффициент усиления блока15 регулировки усиления 1Аф - передаточная характеристика.ФНЧ 7. Напряжение на выходе ФНЧ 71ы4 КеуюсНапряжение на выходе ФНЧ 7 тем точнее повторяет входное напряжение, чем больше К, .Так как выходное напряжение ЦАП 6 может принимать только дискретные значения, т,е. точно почти никогда не совпадает с напряжением входного сигнала, то процесс преобразования протекает таким образом, чтобы входной сигнал и сигнал на выходе ФНЧ 7 совпадали в среднем, причем усреднение выполняет ФНЧ 7, При этом на выходе ФНЧ 7 появляется восстановленный из цифрового кода исходный аналоговый сигнал с наложенной высокочастотной составляющей, причем амплитуда высокочастотных составляю щих зависит от соотношения тактовой частотыт и частоты среза ГФНЧ 7. Частота ФНЧ 7 изменяется под воздействием управляющего напряжения, поступающего с блока 12 управления.Так как П ф П д А ф1.1 м - 11+К усНдп Аф т.е. напряжение на выходе ЦАП 6 тем больше, чем меньше А ф.При понижении частоты среза ФНЧ 7 уменьшается коэффициент передачи ФНЧ 7 на высоких частотах, а выходное напряжение Бцд на этих частотах начинает возрастать. Соответственно увеличиваются значения цифровых кодов на входе ЦАП 6 и входе блока 1.2 управления, и при достижении определенного значения, выбираемого из условия отсутствия ограничения преобразуемого сигнала, на выходе дешифратора появляется напряжение логической "1", существующее до тех пор, пока значения цифрового кода на входе блока превышают заданное значение. На выходе дешифратора 13 появляются. импульсы, следующие с частотой входного сигнала и длительностью, равной времени превышения входным сигна-. лом определенного уровня, близкого к максимально возможному уровню для данного устройства преобразования и заданного определенным значением цифрового кода в дешифраторе 13.Последовательность импульсов поступает на вход блока 14 выделенияпостоянной составляющей, где происходит фильтрация импульсов и получается сигнал управления ФНЧ 7 и блоком 15 регулировки усиления. При увеличении напряжения сигнала управления повышается частота среза ФНЧ 7,что приводит к уменьшению длительности превьппения сигналом заданногоуровня и понижению напряжения сигнала управления. Таким образом, частота среза Е ср и коэффициент усиленияК, автоматически устанавливаются оптимальными для данного входного сигнала и, изменяются при изменении сигнала таким образом, чтобы исключитьпоявление перегрузок АЦП 2, ЦАП 6и 4.,Так как ЦАП 6 и 4, ФНЧ 7 и 5, бло" ки 12 и 9 управления имеют одинаковые параметры и на входы ЦАП 6 и 4, блоков 12 и 9 поступает одинаковыйсигнал в цифровой форме, то сигналы на выходе ФНЧ 7 и выходе ФНЧ 5, а значит выходы устройства, будут одинаковыми.Уменьшение уровня высокочастотных составляющих при увеличении отношеЕтния определяется способностьюсрФНЧ 7 подавлять высокочастотные составляющие сигнала. Фильтры высокого порядка хорошо подавляют высокочастотные составляющие, но вносят большой фазовый сдвиг на высоких частотах, что при увеличении коэффициента усиления К может привести к самовозбуждению устройства преобразования на этих частотах, Поэтому в устройстве лучше использовать фильтры не вьппе второго порядка. Если ФНЧ 7 первого порядка, то при увеличении Етуровень высокочастотных составляЕсрющих прямо пропорционально снижается, что позволяет при увеличении коэффициента усиления К , прямо пропорци- онально увеличивать точность преобразования малых изменений сигнала, т,е, повысить разрешающую способность преобразования. Снижение уровнявысокочастотных составляющихприводит также к снижению шума квантования.Таким образом, предлагаеМое устройство позволяет, по сравнению сизвестным, повысить разрешающую способность преобразования и понизить шум квантования за счет адаптации к входному сигналу и возможности поЕт лучения большего отношенияЕср Повьппение разрешающей .способности и уменьшение шума квантования приводят, соответственно, к расширению динамического диапазона преобразуемых сигналов. 510 формула изобретения 1, Устройство преобразования аналоговых сигналов, содержащее последовательно соединенные сумматор, аналого-цифровой преобразователь, канал связи, первый цифроаналоговый преобразователь, первый фильтр нижних частот, выход которого является выходной шиной, а первый вход сумматора объединен с первым входом блокасравнения и является входной шиной, второй вход блока сравнения через последовательно соединенные вто 15 20 25 рой фильтр нижних частот и второй цифроаналоговый преобразователь подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е 30 е с я тем, что, с цельр повышения разрешающей способности и снижения уровня шума квантования, в него введены первый и второй блоки управ леиия и блок регулирования усиления, информационный вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход подключен к второму входу сумматора, а управляющий вход объеди нен с управляющим входом второгофильтра нижних частот и через первый блок управления подключен к выходу аналого"цифрового преобразователя, причем вход второго блока унравления объединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, а выход подключен к управляющему входу первого фильтра нижних частот.2. Устройство по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок управления выполнен на последовательно соединенных дешифраторе и блоке выделения постоянной составляющей, выход которого является выходом блока, а вход дешифратора является входом блока.1481879 оставитель В. Махнано Техред Л. Олийнык ектор И. Горна едактор Н. а ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 Произ Заказ НИИПИ О 1 /56 Тираж 885сударственного комитета по изобрете11.3035, Москва, Ж, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ СС наб д. 4/5