Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 1778 А(51)5 Н 0 НИЕ ИЗО ТЕНИЯ ли- а Вв целом сеского сиг алоговый цифроаналоЦАП) 3, блок запоминаоммутатор 7,лок 9 синблок 10 гармоничес Изобрельзован ие пред в.радио личного ач хнически назначения, в ча х цифровой обрароиства стности троиств отки с лов.бретения- повьппение точ ль зовател ности преоб На Фнг.1 преобразова ка синтеза.2 - схема бэлемента; на изображен еля; на ф елинейног ейного элеменлок 12 фиксаци 13, постоянное во (ПЗУ) 14 р ло авления,ржит перелого-цифровой иг.3 - схем Преобраз лючатель 1ват со пер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к аналогоцифровым преобразователям (АЦП) и может быть использовано в радиотехнических устройствах, в частности в устройствах цифровой обработки сигналов. Изобретение позволяет повысить точность преобразователя, состоящего из двух последовательно включенных АЦ 11 и цифроаналогового преобразователя. Входной сигнал через аналоговый переключатель поступает на первый АЦП, который преобразует его в цифровую форму. Результат преобразования через цифроаналоговый преобразователь поступает на вход блока вычитания. На второй вход блока вычитания поступает сигнал с входа первого АЦП. Результат вычита" ния через второй АЦП поступает на первый вход коммутатора. На второй вход коммутатора поступает сигнал с блока управления. На третий вход коммутатора поступает сигнал с выхода первого АЦП. Сигнал с выхода коммутатора поступает на запоминающее устрой ство. Сигнал с выхода запоминающего устройства поступает на выход устройства и на первый вход блока анализа спектра. На второй вход блока ана за спектра поступает сигнал с блока управления. Блок анализа спектра и блок синтеза нелинейного элемента осуществляют калибровку АЦП помощью генератора гармоничШ нала, подключаемого через ан переключатель к входу первого АЦП на время калибровки. 2 з.п. Ф-лы, 3 ил. преобразователь (АЦП) 2,говый преобразователь (4 вычитания, второй АЦП 5ющее устройство (ЗУ) 6, кблок 8 анализа спектра, бтеза нелинейного элементауправления, генератор 11кого сигнала.Блок синтеза нелинта (фиг,2) содержит брезультата, сумматорзапоминающее устройстумножитель 5.Блок управления может быть выполнен на основе двух счетчиков (Фиг.З) и содержит счетчик 16, определяющий номер спектральной составляющей в блоке 8 анализа спектра., счетчик 17, определяющий номер отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нелинейного элемента, сумматора 18.Преобразователь работает следуюпрщ образом.В режиме калибровки в каждую ячейку запоминающего устройства. 6 первоначально записываются коды, соответствующие адресам ячеек т.е. запоминающее устройство можно рассматривать как дискретный элемент с линейной характеристикой преобразования. Гармонический сигнал с амплиту,.дой равной максимальной амплитуде 20 входного сигнала АЦП через аналоговый переключатель 1 подается на вход первого АЦП 2 и вход блока 4 вычитания, в котором выделяется разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного 25 гармонического сигнала причем выход" ное напряжение ЦАП 3 является анало. говым эквивалентом цифрового кода, поступающего на него с первого АЦП 2. Разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного гармонического сигнала кодируется вторым АЦП 5 н в качестве кодов младших разрядов через коммутатор 7 поступает на первый адресный вход ЗУ 6. На,второй вход коммутатора 7 в качестве кодов старших разрядов поступает цидхровой код с выхода первого АЦП 2.Поскольку в ячейки ЗУ 6 записаны их адреса, то информация на его выходе повторяет информацво на входе и выходной сигнал содержит ошибку преобразования АЦП в целом.Отсчеты входного гармонического сигнала с выхода запоминающего устройства поступают в блок 8 анализа , спектра.Спектральные отсчеты выходного сигнала первого 2 и второго 5 АЦП поступают на вход блока 9 синтеза нелинейного элемента.Для синтеза одной точки характе.- ристики передачи нелинейного элемен" та в блок 12 фиксации результата записывается ноль. Затем все значенияЯ спектральных отсчетов последовательно поступают на первый вход умножителя 15. Одновременно на адресные входы ПЗУ 14 из блока 10 управления поступают номер спектрального отсчета и номер точки, в которой синтезируется значение характеристики передачи нелинейного элемента,Результаты умножения величины каждой спектральной составляющей на соответствующее значение полинома Чебышева поступает на сумматор 13 и суммируется с предыдущими результатами,В ПЗУ 14 записаны значения полиномовЧебышева. На выходе блока синтеза нелинейного элемента получаются значения характеристики передачи блока нелинейного элемента в оцнойточке1М(1) 2 ао С. аТ(Б),о:йгде ад - коэффициент Фурье для составляющего сигнала с частотой;Т - полнномы Чебышева.Такая процедура повторяется длявсех точек характеристики передачинелинейного элемента.Анализ спектра ведется на интервале длительности одного периодавходного сигнала. После завершенияанализа спектра входного сигнала всеадресные входы ЗУ б через коммутатор7 подключаются к первому выходу блока 10 управления. На выходы ЗУ 6 длязаписи поступают значения передаточной характеристики, сформированной спомощью блока 9 синтеза нелинейногоэлемента на основании спектра выходного сигнала ЗУ 6.В рабочем режиме входной сигналчерез аналоговый переключатель 1 поступает одновременно на вход первогоАЦП 2 и на вход блока 4 вычитания,в котором выделяется разность входного сигнала и выходного напряженияЦАП 3, Зто выходное напряжение является аналоговым эквивалентом цифрового кода, поступающего на ЦАП 3 спервого АЦП 2,Сигнал с выхода блока 4 вычитания кодируется вгорым АЦП 5 и поступает через коммутатор 7 на адресные входы ЗУ 6 в качестве кодов мпадших разрядов. На адресные входы ЗУ 6 через второй вход коммутатора в качестве кодов старших разрядов поступает циф.- ровой код с выходов первого АЦП 2. Цифровой код с выходов считывания ЗУ 6 является выходным сигналом АЦП.55417При подаче на сумматор 18 номераспектральной составляющей входногосигнала и номера отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нели-.5нейного элемента формируется адресячейки ПЗУ 14 для считывания значений полиномов Чебышева,Нелинейность результирующей характеристики преобразования АЦП в,целом складывается из погрешностейпреобразования в первом АЦП 2, ЦАП 3,блоке 4 вычитания и втором АЦП 5.При гармоническом входном сигналевида 15 78 МБ =созиС,где З - частота входного сигнала,нелинейность характеристики преобразования приводит к появлению в спектре выходного сигнала гармонических 20составляющих, кратных по частоте входному сигналу. Спектр сигнала Б ы навыходе нелинейного АЦП при входномсигнале Я можно представить в видеСО 25Бв =2 а, + 5 асозИ,вык Е(Я)+Гх(8)=аТ(8),т.е. результирующая характеристикапреобразования безинерционного нелинейного элемента становится линейной,ЗО Поскольку на выходе реального АЦПуровень входного сигнала во многораз больше уровней гармоник, то в качестве входного сигнала для компенсирующего нелинейного элемента можноиспользовать выходной сигнал реального АЦП,Таким образом, включение последовательно с АЦП безинерционного нелинейного элемента, реализованного на40 базе запоминающего устройства, позволяет компенсировать гармоники входного сигнала и, следовательно, скомпенсировать нелинейность характеристикипередачи АЦП в целом.45 Результирующая характеристика такого устройства может быть записанав виде 50 и линейность характеристики преобра зования, и точность преобразованиясохраняется при любом входном сигнале Б с амплитудой, меньшей амплитуды тестового гармонического сигнала. то где а - коэффициенты фурье для составляющих с частотой пИ.Передаточную характеристику нелинейного каскада при нормированном входном воздействии можно записать в виде К(8) = - Ь, + Х Ь, Т,(8),Фз( где Ь,к, - константы;Т,1 - полиномы Чебышева, определяемые рекурентным соотношением Тп = 28 Та - Тш, еПоскольку Т (совр:В)=соя шИ, то при Я = сов(д й получают Е(8) = - Ь +Ь соз ш Ий. 2 к 1 Сравнивая последнее выражение с выражением для Б , получают, чтоВых кпри входном гармоническом сигнале коэффициенты Фурье однозначно определяют характеристику преобразования АЦПоПоскольку(8) - Явна ф монических составляющих значительноменьше уровня основного сигнала, т е,где Х - номер последней учитываемойгармоники.Для компенсации в выходном сигнале продуктов нелинейности характеристики преобразования устройства необходимо синтезировать безинерционный нелинейный элемент, порождающий такие же гармоники, но с противоположным знаком, т.е. с характеристикой пре- образования х (8) = -- Ь - ат(8)1 После сложения исходного и компенсирующего сигналов в спектре сигнала остается только основная гармоника и тогда можно записать К(8) = аТ (Б) = а Я,а = Ь(ш = п). 55 У всех реальных АЦП нелинейность характеристики преобразования сравнительно невелика, поэтому уровни гарФормула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий аналоговый переключатель, первый вход которого является входной шиной, а выход соединен свходом первого аналого-цифрового преобразователя и первым входом блокавычитания, второй вход которого под",ключен через цифроаналоговый преобразователь к выходу первого аналого-цифрового преобразователя а выход бло,ка вычитания соединен с входом второ"го аналого-цифрового преобразователя,запоминающее устройство о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразователя,в него введены блок анализа спектра,блок синтеза нелинейного элемента,блок управления, коммутатор и генера.=тор гармонического сигнала, выход,аналогового переключателя, а выходыпервого и второго аналого-цифровыхпреобразователей соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора, управляющийвход которого соединен " первым выходом блока управления., а выход подключен к первому входу запоминающегоустройства, второй вход которого. соединен с выходом блока синтеза нелинейного элемента, а выход являетсявыходной шиной и подключен к первомувходу блока анализа спектра, второйвход которого соединен с вторьм выходом блока управления а выход подклю чен к первому входу блока синтеза нелинейного элемента, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления. 2Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на соединенных 1 О последовательно первом и втором счетчиках и сумматоре, первый и второйвходы которого соединены соответственно с выходамн первого и второгосчетчиков, причем выход второго счет чика, выход сумматора и выход первого счетчика являются соответственновторым, третьим и первым выходами блока, а вход первого счетчика являетсятактовой шиной.20 3, Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блоксинтеза нелинейного элемента выполненна блоке фиксации результата, сумматоре, постоянном заломинающем устройстве и умножнтеле, первый вход которого является первым входом блока,второй вход соединен с выходом постоянного запоминающего устройства,вход которого является вторым входом ЗО блока, а выход умножителя подключенк первому входу сумматора, второйвход которого через блок фиксациирезультата соединен е выходом сумматора и является выходом блока.1541778 ставитель В.Иахнановхред М.Ходанич ректор Т.Ма едактор Я.Бланар Заказ 290 Тираж 664 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.,ужгород, ул. Гагарина, 101