Способ аналого-цифрового преобразования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЕТЕН ИС Е КОМУ С ТЕЛЪС ЛОГО- ИФР ПР 4801697/2414.03.9015.04,93. Бюл. МАзербайджанскиим. М.АзизбекоИ,М,АбдуллаевАвторское свиде422168, кл. 6 01Авторское свиде651220, кл, 6 01 21 22 цифровой выназначено для измерительной точности анания. 1 ил,14й институт нефти и ха(56) М. 1 множения е(1,1-1),уменьшен информац лого-цифр й элемен фициент масштаб(п 1+1)-ю а м такте ф м при ус п, суманные оговую точн ной анал ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено дляия избыточности измерительной ии при повышении точности анаового преобразования,Цель изобретения - уменьшение избы- ости скорректированной измеритель- информации при повышении точности ого-цифрового преобразования, Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу, включающему операции осуществления (в+1)-у выборку мгновенных значений преобразуемой величины, формирования по полученным выборкам (в+1)-у аналоговую величину, формирование кодов, каждый из которых пропорционален соответствующей сформированной аналоговой величине, с последующим их запоминанием, вычисления конечной разности в-го порядка запомненной последовательности кодов, дополнительно осуществляют формирование 1-ой аналоговой величины в вспомогательных тактах, где 1 б(1,в), следующим образом: перед каждой 1-ой выборкой производят запоминание значений предыдущих выборок, а одновременно с каждой 1-ой выборкой выполняют масштабирование каждой из предыдущих запомненных выборок путем ее 55 Н 03 М 1/06, 6 01 В 19/(57) Изобретение относится числительной технике и пр уменьшения избыточности информации при повышен лого-цифрового преобразо У на коэффицие Рп, де К ра= , Рп йС 2, - число сочетаний из тов по), а 1-ой выборки - на коэф К 2=р мируют полученные иров значения выборок, а нал величину в основно ормируют идентичным образо ловии, что К 1=р Рп,К а К 2=1,Таким образом, предлагаемый способ заключается в следующей последователь- а ности операций, выполняемых в рамках каждого цикла преобразований, состоящего из в вспомогательных и (в+1)-го основного тактов: осуществляют (в+1)-у выборку мгновенных значений преобразуемой величины, СЛ по полученным выборкам формируют(в+1)у 1 Я аналоговую величину. причем для формиро вания 1-й аналогового величины в вспомога-тельных тактах преобразования, где )е(1,в) перед каждой 1-й выборкой производят запоминание значений предыдущих выборок, а одновременно с каждой 1-й выборкой выполняют масштабирование каждой из предыдущих запомненных выборок путем ее умножения на коэффициент К 1=р рп к, где Кб1 -г 1. 61,., Рг=- , цы=Сп 1 м СмС йТаким образом, справедливость выражения (6) доказана. Теперь покажем преимущества предлагаемого способа аналого-цифрового преобразования по сравнению с прототипом и аналогом,В прототипе и аналоге скорректированный код в 1-м такте имеет вид;П 3У=Х+ Л д-Х+, (-1) Сд-; 1=1,11 где Х 1 - истинное значение преобразуемой аналоговой величины Х в 1-м такте; ь д - конечная разность в-го порядка погрешности нескорректированного аналаго-цифрового преобразования в 1-м такте,Для эффективного подавления высокочастотной составляющей погрешности д (т) алгоритм конечной разности в-го порядка необходимо осуществлять избыточную дискретизацию во времени, т,е, с частотой, превышающей частоту по теореме Котельникова в несколько раз, Иначе имеет место удаление, а не подавление высокочастотной погрешности.Действительно, спектральная плотность мощности на выходе конечно-разностного фильтра имеет вид:ЯЯд(в) =Яд(в) 2 (1 - созвТо где Вд (в ) - спектральная плотность мощности исходного шума д(т);То - шаг дискретизации.Подавление погрешности д (т) будетЯЯд(в)иметь место, если1.Бд вОпределим шаг дискретизации То (час 1тату дискретизации о= . - ) при котором бу одет выполняться это неравенство:2(1 соз 2 лГГо) 1То 6или 1 о бт1Таким образом, из последнего неравенства видно, что дискретизацию необходимо осуществлять с частотой 1 о 6 п, где Ьп - наивысшая частота спектра шума. В соответствии с этим по прототипу и аналогу за интервал наблюдения Т получаем й=Т= 6 ЬТ скорректированных результатов измерений,По предлагаемому способу количество получаемых на выходе скорректированных результатов аналого-цифрового преобразования при прочих равных условиях будетиИ = +1, поскольку в каждом циклещ+1преобразований получается только адин55 управляющее вычислительное устройство (УВУ) 7, шину 8 управления.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии,(перед началам каждого цикла преобразования) все тактируемые узлы (ЯВХ 1, ЯВХ 2-1-2-в, коммутатор 4, АЦП б) сигналом шины 8 управления скорректированный результат преобразования Зп+, формируемый согласно выражению(6), путем вычисления конечной разности гп-гопорядка из последовательности гп+1 праме 5 жуточных (вспомогательных) преобразований, Примечательным является тот факт, чтопри этом погрешность скорректированногорезультата преобразования Уп+ оп ределяется как А дп,+1 = Я ( - 1 ) Сй дп+1 - К т,е,- -Оуменьшая избыточность выходных кодов полезного сигнала по предлагаемому способуэффект фильтрации погрешности равносилентакому же эффекту, получаемому по прототипу и аналогу,Уменьшение избыточности выходнойинформации приводит к очень важному преимуществу предлагаемого способа по сравнению с прототипом, которое заключается вследующем, По прототипу каждый скорректированный результат преобразования получается путем выполнения операциивычисления конечной разности в каждом 1-мтакте, Поэтому количество этих операцийравно К, т.е. количеству выходных кодов, Попредлагаемому способу операция вычисления конечной разности выполняется всего)один раз за цикл преобразования, включающий гп+1 тактов преобразований, Поэтомуколичество этих операций за интервал наблюдения получается в гп+1 раз меньше пбсравнению с прототипом,Таким образом, предлагаемый способ,сохраняя преимущество прототипа по подавлению погрешности конечно-разностной фильтрацией при отсутствии обратногопреобразования, способствует исключениюизбыточности в последовательности выходных скорректированных результатов и в количестве операций вычисления конечнойразности, Эти преимущества важны с точкизрения упрощения реализации предлагаемого способа,45 На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего способ.Устройство содержит: ячейку 1 выборки-хранения (ЯВХ), последовательно включенные гп ЯРХ 2-1 -2-е, гп+1масштабирующих усилителей 3-0-3-гп, аналоговые коммутатор 4 и сумматор 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6,поддерживаются в начальном (нулевом) состоянии.В первый такт вспомогательного преобразования ЯВХ 1 на своем выходе формирует выборку Х 1 преобразуемой аналоговой 5 величины, которая через масштабирующий усилитель 3- с коэффициентом передачи Ру=1/С 2 уууи пеРвый канал аналогового коммутатора 4 подается на первый вход сумматора 5, на другие входы которого под аются нулевые сигналы с ЯВХ 2-1+2-п 1, Вы 1водной сигнал сумматора 52 -- . Х.СУ - 1подвергается аналого-циФровому преобразованию в АЦП 6 и полученный код, равный У 1=1/С 2 упХ 1+ д 1 запоминаетсЯ в УВУ 7,По завершению аналого-цифровогопреобразования выборка Х 1 с ЯВХ 1 управляющим сигналом с шины 8 перезаписывается в ЯВХ 2-1,Во втором такте вспомогательного преобразования ЯВХ 1 формирует на выходевыборку Х 2 преобразуемой аналоговой величины, которая через масштабирующий1усипитвпьЗОсрь-. - - ипервыйканапСй:1аналогового ключа и подается на первый входсумматора 5, на второй вход которого через 30масштабирующий усилитель 3-1 с коэффициентом пеРеДачи Рпу Цп,=Се /С 2 р1 с выхода ЯВХ 2-1 подается сигнал(Сп /С 2 ы )Х 1, на все остальные входы подаются нули.Сформированный на выходе сумматора 5 сигналС 3са - ГХа - т. Хподвергается аналого-цифровому преобразованию, а код У 2 =Е 2+1 д 2 эапоминается в,УВУ 7.По окончанию аналого-цифрового преобразования управляющими сигналами сшины 8 содержимое ЯВХ 2-1 (т.е. Х 1) записывается в ЯВХ 2-1.Далее во всех последующих т вспомогательных тактах процесс преобразованияосуществляется в соответствии с описанным выше алгоритмом и полученный в т-.м 50такте код имеет вид1, С 3уи- =- х. - - х+,СЯСЯ Се+1 СФ 2 55а -- к- Хи - - ХдиСВС 2 в. который также запоминается в УВУ 7,По окончанию аналого-цифрового преобразования в гп-м вспомогательном такте управляющими сигналами с шины 8 аналоговый коммутатор 4 переводится во второе состояние, в ЯВХ 2-в записывается содержимое ЯВХ 2-(л 1-1), в ЯВХ 2-(т) записывается содержимое ЯВХ 2-(т) и т,д., а в ЯВХ 2-1 - содержимое ЯВХ 1, т.е. Хп.В (в+1)-м основном такте ЯВХ 1 формирует на выходе выборку Х+1, которая без масштабирования подается через второй канал ключа 4 на первый вход сумматора 5, на другие входы которого с выходов ЯВХ 2-1-2-е через масштабирующие усилители 3-1-3-в подаются, соответственно, предыдущие выборки (Х+1-), 1=1,п.Сформированный таким образом сигнал также подвергается аналого-цифровому преобразованию и при этом получается код, который запоминается в УВУ 7.Далее в УВУ 7 из полученной к концу цикла преобразований последовательности кодов (У), 1=1,гп+1 вычисляют конечную разность по формуле (5) и получают реэуль; тат скорректированного преобразования в виде (6).Функциональные узлы устройства хорошо реализуются на общеизвестных элементах аналого-цифровой техники, а алгоритм вычисления конечной разности, реализуемый в управляющем вычислительном устройстве, доступен большинству отечественных микропроцессорных Наборов в силу того, что он предусматривает операции умножения на постоянные коэффициенты Спу, Сп .Спу, сложения и вычиО 1 атания.Таким образом, по предлагаемому способу также как и по прототипу, достигается положительный эффект конечно-разностной фильтрации погрешностей аналогоцифрового преобразования, Однако принципиальным является то, что в отличие от прототипа предлагаемый способ позволяет сократить избыточность измерительной информации и существенно уменьшить количество операций, производимых над кодами.Формула изобретения Способ аналого-цифрового преобразования, заключающийся в том, что осуществляют (щ+1)-у выборку мгновенных значений преобразуемой величины, по полученным выборкам формируют (п 1+1)-у аналоговую величину, формируют коды, каждый из которых пропорционален соответствующей сформированной аналоговой величине, с последующим их запоминанием, вычисляют конечную разность гп-го порядка запомненной последовательности кодов, о т л и ч а ющ и й с ятем, что, с целью повыше ия1809529 Составитель А,ОруджевТехред М.Моргентал Корректор М.Куль Редактор Заказ 1291 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 точности, формирование 1-й аналоговой величины в вспомогательных тактах, где Ы е 1 л, осуществляют следующим образом: перед каждой 1-ой выборкой производят запоминание значений предыдущих выбо рок, аодновременно с каждой 1-й выборкой . выполняют масштабирование каждой из предыдущей запомненной выборки путем ее умножения на коэффициент К=р ом,10 где Ке 1. -1, р= - -Г, о,= С1 п 1Сй 1С - число сочетаний из И элементов по 1., а 1-й выборки - на коэффициент Кг=-р, суммируют полученные масштабированные значения выборок, а (гп+1)-ю аналоговую величину в основном такте формируют идентичным образом при условии, что К 1=-р цл а К=1,