Функциональный преобразователь аналог-код

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Опубликовано 05.06.80, Бюллетень .% 21Дата опубликования описания 05.06.80. по делам изобретений и открытий(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ "АНАЛОГ - КОД" 1Изобретение относится к вычислительнойтехнике, может быть использовано в анализаторах спектра при логарифмическом квантовании сигналов с заданной абсолютной погрешностью во всем диапазоне их изменений,Функциональные преобразователи "аналог.код", в частности, логарифмические преобразователи позволяют при наличии постояннойотностттельной погрешности преобразованияэффективно испольэовать разрядную сетку кодовых слоев и заменить операцию умноженияоперацией сложения лри наложении весовойфункции на исследуемый процесс. Однако прилогарифмическом квантовании сигналов с уве.личением преобразуемого сигнала растет абсолютная погрешность квантования. В связи сэтим при приеме мощного сигнала необходимотатс организовать структуру устройства, чтобыможно было оценивать с заданной абсолютнойпогрешностью тонкую структуру его огибающей при неравномерном квантовании входного. процесса,Известен преобразователь "аналог.код" с неравномерным распределением уровней кванто 2вания, содержащий схему сравнения,генератор пилообразного напряжения, ключ, генераторимпульсов, делитель частоты с шестью выходами, управляемые клапаны, управляющий регистр и кодирующий счетчик 111. Указанноеустройство может использоваться в техникесвязи для кодирования речевых сигналов ипреобразования аналоговых величин в функциональный двоичный код, соответствующийлогарифмической характеристике компрессирования,Применение в известном устройстве принципа сравнения аналоговых величин со значениемопорного пилообразного напряжения в совокупности с методом последовательного счетаограничивает скорость и, соответственно, классобрабатываемых сигналов. Кроме, того, в указанном устройстве абсолютная погрешностьпреобразования изменяется с изменением величины сигнала.Известен ттреобразователь "аналог-код", содержащий два аналоговых ключа, элемент за.держки, блок вычитания, блок компараторов,усилитель. ограничитель, кодирующее устройство,9735 10 20 25 ЗО 35 40 Функциональный преобразователь "аналогкод" содержит элемент 1 задержки, вход которого соединен со входом преобразователя, а первый выход элемента 1 задержки подключен к первому входу блока 2 вычитания. Второй вход блока вычитания связан с первым входом сумматора 3, с первым выходом кодирующего устройства 4 и с первым входом коммутатора 5. Первыйвыход коммутатора соединен с первым входом блока 6 опорных напряжений, со вторым входом сумматора 3, выход кото.рого является первым выходом преобразовате1о ля, и через преобразователь 7 код-напряжение" - с третьим входом блока 2 вычитания.Выход блока вычитания через усилитель. огра.ничитель 8 связан с первым входом знзлогоГ3 73коммутатор, суммзтор, преобразователь"коднапряжение", блок опорных напряжений исинхронизатор 23. Сущность работы указанногоустройства заключается в том, что значениякаждой выборки аналогового сигнала представ.ляются в виде кодовых слов с фиксированнойзапятой, т.е, состоят из характеристики и мантиссы. При этом значения левой и правой час.тей кодовых слов формируются последовательно одним и тем же блоком компараторов,Известное устройство позволяет формироватьлогарифмический двоичный код, т.е. в нем осуществляется преобразование с постоянной относительной погрешностью аналоговых сигналовв кодовые слова при изменении абсолютнойпогрешности преобразования. При анализе тонкой структуры огибзющей сигналов в широкомдиапазоне их изменений необходимо устройство,позволяющее сохранить ззданнун збсолютнуЫпогрешность при неравномерном квантованиивходного процесса, В этом случае были быреализованы преимущества логарифмическогоквантования при цифровом спектральном анализе сигналов и были бы исключены потериинформации.Целью изобретения является сохранениезаданной абсолютной погрешности преобразования при неравномерном квзнтовзнии входногопроцесса.Цель достигается тем, что в известныйфункциональный преобразователь "анзлог-код",содержащий элемент задержки, вход которогосоединен со входом преобразователя, а первыйвыход элемента задержки подключен к первомувходу блока вычитзния, второй вход которого связан с первым входом сумматора, спервым выходом кодирующего устройства и спервым входом коммутзтора, первый выходкоторого соединен с первым входом блокаопорных напряжений, со вторым входом сумматора, выход которого является первым выходом преобразователя, и через преобразователь. "код-напряжение" - с третьим входом блокавычитания, выход которого через усилитель.ограничитель связан с первым входом первогоаналогового ключа, второй выход которогоподключен ко второму входу блока опорныхнапряжений, к первому входу синхронизатораи ко второму входу коммутзтора, третийвход которого соединен с третьим входом блокз опорных напряжений, ко второму выходусинхронизатора и к первому входувторогоаналогового ключа, выход которого связан спервым входом блока компараторов, второйи трепкой входы которого подключены соответ ственно к выходам первого анзлогового ключа и бл ка опорных напряжений, а выход блока компа-.раторов соединен со входом кодирующегоустройства, второй выход которого является вторым выходом преобразовзтеля, введены блок анализа и цифровой генератор, причем первый вход цифрового генератора соединен с четвертым входом блока опорных напряжений и с выходом блока анализа, первый вход,которого является входом преобразователя,а второй вход подключен к третьему выходусинхронизатора, четвертый выход которогосвязан со вторым входом цифрового генерзтора, выход которого соединен с третьим входом сумматора, причем второй выход элемента задержки связан со вторым входом второгоаналогового ключа,Сущность изобретения заключается в том, что весь динамический диапазон изменений сигналов разбивается нз ряд поддизпазонов. Каждомуподдиапззону ставится в соответствие логариф. мическая шкапа со своим масштабом, тзк, чтобы логарифм входного сигнала, уровень которого соответствует данному поддиапазону,в масштабе соответствующей логарифмическойшкалы имел абсолютную погрешность квантования, не превышающую заданной величины. Число разбиений динамического диапазона на поддиапазоны и масштаб каждой логарифмическойшкалы выбирают исходя из заданного диапазона и абсолютной точности при условии минимизации аппарзтурных ззтрат. В соответствиис выбранными шкалами вырабатывают наборыопорных напряжений раздельно для характерис.тики и для мантиссы, причем эти напряжениявыбирают по сигналу масштабирования. Сигнзлмасштабирования указывает, какому поддиапазону соответствует квантуемое значение входного сигнала. Для получения однозначностикодовой информации кодовые слова преобразуются в соответствии с масштабом первойшкалы, для чего осуществляется сдвиг кодапо разрядным ячейкам, что эквивалентно перЬносу запятой в коде сигнала;На чертеже представлена функциональнаясхема устройства,9735 сигнала 5 73 вого ключа 9, второй вход которого подключен ко второму входу блока 6 опорных напряже. ний, к первому входу синхронизатора 10 и ко второму входу коммутатора 5. Третий вход коммутатора 5 соединен с третьим входом блока 6 опорных напряжений, ко второму выходу синхронизатора 10 и к первому входу аналогового ключа 11, выход которого связан с первым входом блока 12 компараторов, вто. рой и третий входы которого подключены соответственно к выходам аналогового ключа 9 и блока 6 опорных напряжений. Выход блока компараторов соединен со входом кодирующего устройства 4, второй выход которого является вторым выходом устройства. Первый вход цифрового геиератора 13 соединен с четвертым входом блока 6 опорных напряжений и с выходом блока 14 анализа, первый вход которого является входом преобразователя. Второй вход блока анализа подключен к третьему выходу синхронизатора 10, четвертый выход которого связан со вторым входом цифрового генератора 13, выход которого сое. динен с третьим входом сумматора 3. Второй выход элемента 1 задержки связан со вторым йвходом аналогового ключа 11.Работа предлагаемого преобразователя заключается в следующем. Анализируемый сигнал поступает на вход блока 14 анализа и на вход элемента 1 задержки. Блок 14 анализа определяет, к какому из поддиапазонов, на которые разбит динамический диапазон изме. нений входного сигнала, принадлежит сигнал, и вырабатывает значение сигнала масштабирования, подаваемого в блок 6 опорных напряже. ний и в цифровой генератор 13. В блоке опорных напряжений формируются соответствую щий набор и о опорных. напряжений, пода. ваемых на вход блока 12 компараторов.Цифровой генератор 13 по масштабному сигналу подготавливается к генерации числа импульсов, поставленного в зависимость от значения масштабного сигнала. Входной сигнал, задержанный элементом 1 на время, определяемое временем формирования набора опорных напряжений, поступает на входы аналого. вого ключа 11 и блоКа 2 вычитания. С выходов синхронизатора 10 на входы аналоговых ключей 9 и 11 поступают соответственно первый и второй импульсы из пары строб-импульсов, Выборка с выхода аналогового ключа 11 подается на вход блока 12 компараторов, в котором осуществляются сравнение их со значениями опорных напря. жений и последующее формирование кодовых слов в кодирующем устройстве 4. При этом на выходе кодируюшего устройства 4, являю. шегося выходом преобразователя, формируют ся знак и код характеристики, а также знак Значение кода характеристики через комму. татор 5 записывается в соответствующие раз. ряды сумматора 3 и подается на входы блока 6 опорных напряжений и преобразователя 7 "код-напряжение". Значение напряжения свыхода преобразователя 7 подается на входблока 2 вычитания. Разностное значение снгна 10 ла с выхода блока 2 через усилитель-ограни читель 8, параметры которого определяются динамическим диапазоном изменений сигнала,подается на вход аналогового ключа 9. Навторой вход аналогового ключа с выхода15 синхронизатора 10 поступает второй из нарыстроб. импульс. Значение выборки с выходааналогового ключа 9 подается на вход блока12 компараторов, опорные напряжения на ко.торый подаются с блока 6 опорных напряженийи определяются величиной характеристики имасштабирующим сигналом с выхода блока 14анализа. Аналогично вышеизложенному проис.ходит преобразование в блоке 12 компарато.ров и в кодирующем устройстве 4.э 5 Вторым строб-импульсом коммутатор 5устанавливается в положение, при которомзначение выборки в двоичном коде записывается в младшие разряды сумматора 3 в ка.честве 1 мантиссы, Таким образом, в сумматореформируется логарифмический двоичный кодс масштабом, соответствующим данномуподдиапазоиуе с учетом знаков входноГо сигнала и характеристики. Соотношения междумасштабами соотвстс вующих поддиапазоноввыбраны таким образом, чтобы коды однойи той же величины для различных масштабовотличались только положением запятой, отде.ляющей характеристику ог мантиссы. Поэтомудля получения выходного кода в эквивалентном масштабе по сигналу синхронизатора 10цифровой генератор 13 подает на третийвход сумматора 3 число сдвиговых импульсов,соответствующих масштабируюшему сигналу.При этом происходит сдвиг кода в сумматоре 3, что эквивалентно переносу запятой вкоде логарифма. Отсюда видно, что на выходепреобразователя формируется двоичный логарифмический код сигнала в эквивалентноммасштабе с учетом знака сигнала и характерис.тики. На выходе кодирующего устройства 4формируется команда в том случае, если ниодин из компараторов не сработал, т.е, входной сигнал идентифицируется с нулевым.Отметим требования к выбору параметров 55 преобразователя и их взаимосвязь. Обозначим:1 О - число компараторов в блоке 12;Е ЕйЕмРкс- приведенный динамический диа.1/О=1 о, назон входного сигнала;. поделамиз 113035, Москва, Заказ 2957 сное омитета СССРоткрытийкая наб. д. 4/5 венного етений и 35, Рауш"Патент", г. У ул Проектная Филиал ППП 9 739735 10причем первый вход цифрового генератора сое рой выход злементазадержкисвяэансовторымдииен с четвертым входом блока опорныхвходом второго аналогового ключа.напряжений и с выходом блока анализа, пер- Источники информации,Вый Вход которого является входом преобра- принятые во внимание при экспертизеэователя, а второй вход блока анализа подклю 5 1. Авторское свидетельство СССР У 402147,чей к третьему выходу синхронизатора, четвер. кл, Н 03 К 13/20, 1970.тый выход которого связан со вторым входом 2. Авторское свидетельство СССР по заявкецифрового генератора, выход которого соеди. У 2424185/18 - 21, кл, Н 03 К 13/17, 01,12,76нен е третьим входом сумматора, причем вто прототип).