Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) И 1) 151) 4 Н 1ъ. НИЕ ИЗОБРЕТЕН имкин Б.С. М А.И.Бо иков ователи ных цифройств. М,: измериысшая шко15. телла(57) Иствамленияпользо обретение реобразов тносится к средия формы предстаможет быть исмах передачи и ормации ист.Вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Гитис Э.И. Преобразинформации для электронвых вычислительных устроЭнергия, 1975, с. 297.йпяндин В.М. Цифровыеьные устройства. М.:1981, с. 262, рис. 4 АЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВА обработки непрерывных изменяющихся в большом диапазоне сигналов.Изобретение позволяет повыситьточность преобразования непрерывных сигналов, существенно изменяющихся в процессе преобразованияв условиях воздействия низкочастотной составляющей и высокочастотнойсоставляющей помех, за счет введения в аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнивающее устройство, цифроаналоговый преобразователь и формирователь кода,фильтра высоких частот, инвертора,первого и второго сумматоров, первого и второго вероятностных реле, первого и второго ключей, первого и второго компараторов с гистерезисной характеристикой, первого,второго и третьего элементов ИЛИ,элемента задержки, управляемогоусилителя. 1 з,п. ф-лы.35 45 Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано в системах передачии обработки непрерывных изменяющихся в большом диапазоне сигналовдля преобразования их с постоянной относительной погрешностью квантования в двоичный позиционный кодв условиях действия искажающих но Омех.Цель изобретения - повышениеточности преобразования непрерывных сигналов, существенно изменяющихся в процессе преобразования 15в условиях воздействия низкочастотной составляющей и высокочастотнойсоставляющей помех.На фиг. 1 представлена структурная схема аналого"цифрового преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - структурная схемауправляемого усилителя.Аналого-цифровой преобраэова 25тель содержит сравнивающее устройство 1, фильтр 2 высоких частот,управляемый усилитель 3, инвертор 4, первый 5 и второй 6 сумматоры, первое 7 и второе 8 вероятностные реле, первый 9 и второй10 ключи, первый 11 и второй 12компараторы с гистерезисной характеристикой, первый 13, второй 14и третий 15 элементы ИЛИ, элемент16 задержки, формирователь 1 кодана реверсивном сдвиговом регистре,цифроаналоговый преобразователь18 ( ЦАП), входную шину 9, (И-)разрядную выходную шину 20, шину 40"Сброс" 21.Управляемый усилитель 3 выполненна усилительных каскадах 22=122=, 23 и логическом устройстве24. Логическое устройство 24 имеет Б+ входов, на которые поступает(1+1)-разрядный двоичный позиционный код, управляющий коэффициентомусиления управляемого усилителя 3,и 21+ выходов, которые соединеныс соответствующими управляющими входами каскадов,Коэффициенты усиления унравляемого усилителя 3 по первому и второму выходам выбраны иэ условий обеспечения постоянной относительнойпогрешности преобразования во всемдиапазоне изменения сигнала-сопзС,где Чк,Ч. - уровни квантования сигнала;Ч(С) - уровень. входного сигнала в момент изменениязначений уровней квантования, т.е. в моментыизменения значения выходного кода 1 =2,3,4,Моменты изменения значений уровней квантования сигнала определяют - ся уравнением(2)При равномерной плотности распределения вероятностей полезного сигнала и обеспечения условий (1) и (2 ) каждому удвоенному значению входного сигнала должно соответствовать удвоенное значение величины интервала квантованияЧ(С,)=2 Ч(С),где 1 с= 2,3,4,В исходном состоянии реверсивный сдвиговый регистр 17 ( РСР) сигналом, "Сброс" ( фиг. 21 , поступившим с шины "Сброс" 21, приводится в начальное состояние, при этом записывается логическая "1" в его "нулевой" (младший) разряд, а в остальные - "О"При этом наличие "1" в "нулевом" (младшем) разряде РСР 17 соответствует нулевому полезному сигналу Ч(С) на входе сравнивающего устрой-, ства 1 (фиг. 2 а, ломаная 1) к нулевому потенциалу на выходе цифроаналогового преобразователя ( ЦАП) 18. Под действием полученного (И+1). разрядного кода с выхода РСР 17, на выходе ЦАП 18 устанавливается нулевой потенциал (фиг. 2 а, ломаная 2),а управляемый усилитель приводится в состояние максимального коэффициента усиления как по первому, так и по второму выходу, При нулевом сигнале Ч(С) на выходе устройства (фиг. 2 а, ломаная 1) на выходе сравнивающего устройства 1, фильтра 2 высоких частот (ФВЧ 2), на первом и втором выходах управляющего усилителя 3 (фиг. 2 и, ломаная 1 и 2), на выходе инвертора 4, компаратора 11 с гистерезисной харак.(фиг. 2 Р), на выходах элементов ИЛИ 13, 14 и 15 (фиг. 2 ж) и на выходе элемента 16 задержки формируются сигналы, близкие по своему значению к нулю. Ключи 9 и 10 разомкнуты, Нулевой сигнал поступает с выхода инвертора 4 на первый вход сумматора .5 и со второго выхода усилителя 3 на второй вход сумматора 6. На второй вход сумматора 5 и первый вход сумматора 6 поступают потенциалы логических "0" с выходов соответственно компараторов 12 и 11 с гистерезисной характеристикой. На третьи входы сумматоров 5 и 6 подается напряжение смещения +Ус, необходимое для обеспечения работы вероятностного реле 8 на сигналы отрицательной полярности, а также для обеспечения работы вероятностного реле 7 на сигналы положительной полярности. Для этой же цели, а также чтобы применить одинаковые вероятностные реле используется инвертор 4. Сигналы с выходов сумматоров 5 и 6 поступают соответственно на входы вероятностных реле 7 и. 8, Вероятностное реле определяет положе. ние входного сигнала по отношению к положительному порогу а=ц/2, где о - величина кванта преобразования, а вероятностное реле 8 определяет положение входного сигнала по отношению к отрицательному порогу -а=-ц/2, при этом на выходе вероятностного реле 7 и вероятностного реле 8 формируется сигнал, пропорциональный вероятности пребывания входного сигнала соответственно выше положительного порога а и ниже отрицательного порога -а. Вероятность пребывания сигнала вьппе положительного порога а близка к нулю, поэтому на выходе вероятностного реле 7 формируется потенциал, близкий к нулю (фиг. 2), Аналогично на выходе вероятностного реле 8 формируется такой же потенциал (фиг. 2). На неинвертирующие входы компараторов 1 и 12 с гистерезисной характеристикой подается опорное напряжение У , необходимое для обеспечения нужных режимов работы компараторови 2 с гистерезисной характерис-тикой.5 1 О 15 20 При поступлении на вход устройства полезного сигнала положительной полярности Ч(С ), наложенной на него низкочастотной помехой х(С) и высокочастотной помехой з(С ) (фиг. 2 о, ломаная 1, 2), фильтр 2 высокой частоты подавляет низкочастотную помеху х(С) и пропускает практически без изменения полезный сигнал Ч(С) и высокочастотную помеху з(С) на вход управляемого усилителя 3. Со второго выхода управляемого усилителя усиленная с коэффициентом усиления Какаддитивная смесь полезного сигнала Ч(С) н высокочастотной з(С) помехи (фиг, 2 и, ломаная 2) поступает на второй вход сумматора 6, на первый вход которого поступает "0" с выхода компаратора 1 гистерезисной характеристики, а на третий вход поступает напряжение смещения +анси .Вероятность пребывания сигнала по- .ложительной полярности на входе ве 25 роятностного реле 8 ниже порогаотрицательной полярности -а (фиг.2 )близка к нулю, поэтому вероятностное реле 8 не изменяет своего состояния и с его выхода на вход комЗ 0 паратора 12 с гистерезисной харак-.теристикой поступает сигнал Я (С),близкий по своему значению к нулю(фиг. 2), С первого выхода управляемого усилителя 3 усиленная с коэффициентом К аддитивная смесь полезного сигнала Ч(С) и высокочастотной помехи з(С) фиг, 2 , ломаная )поступает на первый вход сумматора,5, на второй вход которого посту 40 пает "О" с вы ода компаратора 12 сгистерезисной характеристикой, ана третий вход поступает напряжение смещения +оси Вероятностьпребывания сигнала положительнойполярности выше положительного порога с на выходе вероятностного реле 7 возрастает, поэтому сигналЯ(С) отрицательной полярности,пропорциональный этой вероятности,также возрастает по своему абсолютному значению (фиг. 2 Ь). Временнаядиаграмма для случая инвертирования сигнала Ч(С) с наложенной нанего высокочастотной помехой 8(С)55на входе вероятностного реле 7 приведена на фиг. 2. Как только сигнал на выходе вероятностного реле7 достигнет значения, соответству ющего вероятности 0,5 (фиг. 2 ),на выходе компаратора 11 с гистерезисной характеристикой 11 появляется сигнал логической "1" (Фиг.2)Этот сигнал поступает на управляющий вход ключа 9, на первый входсумматора 6, на первый вход элемента ИЛИ 14 и на второй вход элемента ИЛИ 15, на вход сложенияреверсивного сдвигового регистра17. Ключ 9 замыкается и сигналЯ И ) с выхода вероятностного реле7 спадает со значения, соответствующего вероятности 0,5, до значения,соответствующего вероятности нуль(фиг, 2 Ь) за время 1 разр =сопят,которое обуславливается внутренним сопротивлением ключа 9. В момент равенства нулю сигнала Я,(1)на выходе вероятностного реле 7(фиг. 2 Б) на выходе компаратора 11с гистерезисной характеристикойпоявляется сигнал логического "0"(фиг. 21). Таким образом, на выходе компаратора 11 с гистерезисной характеристикой 11 формируетсяимпульс, который поступает на первый вход сумматора 6 и этим блокирует вероятностное реле 8 на время своего существования 1 рор.(Фиг. 2 л). Блокировка вероятностного реле о необходима для того,чтобы избежать его ложного срабатывания в момент записи новогозначения выходного кода, когдаполезный сигнал нарастает. Реверсивный сдвиговый регистр 17 переводится из режима "Хранение" в режим(фиг. 2 ъ) через элемент ИЛИ 14 наего вход сложения, а на вход вычитания реверсивного сдвигового регистра 17 при этом поступает нуль свыхода компаратора 12 с гистерезисной характеристикой (фиг. 2,е)через элемент ИЛИ 13, Переднийфронт импульса с выхода компаратора 11 с гистерезисной характеристикой поступает также через элемент ИЛИ 15 на вход элемента 16задержки, где задерживается на вре-,мя 1 а . Задержка импульса элементом 16 задержки необходима длянадежного обеспечения режима "Сдвиг 1215164вправо" реверсивного сдвиговогорегистра 17 в момент прихода переднего Фронта импульса с выходаэлемента 6 задержки на третий(тактовый) вход регистра 17, С приходом переднего фронта импульса свыхода элемента 16 задержки на третий (тактовый) вход реверсивного Осдвигового регистра 17 на его(И+)-разрядном выходе 20 происходит сдвиг "1" на один разряд всторону старших разрядов. В данкомслучае осуществляется сдвиг "1" 5из "нулевого" разряда в первыйразряд. Полученный (0+1) разрядный позиционный код с выхода реверсивного сдвигового регистра 17поступает на соответствующие управляющие входы управляемого усилителя 3, Код, образованный Й стар-.шими разрядами реверсивного сдвигового регистра 17, поступает насоответствующие входы Н-разрядногоЦАП 18. В соответствии с записанным на выходе реверсивного сдвигового регистра 17 кодом коэффициент усиления управляемого усилителя 3 по первому и по второму вы- ЗОходу изменяется, а на выходе ЦАП 18формируется потенциал У(1), которыйпоступает на инвертирующий входсравнивающего устройства 1 (фиг,2 а,ломаная 2). На выходе сравнивающего устройства 1 формируется разностный сигнал Е И )=Ч(1)-Р(1) сналоженной на него низкочастотнойпомехой х(1) и ВЧ помехой з(т,),который поступает на вход фильтра 2высокой частоты (фиг.20). С оконча О нием тактового импульса с выходаэлемента ИЛИ 15 (фиг. 2 зк) и задержанного навремя С р элементом 16задержки заканчивается первый такт.Если входной сигнал ЧИ) (фиг,2 а, 45 ломаная 1) продолжает нарастать,то нарастает и разностный сигналЕ (1) (фиг.25), тогда весь цикл работы устройства повторяется.Если разностный сигнал Е(фиг, 2) спадает, т.е, спадает сигнал Ч(1) (фиг. 2 в, ломаная 1), товероятность пребывания его ниже отрицательного порога -а растет. Поэтому сигнал Ц(Ъ) отрицательнойполярности с выхода вероятностногореле 8 (фиг. 2), пропорциональныйэтой вероятности, растет по абсолютной величине и при достиже5 О 5 20 55 нии уровня, соответствующеговероятности 0,5, на выходе компаратора 12 с гистерезисной характеристикой формируется сигнал логической "1" (фиг. 2 е). В этом случае предложенное устройство будетработать аналогично, как на возрастание сигнала Ч(1) на входе устройства, только будет работатьцепочка, в состав которой входятследующие элементы: сумматор 6,вероятностное реле 8, ключ 1 О,компаратор 12 с гистерезисной характеристикой, элемент ИЛИ 13 вместо цепочки, образованной элементами: инвертор 4, сумматор 5, ВР 7,ключом 9, компаратор 11 с гисте;резисной характеристикой, элементИЛИ 14. А сдвиг "1", записанныйв одном из разрядов реверсивногосдвигового регистра 17, осуществляется на один разряд "влево", т,е.в сторону младших разрядов. Формула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнивающее устройство, первый вход которого является входной шиной, а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены с первьии выходами формирователя кода, которые являются первыми выходными шинами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования непрерывных сигналов, введены фильтр высоких частот,инвертор, первый и второй сумматоры, первое и второе вероятностные реле, первый и второй ключи, первый и второй компараторы с гистерезисиой характеристикой, первый, второй и третий элементы ИЛИ, элемент задержки, управляемый усилитель, а формирователь кода выполнен на реверсивном сдвиговом регистре, при этом первые и второй входы управляемого усилителя соединены соответственно с первыми и вторыми выходами реверсивного сдвигового регистра, второй выход которого является второй выходной шиной, третий вход управляемого усилителя через фильтр высоких частот соединен с выходом сравнивающего устройства, а первый выход через 25 30 35 40 45 50,инвертор - с первым входом первогосумматора, второй вход которого объединен с первыми входами первого и третьего элементов ИЛИ, второго ключа и соединен с выходом второго компаратора с гистерезисной характеристикой, третий вход является шиной напряжения смещения, а выход соединен с входом первого вероятностного реле, первый вход первого компаратора с гистерезисной характеристикой объединен с первым входом первого ключа и соединен с выходом первого вероятностного реле, второй вход является шиной порогового напряжения, первый вход второго элемента ИЛИ объединен с вторыми входами третьего элемента ИЛИ, первого ключа и первым входом второго сумматора исоединен с выходом первого компаратора с гистереэисной характеристикой, причем второй выход управляемого усилителя соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого является шинойнапряжения смещения, а выход соединен с входом второго вероятностного реле, первый вход второгокомпаратора с гистерезисной характеристикой объединен с вторым входом второго ключа и соединен с вьгходом второго вероятностного реле,второй вход второго компаратора сгистерезисной характеристикой является шиной опорного напряжения,второй вход первого элемента ИЛИобъединен с вторым входом второгоэлемента ИЛИ, третьим входом третьего элемента ИЛИ и является шиной "Сброс", выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входомреверсивного сдвигового регистра,второй вход которого соединен свыходом второго элемента ИЛИ, атретий вход через элемент задержки - с выходом третьего элементаИЛИ, а выходы первого и второгоключей являются шиной нулевогопотенциала.Ф 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что управляемый усилитель выполнен на усилительных последовательно соединенных каскадах с цифровой ре, гулировкой коэффициента усиленияабменый угилцтедь1 ЮФи. Р ВНИЯПКТир 4 которого являются первыми и вторым входами управляемого усилителя, вход первого усилительногокаскада является третьим входомуправляемого усилителя, выходпредпоследнего усилительного каскада является первым выходом упю 1 пФ ждД1 юрФ 14 ЦЕфй слЯФО)юд рфффо 1 равляемого усилителя, а выходпоследнего усилительного каскада -вторым выходом управляемого усилителя, при этом вторые входы усилительных каскадов соединены ссоответствующими выходами логического устройства. Закаэ 911/518 Подписное лиал ППП "Патент",Ужгород, ул,Проектн