Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОНЕТСНИХ0 йВЛЮМ%ааРЕСПУБЛИК 09 Ф ОИ А 1 Н 03 М 1/38 ТЕНИ ССР 976.АЗОВАТЕЛЬ к вычисли е и может х систения для од сигнаелью изобоб а оватчик.ель ьсов, еоблемпаИ 8,:У ГОсудмРственный кОмитетпО изоБРетениям и ОтнРьзтияПРИ ГННТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(56) Бахтиаров Г.д, и др, Аналогоцифровые преобразователи. - 1980,. с. 175.Авторское свидетельство С У 661783, к;т. Н 03 М 1/38, 1 (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБР (57) Изобретение относитсятельной технике и автоматик быть использовано в цифровь мах автоматического управле преобразования в цифровой к лов аналоговых датчиков. Ц Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в цифровых система автоматического управления для преоб разования в цифровой код сигналов аналоговых датчиков.Цель изобретения - повьппение быст родействия.На фиг. 1 изображена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - характеристика схемы сравнения; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства; на фиг, 4 - график, показывающий процедуру выбора максимально допустимой ретения является повьппение быстродействия. Цель достигается тем, что ваналого-цифровой преобразователь,содерЖащий генератор, первый и второй компараторы, цифроаналоговыйпреобразователь, регистр последовательных приближений, введены коммутатор, третий триггер, два одновиб.ратора. В преобразователе осущест"вляются статистическая обработкавыходных сигналов одного из компараторов при приближении сигнала обратной связи к входному сигналу, когданаиболее вероятны сбои от воздействия случайных помех, кроме того,ограничение длительности тактов преобразования и завершение выполненияалгоритма поразрядного уравновешивания по достижении заданной точности.1 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл. продолжительности такта пре р з ния; на фиг. 5 - реверсивный счеАналого-цифровой преобразоват (АЦП) содержит генератор 1 нмпул компаратор 2, цифроаналоговый пр разователь (ЦАП) 3, регистр 4 по повательных приближений (РПП), к ратор 5, трйггеры 6 и 7, элемент первый 9 и второй 10 элементы ИЛ 1 реверсивный счетчик 11, первый 12 и второй 13 одновибраторы, тригг 14, коммутатор 15,Реверсивный счетчик 11 на мик схеме 564 ИЕ 11 показан на фиг, 5. реализации устройства необходимо3 14994 тывать полярность активных уровней сигналов.Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 14 установлен, в РПП 4 хранится код предыдущего преобразования, Импульс на шине запуска инициирует начало работы АЦП. При этом сбрасываются триггеры 7 и 14.и через элемент ИЛИ 9 запускается одновибратор 13. Коммутатор 15, управляемый триггером 7, подключает к тактовому входу РПП 4 выход элемента И 8Первый после запуска импульс генератора 1, проходя через элемент И 8 и коммутатор 15, устанавливает в РПП 4 код 0111; соответствующий половине диапазона входного сигнала, На шине готовности устанавливается уровень логического нуля. На первом входе компаратора 2 присутствует измеряемый аналоговый сигнал П, на втором входе - 25сигнал обратной связи Б , вырабатываемый ЦАП 3 и пропорциональный выходному коду РПП 4. Логический выходной сигнал г компаратора 2 принимаетзначения = 1 при ПН и = 0 30при Б( Цс и защелкивается в 0-триггере 6 импульсами генератора 1, Компаратор 5 анализирует абсолютную величину разности ДБ = Н х "осисравнивает ее с определенным порсговым значением Ь. При ДЩ ( Ъ выходной сигнал Е компаратора 5 принимаетзначение Е = 1, при Д Н ) Ь - значение Е = О. Сигнал Е защелкивается в0-триггере 7 задним фронтом импульса 40одновибратора 12, П-триггер 7 управляет коммутатором 15 таким образом,что при Е = 1 РПП 4 тактнруется импульсами гереполнения реверсивного счетчика 11, при Е = О - импульсами генератора 1, прошедшими через элементИ 8. РПП 4 реализует алгоритм поразрядного уравновешивания входного сиг"нала. На каждом такте уравновешивания определяется значение одногоразряда выходного кода АЦП. В началетакта на выходе коммутатора 15 появляется импульс, тактирующий РПП 4,При этом в РПП 4 формируется новоезначение кода, а в ЦАП 3 устанавлива-.ется пропорциональный этому кодусигнал О. Этот же импульс запускает одновибратор 12 и через элементИЛИ 9 перезапускает одновибратор 13. 95 4Импульс одновибратора 12 временно блокирует элемент И 8, запрещая прохождение импульсов генератора 1 на реверсивный счетчик 11 и коммутатор 15. Длительность импульса одновибратора 120, выбирается равной времени окончания переходных процессов в ЦАП 3 после изменения кода в РПП 4. По окончании этого импульса в Р-триггере 7 защелкивается сигнал Е, и происходит начальная установка реверсивного счетчика 11, в который заносится код 1000, если в этот момент сигнал ч =. 1 и код 01 11, если (= О.Рассмотрим случай, когда на очередном такте работы АЦП сигнал Е = 1, т,е, величина Д П попала в зону +Ъ. При этом коммутатор 15 подключит к тактовому входу РПП 4 выходреверсивного счетчика 1 1. На протяженчи од; ного такта код в РПП 4 и сигнал ЦАП 3 П,с не меняется, следовательно, разность между средним значением У . и сигналом П является постоянной. Однако из-за наличия в сигнале Б , случайных помех возможно многократное изменение знака разности .дБ за время такта и соответствующее изменение значения. Вероятность х фиксирования неверного отсчета (сбоя АЦП) возрастает с уменьшением величины дБ средц 1 и с увеличением дисперсии помехи Ь.Переключение коммутатора 15 на выход реверсивного счетчика 11 увели-чивает длительность такта работы АЦП. За это время в триггере б послеповдтельно фиксируется несколько выборок сигнала , каждая из которых вызывает увеличение или уменьшение состояния реверсивного счетчика 11 на единицу. Истинные значения сигнала более вероятны, следовательно, появляются более часто. Реверсивный счетчик 11, в начале такта установленный в среднее положение, через несколько периодов частоты генератора 1 переполнится, причем переполнение вызвано наиболее вероятным значением с. Импульс переполнения через коммутатор 15 поступает на тактовый вход РПП 4, в котором фиксируется значение Ч, вызвавшее переполнение. Таким образом, в реверсивном счетчике 11 производятся накопление и статистическая обработка нескольких состояний сигнала у , и в качестве ис994956выходе конца преобразования РПП 4 после выполнения алгоритма поразрядного уравновешивания.Разрядность реверсивного счетчика11 должна выбираться исходя из требуемого коэффициента подавления помехи. Чем больше разрядность счетчика 11, тем большее количество отсче тов сигналаон может зафиксироватьи обработать, следовательно, выше помехоустойчивость АЦП, В таблице 1 приведена зависимость коэффициента подавления случайной помехи,В от чис ла разрядов и счетчика 11. О 1 2 3 4 11,51.7 2,02,7 3.04.7 5.38.7 20 5 14тинного выбирается значение р, которое в течение такта чаще встречалось. За счет этого уменьшается вероятйость принятия неправильного решения при занесении значения очередного разряда кода в РПП 4, т.е. повышаается помехоустойчивость АЦП.В случае, когда величина ЛБпревышает величину порога Ъ, сигнал 2на выходе триггера 7 принимает значение 2 = О, и коммутатор 15 переключается на выход элемента И 8. Приэтом статистическая обработка сигналане производится, так как вероятность сбоя при больших рассогласованиях между Уи 00 с мала. Длительность такта преобразования вэтом случае определяется одновибратором 12, так как первый импульсгенератора 1 после окончания импуль"са одновибратора 12 произведет тактирование РПП 4,Одновибратор 13 предназначен дляконтроля и ограничения длительноститакта преобразования, При очень малых значениях дБзначения вероятностей нулевого и единичного состояний сигналаблизки друг к другу,эа счет этого время такта увеличивается, и становятся возможными ситуации, когда вследствие чередованиянулевых и единичных значенийреверсивный счетчик 11 не может переполниться. Кроме того, снижаетсядостоверность результатов статистической обработки сигнала . Одновибратор 13 запускается в момент начала рработы АЦП и перезапускается каждым импульсом, тактирующим РПП 4.Длительность импульса одновибратора13 Е выбирается равной максимальнодопустимой длительности одного такта работы АЦП, Если импульс одновибратора 13 после начала такта успеетзакончиться, то устанавливается триггер 14, на шине готовности формируется единичный уровень, через элементИ 8 запрещавтся прохождение импульсов генератора 1, АЦП прекращает .работу до следующего импульса запуска.Таким образом, процесс аналого-цифрового преобразования может закончиться за меньшее число тактов поразрядного уравновешивания, Если жерассмотренная ситуация в процессепреобразования не возникла, работаАЦП заканчивается выдачей сигнала на 25 Значение частоты генератора 1должно выбираться по временным илиспектральным характеристикам помехи.Соседние отсчеты сигнала , фиксируемые реверсивным счетчиком 11,30 должны быть независимы, иначе эффективность подавления помехи снижается.Зто условие выполняется, если периодчастоты генератора 1 превышает интервал декорреляции помехи35 -Т,1г где Й - частота генератора 1;Т - интервал декорреляции помехи.Величина зоны нечувствительности +Ъ компаратора 5 выбирается, исходя из предполагаемой величины помехи д. Статистическая обработка при /дБ/6 является нецелесообразной, так как вероятность сбоев АЦП в этом случае очень мала. Оптимальным значением Ь, при котором эффективность подавления помехи, не снижается, а лишние затраты времени исключены, является значение Ъ = (23) ЬМаксимально допустимая длительность одного такта преобразования, задаваемая длительностью импульса одновибратора 13 , выбирается следующим образом. В условиях воздействия на вход АЦП случайных помех нормального вида с дисперсией Ь выходной код АЦП в первом приближении описывается20 Длительность импульса одновибратора 13 выбирается равной+ ргр фНапример, при = 5 мкс, 1 с = 1;35и : 4; Е1 ИГЦ получаем мн5 ф в гр э 19 ф. Т гр = 45 мкс о= = 50 мкс.Проведение статистической обработ" ки отсчетов выходного сигнала компаратора 2 при приближении сигнала обратной связи к входному сигналу, когда наиболее вероятны сбои АЦП при воздействии случайных помех, позволяет повысить помехоустойчивость преобразователя. Ограничение длительности тактов преобразования позволяет закончить работу преобразователя до завершения выполнения алгоритма поразрядного уравновешивания при достижении заданной точности. Формула изобретения 1, Аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый и второй компараторы, первые вхопы которых объединены и являются входной шиной, вторые входы объединены и подключены нормально распределенной случайной величиной с дисперсией 6 АЦП, причем Ь = Ь /р , где р - коэффициент подавления помехи (таблица ). Если в процессе работы АЦП на каком 5 либо такте величина Л О принимает значение меньшее, чем граничное значение Д Ю г = 1 с 1 , где 1 с = = 0.51. то можно считать, что 1 О код, сформированный к этому моменту . в РПП 4, с достаточной точностью оценивает величину входного сигнала 0 , а более точная оценка при проХдолжении работы АЦП не может быть получена. Следовательно, на этом такте надо заканчивать процесс преобразования. При известном значении помехи Ь и выбранной разрядности реверсивного счетчика 11 и среднее значение разности 1 ЛО, и средняя продолжительность статистической обработки Т связаны взаимно однозначно. На фйг. 4 изображена зависимость Тот величины 2 =0016 для 25 различных значений и, Из графика (фиг-, 4) определяется граничное значение Тг , соответствующее граничному значенио Е = в - - = М30игр к выходу цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены с соответствующими информационными выходами блока управления и являются выходной шиной, а вход установки блока управления объединен с входами сброса первого и второго триггеров и является шиной запуска, информационный вход первого триггера соединен с выходом первого компаратора, два элемента ИЛИ, счетчик, генератор импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены элемент И, коммутатор, два одновнбратора, третий триггер, а счетчик выполнен реверсивным, управляющий вход которого объединен с информационным входом блока управления и подключен к выходу третьего триггера, информационный вход которого соединен с выходом второго компаратора, тактовый вход объединен с первым входом элемента И и подключен к выходу генератора импульсов, второй вход элемента И соединен с инверсным выходом второго триггера, третий вход объединен с входом синхронизации первого триггера, входом установки реверсивного счетчика и подключен к выходу первого одновибратора, вход которого объединен с первым входом первого элемента ИЛИ, с тактовым входом блока управления и подключен к выходу коммутатора, первый информационный вход которого подключен к выходу переполнения реверсивного счетчика, второй информационный вход объединен с тактовым входом реверсивного счетчика и подключен к выходу элемента И, а управляющьй вход соединен с выходом первого триггера, информационный вход второго триггера через второй одновибратор подключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого является шиной запуска, прямой выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине конца преобразования блока управления, а выход является шиной готовности2, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок, управления выполнен на регистре последовательного приближения, входы и выходы которого являются одноимен,ными входами и выходами блока.1499495 УМ ЮХ Щи 5Составитель В. Иахнанов; Редактор И. Шулла Техред М,дидык Корректор С. Черн аж 884 Подписное тета по изобретениям и открытиям ва, Я, Раушская наб., д. 4/5 НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина, 101 Заказ 4707/55Тир ВНИИПИ Государственного. коми 113035, Мос