Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов

(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 230981. (21) 3341014/18-21 И М. Кп. Н 03 К . 13/20 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытийОпубликовано 230283. Бюллетень Мо 7 Дата опубликования описания 230283.С. Побережский Заявител политехнический институт с(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОВРАЗОВАТ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к импульсной технике и используется при аналого-цифровом преобразовании узкополосных сигналов, у которых ширинаспектра много меньше центральнойчастоты.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генераторимпульсов, логические и дискретныеэлементы 11,Недостатком данного устройстваявляется малый динамический диапазон.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнители, 15установленные на его входе, генератор импульсов образцовой частоты,счетчики, элементы И и ИЛИ, регистр,триггеры, блок ключей, информацион-,ные входы которых соединены с выходами разрядов двух счетчиков 2.Недостатком известного аналого-цифрового преобразователя являетсято, что он не способен восстановитьФорму сигнала, если последний подвергся.двустороннему ограничениюв аналоговой части аппаратурноготракта.Цель изобретения- расширениединамического диапазона, 30 2Пост явленная цель достигается тем, что в аналого-циФровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛЙ, первый триггер, ключ, два компаратора, первые входы которых соединены с входной шиной, введены счетчик амплитуд, счетчик фаз, инвертор, второй элемент ИЛИ, третьи элементы ИЛИ, второй триггер, источник двухполярного эталонного напряжения, первый и второй выходы которого соответственно соединены с вторыми входами компараторов, выход первого из которых через ключ. соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым входом генератора образцовой частоты, с первым входом второго триггера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика Фаз, а выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляюцим входом ключа и инверсными выходами второго триггера, третий вход - с первым входом второго эле- мента И и выходом инвертора, четвертый вход - с вторым выходом генера-, 999157тора образцовой частоты, вторым входом второго элемента И, а выход - с информационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первыми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен дополнительно с первым входом первогоэлемента ИЛИ, а выход, старшего разряда - с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй вход - с выходом старшего разряда счетчика фаз, выходы остальных разрядов которого соединены с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами тре- тьих элементов ИЛИ, третий вход - с третьим выходом генератора образцовой частоты, а выходы - с первыми входами регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератора образцовой частоты, при этом выход второго компараора соединен с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом счетчика фаз.На фиг, 1 приведена диаграмма, поясняющая принцип взятия отсчетов амплитуды и фазы, на фиг. 2 - функциональная схема аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов, на фиг. 3 - временные диаграммы напряжения в различных точках аналого-цифрового преобразователя.Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов содержит компараторы 1 и 2, соединенные между собой, информационные входы. которых являются входом всего преобразователя. К опорному входу сравнителя 1 подключен положительный выход источника 3 двухполярного эталонного напряжения, отрицательный выход которого подключен к опорному входу сравнителя 2. Выход сравнителя 1 соединен с информационным входом ключа 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5. Управляющий вход ключа 4 соединен с инверсным выходом триггера 6, к первому входу которого подключен выход сравнителя 2. Вторые входы триггеров 5 и 6 подключены к выходу пусковых импульсов генератора 7 образцовых частот, имеющего еще три выхода: импульсов, заполнения, импульсов считывания и тактовых импульсов.Прямой выход триггера 5 и инверсный выход триггера 6 соединен соответственно с первым и вторым входами элемента И 8. Прямой выход триггера 6 подключен к одному извходов элемента И 9. К остальнымдвум входам элементов И 8 и 9 подключены выход импульсов заполнениягенератора 7 образцовых частот и 4-1 выход инвертора 10. Выход элементаИ 8 соединен с входом счетчика 11амплитуды, а выход элемента И 9с одним из входов элемента ИЛИ 12,другой вход которого подключен к вы 10 ходу младшего разряда счетчика 11амплитуды. Выход элемента ИЛИ 12соединен с входом счетчика 13 фазы.Шины сброса счетчиков 11 и 13 соединены со .вторыми входами триггеров 15 5 и 6. Выходы последних разрядовсчетчиков 11 и 13 подключены к вхо-,дам элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с входом инвертора 10и входами элементов ИЛИ 15, установленных между выходами всех, кромепоследнего, разрядов счетчика 11амплитуды и информационными входамиблока 16 ключей, к остальным информационным входам которого подключены выходы всех, кроме последнего,разрядов счетчика 13 фазы. Управляющий вход блока 16 ключей соединенс выходом импульсов считывания генератора 7 образцовых частот. Выходы блока 16 ключей соединены с входами ячеек регистра 17, вход тактовых импульсов которого соединен ссоответствующим выходом генератора7 образцовых частот. Выход последней ячейки регистра 17 является З 56 выходом аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов.Работает аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналовследующим образом.фАналого-,цифровое преобразованиевыполняется путем взятия через интервалы, равные 1/ ЬЕ, и представления в цифровой форме пар отсчетовЬ,Г и Ь С (фиг, 1), по которым опре" 45 деляется отсчет У(й ) и 9(И) поформулам7(й,) = Ее./з 1 п Х 1 /ф(и ) = 2 (" -Ь С)Уровень Ео мал и играет роль шагаквантования. Поэтому вычисление7(1 И) достаточно проводить с точностью до величины В . При этом формула для определения Ч(й) может бытьупрощена(и) оо ЬВычйсление значений 7 ( ) и Чможно выполнить в аналого-цифровомпреобразователе, но, как правило,в этом нет необходимости, поскольку 60 цифровая обработка сигналов производится с использованием отсчетов,и Ьй, однозначно связанных сотсчетами амплитуды и фазы. Поэтомув предложенном аналого-цифровом Я преобразователе (фиг. 2) при каждомвзятии пары отсчетов на выходе формируются цифровые значения КГ и Ьй.взятие каждой пары отсчетов начинается в момент 1 пуска, в которыйна вторые входы триггеров 5 и б сгенератора 7 образцовых частот поступает пусковой импульс. Этот импульспереводит триггеры 5 и б в состояние, при котором напряжение на основных выходах триггеров присутствует,а на инверсных отсутствует. Одновременно пусковой импульс устанавливаетв нулевое состояние (сбрасывает)счетчики 11 и 13. После этого напряжение на входах и выходе элементаИЛИ 14 отсутствует, а на выходе инвертора 10 присутствует. После прихода пускового импульса элемент И 9открывается, пропу кая импульсы заполнения через элемент ИЛИ 12 навход счетчика 13, а элемент И 8 оста ется закрытым из-за отсутствия напряжения на инверсном выходе триггера б (фиг. Зг, д). Такое положениесохраняется до тех пор, пока входноеф напряжение, возрастая, не достигает -Е . В момент достижения -Ена выходе компаратора 2 появляетсякороткий импульс (фиг. За, в), переводящий триггер б всостояние, прикотором на его основном выходе напряжение исчезает, а на инверсномпоявляется, В результате на управляющий вход ключа 4 поступает открывающий потенциал, элемент И 8 открывается и начинает пропускать импульсы заполнения на вход счетчика11, а элемент И 9 закрывается, прекращая поступление импульсов заполнения через первый вход элементаИЛИ 12 (фиг. Зг, д). Одновременно 4 Она второй вход элемента ИЛИ 12 свыхода младшего разряда счетчика 11начинают поступать импульсы с частотой следования в два раза нижечастоты импульсов заполнения, так 45как каждый разряд счетчика 11 играет роль делителя частоты на два(фиг. Зе). С выхода элемента ИЛИ 12эти импульсы попадают.на вход счетчика 13 (фиг. Зж) . В момент, когдавходное напряжение, возрастая, достигнет +Е 0, на выходе компаратора1 появляется короткий импульс,(фиг. За, б), который, пройдя черезоткрытый ключ 4, переводит триггер5 в состояние, при котором на егоосновном выходе напряжение отсутствует. Элемент И 8 закрывается, прекращая поступлениеимпульсов на входы обоих счетчиков. На этом заканчиваются измерения, проводимые при 60взятии данной пары отсчетов. Числоимпульсов, поступивших за время измерения на вход счетчика 11, пропорционально интервалу 4 Г (фиг. За, г),который определяет амплитуду сигна-5 ла. Поэтому счетчик 11 назван счетчикок амплитуды. Число импульсов,поступивших за время измерения навход счетчика 13, пропорциональноинтервалу Ай, поскольку Ьй= А 1 ф+ О, 5 И (фиг. За), а на входсчетчика 13 в течение времени Айпоступали импульсы с частотой заполнения, затем в течение времени ДГ,.с частотой в два раза ниже (фиг. Зж).Интервал Дй определяет фазу сигнала. Поэтому счетчик 13 назван. счетчиком фазы, Через время 2/К послеприхода пускового импульса с соответствующего выхода гейератора 7образцовых частот на управляющийвход блока 16 ключей поступает импульс считывания, открывающий ключи. К этому времени процесс измерения ЬГ и Ь й уже окончен и показания счетчиков 11 и 13 через откры-.тые ключи блока 16 перезаписываютсяв регистр 17. Тактовые импульсы,поступающие в регистр 17 с соответствующего выхода генератора 7 образцовых частот, продвигают записаннуюв регистре информацию на выход аналого-цифрового преобразователя. Взависимости от условий работы последнего тактовая частота может бытьразличной, но ее минимально допусти- .мое значение должно быть таким, чтобы за время между двумя соседнимипарами отсчетов регистр 17 освобождался от записанной в нем информации,Если амплитуда входного напряжения в момент взятия отсчетов оказывается меньше Е, то на выходах компараторов 1 и 2 не появляются короткие импульсы. Поэтому импульсы заполнения, поступающие после прихода пускового импульса через элемент И 9 на счетчик 13 фазы, запол-. няют этот счетчик до последнего разряда. Как только в последний разряд счетчика 13 записывается единица, она через элементы ИЛИ 14 поступает на вход инвертора 10, напряжение на выходе которого исчезает. Поэтому элемент И 9 закрывается, прекращая доступ импульсов заполнения в счетчик 13. Если входным напряжени ем превышен уровень -Ео, .но не достигнут уровень +Е заполнение счет- чиков 11 и 13 продолжается до тех пор, пока в одном из них в последний разряд не записывается единица и падение напряжения на входе инвертора 10 не закрывает элемент И 8. Число разрядов каждого из счетчиков выбирается таким, чтобы при поступлении импульсов заполнения запись единицы в последний разряд.происходила через время, примерно равное 1,2/К . Всем ситуациям, когда в пос ледний разряд одного из счетчиковзаписывается единица, соответствует минимальный уровень амплитуды. Поэтому независимо от того, что зафиксировано в момент считывания в счетчике 11 амплитуды, во все ячейки регистра 17, в которые заносят показания счетчика 11, записываются единицы. Единицы поступают с выходов элементов ИЛИ 15, на один вход каждого из которых подается напряжение с выхода элемента ИЛИ 14. Это соответствует максимальному значению Ь, что равнозначно минимуму амплитуды.Таким образом, структура предла- гаемого аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов позволяет при взятии отсчетов измерять характеристики сигнала, однозначно связанные с амплитудой и Фазой и, одновременно, не искажающиеся при двустороннем ограничении, что дает возможность воспроизводить сигналы с большим диапазоном возможных значений.Формула изобретенияАналого-циФровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛИ, первый триггер, ключ, два компаратора, первые входы которых соединены с входной шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамичес кого диапазона, в него введены счетчик амплитуд, счетчик фаз, инвертор, второй элемент ИЛИ, третьи элементы ИЛИ, второй триггер, источник двухполярного эталонного напряжения, первый и второй выходы которого со,ответственно соединены с вторыми входами компараторов, выход первого йз которых через ключ соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора образцовой частоты, с первым входом второго триг-гера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика. Фаз, а выход -с первым входом первого элемента И,второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и инверснымивыходами второго триггера, третийвход - с первым входом второго элемента И и выходом инвертора, четвертый вход - с вторым выходом гене 10 ратора образцовой частоты и вторымвходом второго элемента И, а выходс информационным входом счетчикаамплитуд, выходы разрядов которого,кроме старшего, соединены с первы 15 ми входами третьих элементов ИЛИ,выход младшего разряда соединен дополнительно с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход старшегоразряда - с первым входом второгоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторымивходами третьих элементов ИЛИ, авторой вход - с выходом старшего разряда счетчика Фаз, выходы осталь 25 ных разрядов которого соединеныс первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами третьих элементов ИЛИ, третий вход - с третьим выходом генеЗО .ратора образцовой частоты, а выходыс первыми входами регистра, второйвход которого соединен с четвертымвыходом генератора образцовой частоты, при этЬм выход второго компаратора соединен с вторым входом втоЗ рого триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с4 О информационным входом счетчика фаз.Источнйки информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 702516, кл, Ь 03 К 13/20, 1977.45 2. Авторское свидетельство СССРВ 415805, кл, Н 03 К 13/20, 1971999157 Составитель А. Кузнецовактор О. Бугир Техред Т.Иаточка Корректор А. Ференц а т илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна э 1173/77 Тираж 934ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушская на одцисно ССР 4/5