Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИРЕСПУБЛИК За) Н 03 ПИСА ИЗОБР ЕНИ е объед меднци нс(088, 8)с Э.И, Преобра ля электронных мах устройств. я, 1975, с. телировых 14-31 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-произнодственннение по радиоэлектроннойкой аппаратуре(56) 1. Гитиинформации двычислительИ., Энерги 2, Анторское свидетельство СССР 911721, кл. Н 03 К 13/02, 1980прототип),(54) (57) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙПРЕОБРАЭОВАТЕЛЪсодержащий первыйи второй блоки сравнения, первые входы которых соединены между собой, вторые входы - с первой и второй шинаминапряжения .сравнения соответственно,первый триггер и первый элемент:ИЛИ,первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения и спервым входом первого триггера, второй вход которого подключен к второмувходу первого элемента ИЛИ и к выходу второго блока сравнения, реверсивный счетчик импульсов, преобраэова"тель код - аналог, второй элемент ИЛИ,генератор жпульсов, первый ключ,второй триггер, первую линию задержки, вход которой соединен с первымвходом второго триггера, первый выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выходс первым входом второго элемента ИЛИ,выход которого подключен к счетйомувходу реверсивного счетчика импульсов, выход которого соединен с входом преобразователя код - аналог,первый, второй, третий и четвертыйэлементы совладения, таймер, первый и второй регистры, блок деления, блок сравнения кодов, счетчик импульсов н второй ключ, выход которого соединен с нторым входом второго элемента ИЛИ, информационный вход второго ключа подключен к выходу блока сравнения кодов и к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсон, а выход - с первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого подключен к выходу блока деления, первый вход которого соединен с выходом первого регистра, информационный вход которого подключен к выходу таймера, вход которого соединен с управляющим входом второго регистра, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициента сжатия адаптивного преобразования, в него введены вторая линия задержки, третий элемент ИЛИ, третий, четвертый, пятый и шестой триг- " геры блок уставом первый и второй элементы 2 И-ИЛИ, третий блок сравнения и аналоговйй блок вычитания, первый вход которого подключен к входной шине, второй вход - к выходу преобразователя код - аналог, а выход - к перному входу первого блока сравнения и к первому входу третьего блока сравнения, второй вход которог соединен с общей шиной, а выход - с первым входом первого элемента совпа. дения, второй вход которого подключен к второму выходу нторого триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, первый выход которого подключен к перво" му входу второго элемента совпадения й к.первому входу блока уставок, вто- рой вход " к выходу первого элемента совпадения и к первому входу первого элемента 2 И-ИЛИ, вторсй вход которого подключен к ныходу четвертого триггера, первый вход которого соединен1078609 третий вход которого соединен с вто рым выходом пятого триггера и с управляющим входом второго ключа, четвертый вход - с входом первой линии задержки и с выходом четвертою элемента совпадения, первый вход которогосоединен с выходом первого элемента ИЛИ и с пятым входом второго элемента 2 И-ИЛИ, второй вход - с первымвыходом пятого триггера, а третийвход - с третьим входом второго триггера и с выходом шестого триггера,вход которого подключен к выходу пер"вого блока сравнения, при этом выходблока уставки соединен с вторым входом блока деления, причем,перый выход первого триггера соедйнен с управляющим входом обратного счета реверсивного счетчика импульсов, управляющий вход прямого счета которогоподключен к второму выходу первоготриггера, а выход - к информационному входу второго регистра,Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике и используется в адаптивных системахсбора и передачи цифровой измерительной информации. 5Известен адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащийй блоков сравнения, блок уставок, дешифратор, элемент ИЛИ и таймер Ц ,Недостатком устройства является 10низкая надежность,Наиболее близким к предлагаемомуявляется адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый и второй блоки сравнения, первыевходы. которых соединены между собой,вторые входы соответственно с первойи второй шинами напряжений сравнения,первый триггер и первый элемент ИЛИ,первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения и с.первым входом первого триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ и квыходу второго блока сравнения, реверсивный счетчик импульсов, преобразователь код - аналог, второй элемент ИЛИ, генератор импульсОв, первый ключ, второй триггер, первую линию задержки, вход которой соединенс первым входом второго триггера,первый выход которого подключен куправляющему входу первого ключа,информационный вход которого соединен с восходом генератора импульсов,а выход первого ключа соединен с перс первым входом йятого триггера, сЪтретьим входом счетчика импульсов, с управляющим входом первого регистра., и с выходом первого элемента 2 И-ИЛИ, третий вход которого подключен к первому выходу второго триггера, четвертый вход - и первому входу третьего, элемента ИЛИ и к выходу второго эле" мента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки и к входу второй линии за-. держки, выход которой соединен с первым входом третьего элемента совпадения, выход которого соединен с вторыми входами третьего элемента ИЛИ и четвертого триггера, а второй вход третьего элемента совпадения. - с вторым выходом третьего триггера, с вторым входом блока уставок и с первым входом второго элемента 2 И-ИЛИ, выход которого подключен к входу таймера и к второму входу пятого триггера, первый выход которого соединен с вторым входом второго элемента 2 И-ИЛИ,вым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетномувходу реверсивного счетчика импульсоФ, выход которого соединен с входом преобразователя код - аналог,первый, второй, третий и четвертыйэлементы совпадения, таймер, первыйи второй регистры, блок деления,блок сравнения кодов, счетчик импульсов н второй ключ, выход которогосоединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, информационный вход второго ключа подключен к выходу блокасравнения кодов и к первому входусчетчика импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератораимпульсов, а выход счетчика - с первым входом блока сравнения кодов,второй вход которого подключен к выходу блока деления, первый вход которого соединен с выходом первого регистра, информационный вход которогоподключен к выходу таймера, вход которого соединен с управляющим входомвторого регистра 2,Недостаток устройства - низкийкоэффициент сжатия адаптивного преобразования.Цель изобретения - повьввние коэффициента сжатия адаптивного преобразования путем осуществления двухпараметрической адаятации по длительности интервала дискретизации и постепени аппроксимирующего полинома,Поставленная цель достигаетсятем, что в адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий пер- . вый и второй блоки сравнения, первыевходы которых соединены между собой,вторые входы - с первой и второй шиной напряжения сравнения соответственно, первый триггер и первый эле-5 мент ЙЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого блока срав.нения и с первым входом первого триггера, второй вход которого подключен,к второму входу первого элемента ИЛИ 1 Ои к выходу второго блока сравнения,реверсивный счетчик импульсов, преобразователь код - аналог, второй элемент ИЛИ, генератор импульсов, первый ключ второй триггер первую линию задержки, вход которой соединенс первым входом второго триггера,первый выход которого подключен куправляющему входу первого ключа,информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов,а выход - с первым входом второгоэлемента ИЛИ, выход которого подклю"чен к счетному входу реверсивногосчетчика импульсов, выход которогосоединен с входом преобразователякод - аналог, первый, второй, третийи четвертый элементы совпадения, тай" мер, первый и второй регистры, блок деления, блок сравнения кодов, счетчик импульсов и второй ключ, выходкоторого соединен с вторым входомвторого элемента ИЛИ, информационныйвход второго ключа подключен к выходублока сравнения кодов и к первомувходу счетчика импульсон, второй входкоторого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с первымвходом блока сравнения кодов, втОрсйвход которого подключен к выходу блока деления, первый вход которого фОсоединен с выходом первого регистра, информационный вход которого подключен к выходу таймера, вход которого соединен с управляющим входом нторого регистра, введены вторая линия задержки, третий элемент ИЛИ, третий четвертый, пятый и шестой триггеры, блок уставок, первый и второй элементы 2 И-ИЛИ, третий блок сравнения и аналоговый блок вычитания, первый 50 вход которого подключен к входной шине, второй вход - к выходу преобразователя код - аналог, а выход - к перному входу первого блока сравнения и к первому выходу третьего бло ка сравнения, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с первым входом первого элемента совпадения, второй вход которого подключен к второму выходу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ и с первым входом третьего триггера, пер" вый выход которого подключен к пер вому входу второго элемента совпаде 65 ния и к первому входу блока устанок, второй вход - с выходом первого элемента совпадения и с первым входом первого элемента 2 И-ИЛИ, нторой вход которого подключен к выходу четвертого триггера, первый вход которого соединен с первым входом пятого триггера, с третьим входом счетчика импульсов, с управляющим входом первого регистра и с выходом первого элемента 2 И-ИЛИ, третий вход которого подключен к перному выходу второго триггера, четвертый вход - к перному входу третьего элемента ИЛИ и к выходу второго элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу перной линии задержки и к входу второй линии задержки, выход которой соединен с первым входом третьего элемента совпадения, выход которого соединен с вторыми входами третьего элемента ИЛИ и четвертого триггера, а второй вход третьего элемента совпадения - с вторым выходом третьего триггера, с вторым входом блока уставок и с первым входом второго элемента 2 И-ИЛИ, выход которого подключен к входу таймера и к второму входу пятого триггера, первый ныход которого соединен с вторым входом второго элемента 2 И-ИЛИ, третий вход которого соединен с вторым выходом пятого триггера и с упранляющим входом второго ключа, четнертый вход - с входом первой линии задержки и с выходом четвертого элемента совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ и с пятым входом второго элемента 2 И-ИЛИ, второй вход - с первым выходом пятого триггера, а третий вход - с третыю входом второго триггера и с выходом шестого триггера, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, при этом выход блока уставок соединен с вторым входом блока деления, причем первый выход первого триггера соединен с управляющим входом обратного счета реверсивного счетчика импульсов, управляющий вход прямого счета которого подключен к второму выходу первого триггера, а выход - к информационному входу второго регистра.На фиг, 1 приведена функциональная схема адаптивного аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 и 3 диаграммы, пояснякщие работу устройства.Преобразователь (фиг, 1) содержит ренерсивный счетчик 1 импульсов, преобразователь код - аналог 2, аналоговый блок 3 вычитания, перный 4, второй 5 и третий б блоки сравнения, первый триггер 7, первый 8 и второй 9 элементы ИЛИ, первый ключ 10, генератор 11 ячпульсов, первую 12и вторую 13 линию задержки, второйтриггер 14, первый 15, второй 16 итретий 17 элементы совпадения, третий элемент ИЛИ 18, таймер 19,первый 20 и второй 21 регистры, третий триггер 22, блок 23 уставок,5блок 24 деления, блок 25 сравнениякодов, второй ключ 26, счетчик 27импульсов, первый элемент 2 И-ИЛИ 28,четвертый 29 и пятый 30 триггеры,второй элемент 2 И-ИЛИ 31, четвертыйэлемент 32 совпадения, шестой триггер 33.Выход реверсивного счетчика 1 соединен с входом преобразователя 2,выход которого соединен с первыми 15входами блоков 4-6 сравнения, первый триггер 7, второй вход которогосоединен с вторым выходом первогоэлемента ИЛИ 8, второй элемент ИЛИ,второй вход которого соединен с вы Оходом первого ключа 10, информационный вход которого соединен с ныходомгенератора 11,импульса, первая линия 12 задержки, выход которой соединен с входом второй линии 13 задержки, второй триггер 14, второй выходкоторого соединен с первым входомпервого элемента 15 совпадения, второй элемент 16 совпадения, первыйвход которого соединен с входом второй линии задержки, выход которойсоединен с первым входом третьегоэлемента 17 совпадения, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 18, таймер 19,. выходкоторого соединен с первым входомпервого регистра 20, второй регистр 21, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика,третий триггер 22, второй выход которого соединен с вторым входом блока 23 уставок, выход которого соединен с вторым входом блока 25 сравнения кодов, выход которого соединенс первым входом второго ключа 26 ипервым входом счетчика 27 импульсов, 45первый элемент 2 И-ИЛИ 28, выход которого соединен с первым входом чет-.вертого триггера 29, пятый триггер 30, элемента 2 И-ИЛИ 31, пятыйэлемент 32 совпадения, выход Которо-, 50го соединен с входом линии задержки,шестой триггер ЗЗ, вход которого соединен с первым нходом первого триггера.Адаптивный аналого-циФровой преобразователь работает следующим образом.В исходном состоянии триггеры 14,22, 29, 33 установлены в состояниелогического нуля, что соотнетствует 60уровню логической единицы на первыхвыходах триггеров 14, 22, 30 и уровню логического нуля на выходах триггера 29 и 33, В счетчике 1 записанмаксимальный код, в счетчике импуль сов 27 - нулевой код. На вторые входы блоков 4-6 сравнения соотнетственно подано напряжение +Е, - Е и нулевой потенциал, при этом блоки 4-6 сравнения срабатывают при условиях Юэка-Ок ". ; Ояа - Окб и Оока Ок"В, где 0 ок - выходной сигнал преобразователя код - аналог 21допустимая разница преобразуемого и аппроксимирующего сигналов (апертурапреобразования).При включении устройства импульс рт генератора 11 через открытый ключ 10 и элемент ИЛИ 9 поступает на счетный вход счетчика 1, умень.- шая его содержимое.В момент времени окогда ОпкаЕ (ф иг. 2), вырабатывается импульс на выходе блока 4 сравнения, задним фронтом которого триггер 33 устанавливается в состояние логической единицы. Положительным фронтом сигнала с ныхода триггера 33 триггер 14 устанавливается н состояние логической единицы, при этом ключ 10 закрывается, В момент временило когда Оа О, срабатывает блок 6 сравнения, и импульс с его выхода, проходя через элемент 15 совпадения, устанавливает триггер 22 в состояние логической единицы, Когда разница Ооа - Ок станет меньше, чем значение - Я (момент времени 1 ), импульс с выхода блока 5 сравнения, пройдя чердз элемент 8 ИЛИ и элемент 32 совпадения, поступает на триггер 14 и линию 12 задержки, При этом триг" гер 14 устанавливается в состояние логического нуля, ключ 10 открывается, содержимое счетчика 1 начинает увеличиваться, Время задержкилиний 12 и 13 задержки выбирается из условия, чтобы при известной частоте следования ко импульсов генератора 11 состояние счетчика 1 изменилось за времяна значение, соответствующее изменению Опко на величину Е . В момент времени 1 + импульс с выхода линии 12 задержки, пройдя через элемент 16 совпадения и элемент ИЛИ 18, устанавливает триггер 14 в состояние логической единицы, триггер 22 - в состояние логического нуля, ключ 10 закрывается, при этом О яка (1 о +(.) ф 0 к(1 о ) е Этот же импульс с выхода элемента 16 совпа дения, пройдя элемент 2 И-ИЛИ 28, устанавливает триггер 30 э состояние логической единицы, счетчик 27 - в состояние логического нуля и записывает в регистр 20 кодовое значение е, поступающее с таймера 19 и соответствующее временному интервалу цпо оБлок 24 деления вычисляет значеЕ % 2 Е ние п 1;(н где п =1 кодовое значение, поступающее с блока 23 уставок, и равное в данном случае значению 5поскольку триггер 22 находится в состоянии логического нуля,.(коп.-1 ца триггер 22 установлен в состояние 10 погической единицы, то п соотнетствует числу.2),- прирост синана" ла Одц при изменении состояния счетчика 1 на один разряд.., Таким образом, в момент времени 1 о + открывается ключ 26 и импульсы с выхода блока 25 сравнения кодов .начинают поступать через ключ 26 и элемент ИЛИ 9 на счетчный вход счетчика 1.Интервалы времени между моментами появления импульсов на выходе блока 25 сравнения кодов зависят от 35значений ш и п. и равны 8 ф25о Наклон отрезка, соединяющего точкй Опко (Фо) и Ох ( Со ) (фиг. 2) ранен"1 ооьСо по 30 Крутизна выходного сигнала преобразователя код - аналог 2 начиная си Лмомента времени С + ь до момента времени 1 равна, ч.п.т,е. совпадает с 3 оТаким образом,в те моменты времени, когда триггер 30 находится в 40 состоянии логической единиаь, аппроксимирующий сигнал Оякопредставляет собой прямую линию, проходящую через точки Оока (Со) и Ох ( Со )В момент времени С, когда Ц ( ( 1 ) - 451 ка 1 - О ( С )Е, импульс с выхода элемента ИЛИ 8, проходя через элемент 32 совпадения, устанавливает триггер 30 в состояние логического нуля,произ .водит запись координат существенного отсчета преобразуемого сигнала в регистр: 21 и таймер 19. Этю заканчивается первый цикл преобразования.Таким образом, при восстановлении . исходногб сигнала полиномом первого порядка по существенным отсчетам (в данном случае по эначениям- Ца (о) и О пк ( С 1) погрешность восстановления не превышает значение +ЯЕ. Второй цикл преобразования (фиг, 2) заканчивается в момент нре мени 12, когда Ооко (,г) О(1 г)1 Е и впульс с выхода первого блока 4 сравнения, проходя через элемент ИЛИ 8, элемент 32 совпадения и элемент 2 ИИЛИ 31, записывает н регистр.21 и тминмвр 19 новые координаты существенного отсчета 0 а ц (Сг), Этот же импульс устанавливаем триггер 14 н сбстояние логического нуля, ключ 10 открывается сигнал О яа начинает уменьшаться В момент в емени С +2имп ьс Р г ул с выхода линии 13 задержки поступает через элемент 17 совпадения и элемент ИЛИ 18 на триггер 14, устанавливая его в состояние логическей единицы, к. этому времени Оо,х (С + +2)О х (Сг)- б.Этот же импульс с ныхоца элемента 17 сонпадения устанавливает триггер 29 в состояние логической единицы, В момент 1", когда О до, (С" ) . = Ох( Сго ), импУльс с выхода блока 6 сравнения поступает через элемент 15 совпадения,на триггер 22, устанавли" вая его в состояние логичесКой единицы, Этот же импульс, проходя через элемент 2 И-ИЛИ 28, устанавливает триггер 29 в состояние нуля, триггер 30 - н состояние логической единицы, в регистр 20 записывает значение айаг Сг -Сг, С этого момента времени ключ 26 открыт, импульсы с выхода блока 25 сравнения кодов поступают на счетчик 1. При этом сигнал ц ока изме ня ется по прямой (ф иг, 2), проходящей через точки Ойка Н )ек г и О ( Сг ), в момент времени С когда О оа (3) - Ох(СЗ)Езакайчивается третий цикл преобразования, в регистр 21 и таймер 19 заносятся координаты существенного отсчета "ока (Сз)Работа устройства н остальных циклах аналогична описанной ранее. Такж образом, предлагаемое устройство отличается от устройства.прототипа большим коэффициентом сжатия адаптинного преобразования, так как осуществлена днухпараметрическая адаптация по длительности интервала диев кретиэации и по степени аппроксимирующего полинома: аппроксимирующий сигнал О о (С) в зависимости от изменения сигнала может быть полиномом нулевого (участки С в : 1, С, в , Сг, 1 г в , С" ) порядка ипи первого порядка (участки 1 о т С 1 г С)На фиг. 3 представлен участок преобразуемого сигнала, соотнетстнующий первому интервалу дискретизации (фиг, 2), при этом с целью упрощения выкладок начало координат совмещено с очкой О ( С" ) . Известно, что преобразуемый сигнал на интервале дискретизации можно заменить полиномом, степень которого на единицу выше степени аппроксимирующего поли- нома, т.е. на интервале 6-;С сигнал можно описать выражением Ох(С)фаСг+ +И, а на интервале -Со тО выражением - 0 х ( С) = Ы .,;отсюдаЬ1 аМаксималЬное значение погрешности аппроксимации д (1) = Цща(1)- -0(1) достигается в момейт времени Р/2 и равно(3) В устройстве-прототипе интервал дискретизации определяется иэ условия 3 (1) каор (1)=а 1 +Ы. - ЪСф 6,ЕОтсюда прот= ,,Сравнивая подученное выражениес формулой (3), получаем 1 ф2Следовательно, при одинаковой погрешности только одна часть интервала,.дискретизации, а именно интервал0-,1 ф, вдвое больше интервала дискретизации устройства-прототипа,Аналогично вышеприведенному интервал -1 в ;О вдвое больше интерваладискретизации устройства-аналога.7 аким образом, предлагаемое устройство при одинаковой точности об"ладает значительно большим коэффициентом сжатия.Заказ 984/52 Тираи ВНИИПИ Государственн по делам ивобре 113035, Москва, 3-35, 862 Подпго комитета СССРтений и открытийРауыская наб., д. 4/5тЮг.уигород, улПроектная исное нтФ филиал ППП