Способ преобразования аналогового сигнала в цифровой код и устройство для его осуществления

72) Авторы изобретения ий и И, Я. Зару ктроники и вычислительной геН Латвийской ССР Инст(7.3) Заявитель ОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛАЙ КОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУШЕСТВЛЕНИЯ 4) СПОСОБВ ЦИФРО т Недостатк низкая точи ов, вко 1Изобретение относится к способами устройствам преобразования аналогового сигнала в цифровой коц и используемым в системах преобразования формы информации в измерительной и вычислительной технике,По основному авт. св. М 892704известен способ преобразования аналогового сигнала в цифровой коц, включаюшийгенерирование вспомогательного сигна-ла, моцулирование этим сигналом уровней квантования преобразуемого сигнала,одновременно квантование преобразуемого и вспомогательного сигналов и одновременное считывание цифровых значений квантованных величин преобразуемого и вспомогательного сигналов в моменты пересечения преобразуемым сигналомлюбого иэ моцулированных уровней квантования преобразуемого сигнала1. этого способа является при преобразовании си и есть участки иэменения, синфазные изменениям вспомбгательного сигнала.Известно устройство преобразовании. аналогового сигнала в цифровой оц по авт, св. СССР М 892704;5 соцержашее блок задания эталонных уровйей квантования, подключенный к входам блока квантования преобразуемого сит- нала, цругой вхоц которого подключен к источнику преобразуемого сигнала, регисг 1 о ры старших и младших раэряцов, генераор вспомогательного сигнала, первыйвыход которого подключен к входу блока зацания эталонных уровней и вхоцу блока квантования вспомогательного сигнала, второй выход генератора поцключен к управляющему вхоцу цешифратора, выхоц блока квантования преобразуемого сигнала поцключен к вхоцу формирователя строб-сигналов, выхоц которого подключен 20к входам стробирования регистров стар ших и млацших раэряцов, к входам которых подключены соответственно выхоцы блока квантования преобразуемого сию04 4 3 10053нала и блока квантования вспомогательного сигнала, а к выходам регистрастарших разрядов подключены входы дешифратора,Недостатком цанного устройства является низкая точность при преобразованиисигналов, в которых есть участки изменения, синфазные изменениям вспомогательного сигнала,Бель изобретения - повышение точности за счет увеличения числа отсчетов.Поставленная дель цостигается тем,что согласно способу преобразования,аналогового сигнала в цифровой коц,оцновременно с первым генерируют второй вспо%могательный сигнал, йарафазный первому,при этом первым вспомогательным сигналом моцулируют нечетные, а вторымвспомогательным сигналом - четныеуровни квантования, в моменты считывания цифровых значений квантованных сигналов сравнивают между собой текущееи прецыдушее цифровые значения квантовой величины преобразуемого сигнала,причем за старшие разряды цифрового ЭЗотсчета принимают текущее значение,если оно меньше предыдущего, или предыдущее, если оно меньше текущего илиравно ему, а младшие разряды отсчетаопределяют как цифровые значения кван- Эртованной величины первого вспомогательного сигнала, если млацший иэ старшихразрядов равен ф 1 ф, или инверсное цифро-вое значение этой квантованной величины,если млацший из старших разрядов равенф 0 фПричем в устройство преобразованияаналагового сигнала в цифровой коц введены второй блок задания эталонныхуровней квантований, блок сравнения иблок опрецеления коца млацших разрядовцифрового отсчета, первый вход которогосоецинен с выхоцом второго регистра,а второй вход - с .выхоцом блока сравнения, первый вхоц которого соединен свыходом первого регистра, а второй входс выходом блока квантования преобразуемого сигнала, третий вхоц которогосоединен с выхоцом второго блока зацания эталонных уровней квантований, вхоц,которого соединен с инверсным выхоцомгенератора вспомогательного сигнала. На фиг, 1 приведены временные циаг раммы, иллюстрирующие опрецеление мо- ментов считывания отсчетов; на фиг. 2 - фф принцип определения старших и младших квантов отсчета; на фиг. 3 - функциональная схема устройства цля реализации прецлагаемого способа; на фиг. 4 цругой вариант устройства для реализации предлагаемого способа.На фиг. 1 обозначено: преобразуемыйсигнал 1; кусочно-линейная аппроксимация 1 сигнала 1 по цифровым отсчетам; вспомогательный сигнал 2, извест-,ный по форме и ограниченный по длителы.ности Т, а по величине значением с,инверсный сигналу 2 второй вспомогательный сигнал 3 такой же формы, цлительностью Т и амплитуцы; четные уровниквантования 4; преобразуемый сигнал 5синфазный сигналу 2; нечетные уровни 6квантования; 7 - модулируемые согласноизменению сигнала 2 нечетные уровни 6квантования и согласно изменению сигнала 3 четные уровни квантования 4 вовремени; ТН начало преобразования;Т 1, Т 2 Т 10 - моменты пересечения сигналом 1 любого из уровней 7квантования.В качестве вспомогательных сигналов2 и 3, кроме сигнала треугольной формы, может быть выбран любой непрерывный сигнал известной формы; пилдобразный, синусоицальный и т,п.фиг, 2 содержит преобразуемый сигнал 8, уровни квантования 9 вспомогательного сигнала 2 с цискретностьюквантования 0,ГпГ=с, грубые кванты10 цифрового отсчета, кратные с;точные кванты 11 цифрового отсчета,кратные 1; Т 1, Т 8 - моменты считывания квантовых значений. Остальныеобозначения такие же, как на фиг. 1.Число и грубых квантов с опрецеляется величиной цинамического диапазонапреобразуемого сигнала. Для простотына фиг. 2 показано 4 уровня квантова-,ния, что соответствует и =:4. Число точных квантов 1 выбирае тся о, = тЮ, дляпростоты то =4, на фиг, 2,Величина периоца Т сигналов 2 и 3определяет максимальное время преобразования, Уменьшая Т, можно увеличивать быстродействие, сохраняя выбранную точность преобразования.В соответствии с фиг, 1 и 2 реализация способа происходит слецуюшим образом. До момента ТН результат преобразования отсутствует. Диапазон преобразования разбит уровнями квантования 4 и6 на области шириной , - дискретностью квантования преобразуемого сигнала, в частном случае на фиг. 1 на 8 областей уровнями квантования 0, 1 2,.7 10053 младших разрядов пифрового отсчета 21, к другому входу последнего подключен выход регистра 18, первый вход которого подключен к выходу блока квантова-. ния 15. Блок квангомния 16 может 5 быть набором компараторов, например, . напряжений на основе стандартных компараторов, первые входы которых объединены и попключены к входу 12, а другие подключены к отводам резистив 1 О ных делителей, которые являются выхо дами блоков 14 1 и 14-2. Блок 15 аналогичен 16.Устройство (фиг. 3) функционирует следующим образом.1Сигналами 2 и 3 с прямого и инверсного выходов генератора 13 мопулируюг уровни квантования 6 и 4 входного ситънала 8 (фиг. 2), поданного на вход уст,ройсгва 12. Четные уровни кмнгования1 4 задаются блоком 14-1, а нечетные .уровни квантомиия 6 блоком 14-2, С помощью блоков 16 и 15 производят одновременное квантование соответственно сигналов 8 и 2, в результате чего образуются квантованные значения сигналов 8 и 2. В моменты времени Т 1Т 8 пересечения модулированных уровней 7 с Зп преобразуемым сигналом 8 (фиг. 2) происходят переключение компараторов блока квантования 16 и на их выходах появляются сигналы изменения логических уровней (О1 и 1-эО), Блок срав 35 нения 20 осуществляет сравнение цифрового значения кванговвнной величины сигнала 8 на выходе блока 16 и предыдущего такого значения на выходе регистра 19 и в случае, когпа послепнее меньше первого, на выходе 19 выпеляет- ся значение выхода блока 10, а в случае когда значение на выходе блока 16 меньше или равно значению на выходе регистра 19, то на выходе 20 выделяется значение выхода блока 16. Изме,няющиеся логические сигналы с выходов компараторов блока квантования 16 по ступают на входы формирователя 17 ,строб-сигналов. Строб-сигналы поступают50 на стробируюшие вхопы регистров 19 и 18 и фиксируют в них квантованные значения сигналов 8 и 2 соответственно, При помощи блока 21, в зависимости от значения младшего разряда из старших разрядов отсчета на выходе 20, определяют младшие разряды отсчета, как равные величине на выходе регистра 18, если младший разряд старших раз 04 8 рядов единица, и равные инверсному значению величине иа выхопе регистра 18, если младший разряд иэ старшихразрядов равен нулю. Тем самым нв выходах блоков 20 и 21 формируются соответственно старшие и младшие раз ряды цифровых отсчетов сигнала 8 в моменты Т 1+Т 8.На фиг. 4 показан вариант функпио нальной схемы устройства для реализации способа, отличающийся ог устройст ва на фиг. 3 особенностями синхронизадии процессов кмнгования преобразуемо,го и вспомогательного сигналов и определения разрядов цифрового отсчета, гпе 12 - вход устройства, 13 - генератор вспомогательных сигналов 2 и 3 (фиг. 1), прямой выход которого, подключен к блоку 14-2 задания эталонных нечетных уровней квантования 6 (фиг. 1) и к блоку квантования 15 вспомогательного сигнала 2 (фиг. 1), инверсный выход подключен к блоку 14-1 эапания эталон" ных четных уровней квантования 4(фиг. 1 ); 16 - блок квантования сигналов, поданных на первый вход 12, вгорой и третий выхопы соединены с выхддом блоков 14-1 и 14-2 соогветсгвенно; 23 - блок сравнения цифровых кодов, первый и второй входы которого объеди" иены с первым и вторым вхопами перво го мультиплексора 25 и подключены к выходу блока 15 и выходу первого ре гистра 22 соответственно, первый выход блока 23 соепинен с сгробируемыми вхо дами первого регистра 22 и второго ре гистра 24, а второй - соединен с управляющим входом первого мультиплексора 25; 26 - вгорой мультиплексор, управляюший вход которого подключен к выхо.у младшего разряде мультиплексора 25,входы мультиплексора 26 подключены кпрямому и инверсному вьгходам второгорегистра памяти 24, управляющие входы которых соединены с выходом блока квантования 15 вспомогательного сигнала,Выходы мультиплексоров 25 и 26 являются цифровыми вйходами преобразователя и представляют выходные разряд ные шины старших и младшик разрядов соответственно. В качестве регистров 22 и 24 могут быть испольэомныЪаб(м ры элементов памяти, например триггеров любых типов, имеюших управляющие и стробируемые входы приема цифровой информации.В качестве блока сравнения копов 23 может быть использована любая цифровая9 1005304 10схема сравнения двоичных чисел, имею- авт. св, И 892704, о т л и ч а юпая первый выход, на котором формирует щ и й с я тем, что,с целью увеличеся сигнал, выдаваемый в момент измене- ния то юности за счет увеличения числания коца (больше или меньше), и второй отсчетов, оцновременно с первым геневыхоц, на котором формируется сигнал о.рируют второй вспомогательный сигнал,состоянии схемы после сравнения чисел:парафаэный первому, при этом первымв случае результата сравнения больше. вспомогательным сигналом моцулируют1, в случае "меньше"О", нечетные, а вторым вспомогательнымРазличие в синхронизации процессов сигналом четные уровни квантования,квантования преобразуемого и вспомога в моменты считывания цифровых значетельного сигнала, а также процессов . ннй квантованных сигналов сравниваютопределения старпих и младших разряцов между собой текущее и прецыцущеев устройстве по фиг. 4 по сравнению с цифровые значения квантованной величиустройством по фиг. 3 заключается в ны преобразуемого сигнала, причем заследующем. 13 старике разряды цифровогоотсчета приВ момент изменения кода на выхо-нкмают текущее значение, если оно меньце блока 16 сигналом с первого выхода ше предыцущего, или прецыдушее, еслиблока 23 осуществляется запись кванто око меньше текущего или равно ему, аванного текущего значения преобразуе- млацшие разряцы отсчета опрецеляютмого сигнала и вспомогательного сигна как цифровые значения квантованной вела в регистры 22 и 24 соответственно. дичины первого вспомогательного сигнаКроме того, сигналом с второго выходала, если младший иэ старших разрядовблока 23 одновременно коммутируетсяравен "1", илк инверсное цифровое звав 25 текущее квантованное значениечение этой квантованной величины, если,преобразуемого сигнала или предыдущее 23 младший из старших разрядов равен 0хранящееся в блоке 22. Тем самым при, 2, Устройство преобразования аналореальном быстродействии логическихгового сигнала в цифровой кац, .о т,л иэлементов возможное повторное измене ч а ю щ е е с я тем, что в него ввение кода вследствие быстрого изменения цены второй блок задания эталонныхвходного преобразуемого сигнала на вы Зо уровней квантования, блок сравнеййя й".ходе блока 16 не.повлияет на процесс бпок определения коца младших разряопрецеления младших разряцов цифрового дов цифрового отсчета, первый входотсчета и исключает возможность полу которого соединен с выходом второгочения сбоев результата преобразования регистра, а второй входс выходомКроме того, в данном устройстве отсут блока сравнения, первый вход которого-ствует необходимость формирования спе . соединен с выходом первого регистра,цкальных строб-сигналов цля записи теку- а второй вход - с выходом блоке квакщих значений квантованных величин. пре- гования преобразуемого сигнала, третийобразуемого и вспомогательного сигна-вхоц которого соецинен с вйхоцом втолов, фализуется запись непосредственно рого блока задания эталонных уровнейфронтом и спадом сигналов с выхоца квантований, вхоц которого соединен сблока сравнения кодов. инверсным выходом генератора вспомогательного сигнала.Источники информации,ф о р м у л а и з о б р е т е и и я принятые во. внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР1. Способ преобразования аналогово- % 892704; кл. Н ОЗ К 13/175,ю сигнала в цифровой коц по 20.04.77 (прототип).1005304 Ь. Заказ 192 Ю 77 Тираж 934 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ате ал Составитель А. КуэнецовРедактор А. Оолинич Техред М.Моштура Корректор М. Коста