Устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова

 

(72) Авторы изобретения

P.Â. Агеев, Е.Б. Воронцов, Г.А. Захарова и B.È. Лось вано ва (7l j Заявитель (5") УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО

СИГНАЛА В КОДОВЫЕ СЛОВА

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых анализаторах спектра, работающих в реальном . масштабе времени для амплитудно-временного квантования аналоговых сигналов.

По основному авт. св. Р 562916 известно устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова, которое содержит усилитель, элемен«т задержки, блок вычитания, устройство оценки погрешности, два аналоговых ключа, блок компараторов, синхрониза" тор, коммутатор, усилитель-ограничитель, три преобразователя код-напряжение, устройство выделения огибающей сигнала, сумматор, дискриминатор, счетчик и кодирующее устройство, причем первый вход усилителя подключен к шине аналогового сигнала, а второй вход через первый преобразователь код-напряжение соединен с первым входом дискриминатора, второй вход ко2 торого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к шине выходного сигнала, и выходом счетчика, вход которого подключен к шине ввода заданного значения кода, а выход -ycus лителя соединен через элемент. задержки с первым входом блока вычитания и с первым входом первого аналогового ключа непосредственно, второй вход которого соединен с первым входом коммутатора и первым входом синхро" низатора, второй выход которого подключен к первому входу второго аналогового ключа и второму входу коммутатора, а выход первого аналогового ключа подключен к первому входу блока компараторов, выход которого соединен с первым входом кодирующего уст,ройства, а второй вход с выходом второго аналогового ключа, второй вход

20 которого через усилитель-ограничи-тель соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с первым входом устройства оценки по03 4

3 10053 грешности, второй вход которого cbeдинен с выходом устройства выделения огибающей сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока вычитания и через второй преобразова- тель код-напряжение " с первым входом сумматора и первым выходом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом кодирующего устройства, а второй выход через третий преобразо- 1в ватель код-напряжение — со вторым входом устройства выделения огибающей сигнала и непосредственно со вторым входом сумматора «1 j.

Указанное устройство организова- 1 но таким образом, что формирование полноразрядных кодовых слов осуществ . ляется в два этапа при исгользовании одного кодирующего устройства, причем на первом этапе формируются стар- 26 шие разряды кодовых слов, а на втором этапе - младшие разряды кодовых слов, Подобный способ формирования ко. довых слов существенно упростил устройство в целом, но при этом потре- 2 бовалось повысить требование к элементу задержки, к усилителю-ограни-. чителю и к синхронизации процесса обработки.

В известном устройство для форми" Зб рования кодовых слов по указанному правилу используются два аналоговых ключа, на которые с синхронизатора поступают сдвинутые во времени импульсы управления. В момент коммутации аналоговых ключей образуются выбросы напряжений, которые суммируются с сигналом и приводят к неточной фиксации значения сигнала в блоке компараторов. При значении напряжения сигнала меньше по абсолютной величине, чем амплитуда выброса в блоке компараторов фиксируется амплитуда выброса, а не амплитуда чходного сигнала, т.е. в известном устройстве имеется нерабочая зона, которая может составлять до 403 от всего динамического диапазона изменения амплитуд сигналов. Отсюда видно, что указанное устройство не обеспечивает преобразование малых значений аналоговых сигналов в кодовые слова и, тем самым, динамический диапазон преобразований становится узким.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразования аналоговых сигналов путем исключения влияния выбросов напряжений на процесс преобразования.

Цель достигается тем„ что в устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова введены два дополнительных элемента задержки, элемент ИЛИ и формирователь импульсов, при этом первый и второй выходы синхронизатора через дополнительные элементы задержки соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу кодирующего устройства. На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит усилитель 1, вход 2 устройства, элемент 3 задержки, блок 4 вычитания, устройство оценки погрешности, аналоговый ключ 6, блок 7 компараторов, аналоговый ключ

8, синхронизатор 9, коммутатор 10, усилитель-ограничитель 11, преобразователь 12 код-напряжение, устройство

13 выделения огибающей сигнала, сумматор 14, преобразователь 15 код-напряжения, дискриминатор 16, счетчик

17, преобразователь 18. код-напряже-: ние, кодирующее устройство 19, вход

20 устройства, выход 21.устройства, элемент 22 задержки, элемент 23 задержки, элемент ИЛИ 24 и формирователь 25 импульсов.

При этом первый вход 2 усилителя

1 соединен с шиной входного аналогового сигнала. Выход усилителя 1 через элемент 3 задержки соединен с первым входом блока 4 вычитания и с первым входом устройства .5 оценки погрешности. Кроме того, выход усилителя 1 подключен к первому входу первого аналогового ключа 6, выход которого соединен с первым входом блока 7 компараторов. Второй вход блока

7 компараторов соединен с выходом второго аналогового ключа 8, первый вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 9 и второму входу коммутатора 10 а второй вход - к выходу усилителя-ограничителя 11, вход которого соединен с выходом блока 4 вычитания. Второй вход блока 4 подключен к выходу второго преобразователя

12 код-напряжение и к первому входу устройства 13 выделения огибающей сигнала. Первый выход коммутатора

10 соединен с входом второго преобразователя 12 код"напряжение и с первым входом сумматора 14. Второй выход коммутатора 10 соединен с входом б 10053 третьего преобразователя 15 код-напряжение и со вторым входом сумматора 14, выход которого связан со вторым входом дискриминатора 16. Первый вход дискриминатора 16 соединен с вы- 5 ходом счетчика 17 и с входом первого преобразователя 18 код-напряжение, выход которого подключен ко второму входу усилителя 1, Первый выход синхронизатора 9 соединен со вторым вы- io ходом аналогового ключа 6 и первым входом коммутатора 10, третий вход которого через кодирующее устройство

19 подключен к выходу блока 7 компараторов. Выход третьего преобразователя 15 код-напряжение соединен со вторым входом устройства 13 выделения огибающей сигнала, выход которого подключен ко второму входу устройства 5 оценки погрешности. Вход gp

20 счетчика 17 соединен с шиной ввода заданного значения кода, а выход

21 дискриминатора 16 является выходом устройства. Первый и второй выходы синхронизатора 9 через Эле- 25 менты задержки 22 и 23 соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 24, выход которого через формирователь 25 импульсов связан со вторым входом кодирующего уст- Зв ройства 19.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый сигнал поступает на вход 2 усилителя 1. При этом, если ,35 осуществляется преобразование знакопеременных и отрицательных аналоговых сигналов, то зная динамический диапазон изменения сигнала, по входу 20 в счетчик 17 записывается код, соответствующий значению аналоговых отрицательных сигналов. Значение кода переписывается в дискриминатор

16 и в преобразователь 18. Напряжение с выхода преобразователя 18 в качестве напряжения смещений подается на усилитель 1. Аналоговый сигнал с заданным значением постоянной составляющей поступает на первый вход ключа 6 и через элемент 3 задержки в

50 качестве сигнала-копии на первые входы блока 4 вычитания и устройства 5 оценки погрешности. На второй вход ключа 6 поступают первые управляющие импульсы с синхронизатора 9, формирующего парные импульсы, временной интервал между которыми сопряжен с временем задержки элемента 3. Аналоговый сигнал ключом 6 преобразуется

03 6 в решетчатую функцию, значение выборок которой подается на вход блока 7 компараторов. Кодирование значений выборок осуществляется в реальном масштабе времени. Это достигается благодаря тому, что если значение выборки превышает уровень квантования первого и второго компараторов, то в кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируется до тех пор, пока задержанный (элемент задержки

22) и сформированный по длительности первый синхроимпульс не поступает на вход кодирующего устройства 19. В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуется в двоичный код, который через коммутатор 10 записывается в старшие разряды сумматора 14.

Кроме того, этот код поступает на вход преобразователя 12 код-напряже" ние, с выхода которого напряжение поступает на первый вход устройства

13 выделения огибающей сигнала и на второй вход устройства 4 вь:читания.

Разностный сигнал (погрешность квантования) с выхода блока 4 вычитания поступает на усилитель-.ограни" читель 11, коэффициент передачи которого равен й, где М вЂ” число компараторов в блоке 7. Усиленный разност ный сигнал поступает на второй вход аналогового ключа 8, на первый вход которого подается второй импульс с синхронизатора 9, который также поступает на второй вход коммутатора

10. При этом ко второму выходу коммутатора 10 подключается преобразователь 15 и вход младших разрядов сумматора 14.

Выборки с выхода ключа 8 подаются на второй вход блока 7 компараторов.

В кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируется до тех пор, пока задержанный (элемент задержки

23) и сформированный по длительности (формирователь 25 импульсов) второй синхроимпульс не поступает на второй вход (через элемент ИЛИ 24) кодирующего устройства 19, В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуется в двоичный код, кото" рый через коммутатор 10 записывается в младшие разряды .сумматора 14 и в виде напряжения с преобразователя 15 поступает на второй вход устройства

13 выделения огибающей сигнала.

Аналоговые сигналы с выходов элемента 3 задержки и устройства 13 выделения огибающей сигнала подаются

7 10053 на устройство 5, 8 котором оценива« ется значение погРешности преобразования аналогового сигнала (устройство отображения информации), Кодовые слова с -заданной разрядностью с» выхода сумматора 14 подаются на второй вход дискриминатора 16 кодовых слов, сравниваются со значением кода счетчика 17, соответствую. щим значению постоянной составляющей,16 с выхода усилителя 1, и разностное значение кодов разрядностью и+1 (с учетом знака) поступают на выход 21 устройства.

При коммутации ключами аналоговых 1З непрерывных случайных процессов с целью их дискретизации во времени образуются выбросы напряжений, которые, складываясь с;гсигналом,приво" дят к неточному двоичному кодированию,20

В данном устройстве осуществляется стробирование не в аналоговой части устройства, а в цифровой. При этой для нейтрализации выбросов формируются задержанные на заданное время уз- 25 кие стробы, в пределах которых от" сутствуют выбросы и осуществляется фиксация значения данного позицион" ного кода в цифровой части устройства. 36

Данное устройство Ilo сравнению с известным, которое.принимаету в каю честве базового объекта, обеспечива ет расширение динамического диапазона преобразования аналоговых сигналов.

Указанный положительный эффект до"

03 8 стигается за счет того, что полностью исключается влияние выбросов напряжений на формирование значений кодовых слов. Нейтрализация выбросов напряжений позволила на 403 расширить динамический диапазон аналоговых сигналов, которые преобразуются в кодовые слова. формула изобретения е

Устройство преобразования анало,гового сигнала в кодовые слова go авт. св. 11 562916, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразования аналоговых сигналов путем исключения влияния выбросов напряжений на процесс преобразования, в него введены дВа дополнительных элемента задержки, элемент ИЛИ и формирователь импульсов, при этом первый и второй выходы синхронизатора через дополнительные элементы.задержки соединены с первым и вторым. входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу кодирующего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

562916, кл. H 03 K 13/17ю 1975 (прототип).

1005303

Заказ 1925/77

Тираж. 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССP по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Солодова

Редактор А. Долинич Техред С.Мигунова Корректор И. Коста