Устройство для кусочно-линейной аппроксимации
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНОЙ АПЛРОКСИМАЦЙИ/содержащее первый и второй цифрраналЬговые преобразователи , интегратор и сумматор, первый и второй входы котброго соединены соответственно с выходом второго цифроаналогоаого преобразователя и выходом интегратора, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона восстанавливаемого сигнала, в него введен . аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен через первый ГцифроаналогхОвый преобразователь с входом интегратора, а вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу сумматора, причем вход второго цифроаналогового преобразователя является цифровым входом устройства, а управляющий вход цифроана (Л логсжого преобразователя - управляющим входом устройства.
,SU„„.10277 0
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
ООЩ1АЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ.И. ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3(э G 06 G /28
ЗСМК пъ
r ., 1
4 (21) 3411705/18-24 (22) 23.03.82 (46) 07.07."3. Бюл. и 25 (72) А.А.Солодимов, .Ю.В.Полубабкин и .В.М.йляндин
:.(71) Пензенский политехнический .ин-, ститут (53) 681.335-(088.8)
-. (56) 1. Авторское .свидетельство СССР я= 607236, кл. G 06 .0.7/30, 1976 °
2. Авторское свидетельство СССР
М:404097, кл. С 06- G 7/78, 1972.
3. Авторское свидетельство СССР
570071, кл. G 06 G. 7/28, 1976 (прототип) . .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КУСОЧНО"ЛИНЕЙНОЙ АППРОКСИМАЦИИ:, содержащее первый и .второй цифроаналоговые преобразователи, интегратор и сумматор, первый и второй входы котброго соединены соответственно с выходом второго цифроаналогового преобразователя и выходом интегратора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона восстанавливаемого сигнала, в мего введен аналого-цифровой преобразователь, вы; ход которого соединен через первый циФроаналодовый преобразователь с входом интегратора,.а вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу сумматора, причем вход второго циФроаналогового преобразователя является циФровым входом устройства, В е а управляющий вход первого цифроаналогового преобразователя - управляющим входом устройства.
С.
27740
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено в информационно-измерительным системам, цифровым вычислительным осциллографам, системам телеметрии, измерительным приборам и генераторам напряжения заданной формы для решения задачи восстановления и сглаживания дискретиэированных сигналов.
Известны устройства для кусочнолинейной аппроксимации, в которых используют последовательно соединенные цифровую схему временного разделения входного сигнала (коммутаторы, буферные регистры), два цифроаналоговых преобразователя и функциональный преобразователь, выход которого являет- ся выходом устройства (l ) и (2
Недостатком этих устройств, является низкая точность, обусловленная разомкнутостью структуры и накоплением погрешности преобразования, Основные узлы этих устройств работают в полном диапазоне входного сигнала, а это дополнительно усиливает требования по точности и быстродействию.
Кроме того, ограничены функциональные возможности данных устройств, так как входным сигналом является цифровой код, т.е. такие устройства могут восстанавливать только сигналы, представленные в цифровой форме и не могут вдсстанавливать аналоговые сигналы, представленные в дискретиэированной Форме.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для кусочно-линейной ап- . проксимации, содержащее первый регистр, вход которого соединен с входной шиной устройства, а выход - с. входом первого цифроаналогового преобразователя, а также через второй регистр с входом второго цифроаналогового преобразователя. Выходы обоих цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого. соединен через интегратор с первым входом сумматора-вычитателя, второй вход которого подключен к выходу второго цифроаналогового преобразователя. Ключ подключен параллельно накапливающей емкости интегратора. Шина управления устройства соединена с управляющим входом первого регистра и через схему распределения импульсов управления - с управляющими входами второго регистра и ключа 3).
В качестве недостатка устройства . следует отметить узкий частотный ди5 апазон, восстанавливаемого сигнала, обусловленный, во-первых, большим временем разряда накапливающей емкости интегратора, во-вторых, основная часть узлов (два цифроаналоговых
10 преобразователя, два регистра и второй сумматор-вычитатель) работают в полном диапазоне входного сигнала и это увеличивает к ним- требования по быстродействию, и, в третьих, ком15 мутационные переходные процессы выходного напряжения цифроаналогового преобразователя, а также переходные процессы, возникающие при разряде накапливающей емкости, будут прояв20 ляться в выходном сигнале устройства в виде выбросов напряжения.
Цель изобретения - расширение частотного диапазона восстанавлива-. емого сигнала. .25 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для кусочнолинейной аппроксимации, содержащее первый и второй цифроаналоговые преобразователи, интегратор и сумматор, З0 первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго цифроаналогового преобразователя и .выходом интегратора, введен аналого-цифровой преобразователь, выход
35 которого соединен через первый цифроаналоговый преобразователь с входом интегратора, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу сумматора, причем вход
40 втоРого циФРоаналогового преобразователя является цифровым входом устройства, а управляющий вход первого цифроаналогового преобразователяуправляющим входом устройства.
На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для кусочнолинейной аппроксимации; на фиг. 2— временные диаграммы его работы.
Устройство содержит первый и вто50 рой цифроаналоговые. преобразователи и 2, интегратор 3, сумматор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, На фиг. 2 на первом графике представлены входные сигналы сумматора
4 соответственно на первом и втором входах; на втором - выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 1; на третьем - выходной сигнал всего
:устройства.
3 1О277йа
Устройство работает следующим образом.
Цифровой код поступает на вход цифроаналогового преобразователя 2, на выходе которого Формируется сту- 5, пенчато-изменяющееся напряжение. Допустим, в момент времени t „(Фиг.2) на первом входе сумматора 1 установилось напряжение U а уравновешивающее напряжение обратной связи U на втором входе сумматора 11 равно, нулю. Следовательно, на вход аналого-цифрового преобразователя 5 поступит разность напряжений дО„=U -О=
=Ц„ и преобразуется им в код М 1. 15
После установления на входе первого цифроаналогового пре6бразователя кода М происходит стробирование в момент времени t входного регистра
1 цифроаналогового преобразователя 1 20 и запись в него кода М . В этот же момент времени t входйой код при1 нимает новое значение М, которое,, преобразуясь вторым цифроаналоговым преобразователем 2 в напряжение 25
U> поступает на первый вход сумматора 4.
B цифроаналоговом преобразователе код М „ преобразуется в напряжение ц„, равное дО„, а затем в линейно- 30 изменяющееся напряжение интегратором
3,. причем пост6янная времени его выбирается таким образом, чтобы через время Т =й„-„-t; s момент времени напряженйе U на. выходе интегратора 35
3 стало равно U U<, После чего на выходе сумматора 4 напряжение ста- (Ф, новится равным
AU2-U2-uqкоторое затем преобразуется аналогоцифровым преобразователем 5 в код М, и в момент времени t, „последний записывается в входной регистр цифроаналогового преобразователя 1..В 45 это же время снова появляется приращение входного кода. Во всех последующих тактах устройство работает аналогично.
Таким образом, выходное напря- so жение устройства представляет собой кусочно-линейную функцию времени
Р>z<<(t) которая, будучи сдвинута на время Т, совпадает с входным сигналом в моменты времени, t1, у 1+;
Цифроаналоговый преобразователь
1 и интегратор 3 выполнены соответственно в виде преобразователя код ток и накапливающей емкости. Такое исполнение позволяет не только упростить устройство эа счет исключения узлов, осуществляющих промежуточные преобразования тока в напряжение и наоборот, но и увеличить быстродействие, так как в тракте преобразова" ния отсутствует усилитель, имеющий, как правило, низкие динамические характеристики (большую постоянную времени ь ) . для восстановления непрерывного сигнала x(t).необходимо провести аппроксимацию, в результате которой на каждом участке дискретизации между известными в отдельные моменты времени значениями x(t) заменяется отрезком линии, изменяющейся по onределенному закону (линейному, параболическому и т.д.) . Известна (1 ) однозначная зависимость при линейном способе аппроксимации между периодом дискретизации Т и верхней частотой F восстанавливаемого сиг" нала x(t) которая может быть выражена через максимальное значение своей второй производной х -" (t)
f1lCfK
83ап, (.1 )
А Х-" „(t) где j"„и- относительная погрешность аппроксимации.
Для предлагаемого устройства Т* в конечном итоге определяется переходными процессами отдельных узлов устройства, а именно цифроаналогового преобразователя 2, сумматора ч и аналого-цифрового преобразова" теля 5. Эти переходные процессы вводятся к одному, если режим работы аналого-цифрового преобразователя 5 асинхронный. По окончании установления переходных процессов в цифроаналоговом преобразователе 2, сумматоре ч и аналого-цифровом преобразователе 5 стробируется в некоторый момент времени t . (Фиг. 2).
М
1 входнои ре ги ст р цифроаналогового преобразователя 1 (или выходной регистр аналого- цифрового преобразова-. теля 5 и начинается переходной про- . цесс в цифроаналоговом преобразователе 1 и интеграторе 3. 8 тот же самый момент времени и ° может быть подано новое значение кода на цифроаналоговый преобразователь 2.
Так как эти операции идут параллельно во времени, то период дискретизации определяется большим суммар5 10277 ным временем установления переходных процессов либо в цифроаналоговом преобразователе 2, сумматоре
4 и аналого-цифровом преобразователе 5, либо в цифроаналоговом преобразователе 1 и интеграторе 3. Как правило, из всех этих узлов интегратор 3 является самым инерционным звеном, так как выполняется на основе операционного усилителя (сумма- iO тор 4 представляет собой дифференциальный каскад на двух транзисто" рах, имеет очень малое время задержки и, как правило, является входным каскадом аналого»цифрового iS преобразователя 5). Поэтому мини1 мальное значение ТА ;,определяется временем установленйя суммарного переходного процесса цифроаналогового преобразователя 1 и иитеграто" 3В ра 3, т.е. и 3 где t - время установления выходного напряжения или тока ;ц цифроаналогового преобразователя 1; и - время задержки интеграто31
Ра 3 °
Цифроаналоговый преобразователь Зв
2 и аналого-цифровой преобразователь 5 с дифференциальным каскадом на входе имеет значительно меньшее время установления, так как в. настоящее время возможно выполнить циф3$ роаналоговый преобразователь с вре" менем преобразования 20 нс и по.грешностью установления выходного сигнала 0, 1:0,2ã., а аналого-цифро" вой преобразователь с.дифференциальным каскадом на входе с погрешностью преобразования 33 (что соот40 4 ветствует пяти двоичным разрядам) имеет также очень малое время преобразования.
Минимальный такт дискретизации устройства прототипа зависит в конечном итоге (так же как и в предлагаемом устройстве) оТ времени установления переходных процессов от" дельных узлов устройства, а именно цифроаналоговых преобразователей, сумматора времени разряда емкости и собственной задержки, т.е. Т .,„) .(3).
Из сравнения неравенств (2) и (3) следует., что минимальный такт дисI кретизации Т щ1„для предлагаемого . устройства значительно меньше чем
Т- „ для прототипа, т.е. и
Й
Т . <<Т
*rhin * min
Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для восстановления сигнала, представленного в цифровой Форме, а -также в дискретной форме. Оно может быть использовано и для фильтрации непрерывного аналогового сигнала. При работе устройства с сигналом, представленным в цифровой Форме, последний поступает на вход цифроаналогового преобразователя 2, при обработке дискретного сигнала или непрерывного входной шиной устройства будет первый вход сумматора 4. Цифроаналоговый преобразователь 2 при этом не используется. Дискретизация непрерывного. сигнала происходит в аналого-цифровом преобразователе 5. Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается еще и по функциональным возможностям от известного, которое работает только с цифровым сигналом. 1027740
Ь у1
8i l c
Составитель С. белан
Редактор f.. Лушникова Техред Л. Пекарь Корректор ОЛигор
Заказ 4742/5Ь Тираж 706 . Подвесио®
ВНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий .113635 Иосква,,N-35-, Рауаскэв наб., д. 4/5
° ее ею е юв м е авек еюеюЕююе юеюиа
Филиал Йцй ".Патент", r. Умгород, ул. Проектная, 4
