Вероятностный преобразователь аналог-код

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки информации. В устройстве с целью позьшения -точности и быстродействия первый и второй генераторы псевдослучайных чисел формируют последовательность чисел с периодами Н-2 тактов и М - 1 тактов соответственно . По сигналу Пуск сбрасываются в ноль счетчики и триггер, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И на входы синхронизации первого и второго генераторов и второй вход элемента И. На первый вход этого элемента поступает сигнал с выхода компаратора. Если случайное напряжение на выходе ЦАП меньше, чем напряжение на входной шине, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал и импульс через элемент И проходит на счетный вход сметчика, в результате чего содержимое счетчика увеличивается на единицу. В противном случае содержимое счетчика не изменяется. По истечении времени преобразования N тактов h/2-. разрядный счетчик времени переполняется и триггер по заднему фронту имаульса устанавливается в единичное состояние. Результат преобразования .снимается с-вькодных шин. 1 ил. с (О (Л IN ГО СО со ел

союз советских социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (д)) 4 Н 03 М 1/04 госуда старинный номитат ссс)

AO 4EflAM HSO)-PETEHHA И OTHPbfTNA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3766005/24-24 (22) 28.06.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им.. акад. В.Н.Образцова (72) Г.В.Добрис, В.В.Яковлев и Хайнц Георг Накке (DD) (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство ССОР

¹ 756626, кл. Н 03 К 13/02, 1981.

Билинский И.Я., Микелсон А.К.

Стохастическая цифровая обработка непрерывных сигналов. Рига: Зинатне, 1983, с. 12-15, рис. 12б. (54) ВЕРОЯТНОСТНЬ)) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

АНАЛОà — КОД (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки информации. В устройстве с целью повышения точности и быстродействия первый и второй генераторы псевдослучайных чисел формируют последоваnlrb тельность чисел с периодами )) -2

ÄÄSUÄÄ 1229950 А I тактов и М = 2" 2 — ) тактов соответственно. По сигналу "Пуск" сбрасываются в ноль счетчики и триггер, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И на входы синхронизации первого и второго генераторов и второй вход элемента И. На первый вход этого элемента поступает сигнал с выхода компаратора. Если случайное напряжение на выходе ЦАП меньше, чем напряжение на входной шине, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал и импульс через элемент И с проходит на счетный вход счетчика, ж в результате чего содержимое счетчика увеличивается на единицу. В противном случае содержимое счетчика не изменяется, По истечении времени преобразования N = 2 тактов н/2". Д разрядный счетчик времени переполняется и триггер по заднему фронту импульса устанавливается в единичное состояние. Результат преобразования Ю .снимается с выходных шин. 1 ил. сФ

1229950 2

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки ин- формации.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и точности преобразования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит шину 1 "Начальная установка", шину 2 тактовых ,импульсов, шину 3 "Пуск", первый эле,мент И 4, первый 5 и второй 6 генераторы псевдослучайных чисел, первый счетчик 7, цифроаналоговый преобразователь 8, входную шину 9, триггер 10, компаратор 11, второй элемент И 12, второй счетчик 13, выходные шины 14.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу "Начальная установка" первый и второй генераторы 5 и 6 псевдослучайных чисел устанавливаются в исходное состояние. По сигналу

"Пуск" сбрасываются в ноль счетчики

7 и 13 и триггер 10, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 4 на входы синхронизации первого и второго генераторов псевдослучайных чисел и второй вход элемента И 12. На первый вход этого элемента поступают сигналы с выхода компаратора 11. Если случайное напряжение на выходе ЦАП 8 меньше, чем напряжение на входе 9 преобразователя, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал

I и тактовый импульс через элемент

И 12 проходит на счетный вход счетчика 13, в результате чего содержимое счетчика 13 увеличивается на единицу. В,противном случае содержимое счетчика не изменяется. В каждом такте состояние выходов ГПСЧ 5 и 6 изменяется и на выходе IQQI формируется новый уровень случайного напряжения, которое сравнивается с помощью компаратора 11 с преобразуемым аналоговым сигналом.

Генератор псевдослучайных чисел 5, подключенный к входам старших разрядов ЦАП, формирует последовательность псевдослучайных чисел с периодом N2" тактов, в которой каждое

n/2 — разрядное двоичное число встре

Х

eeI

1 чается один раз. Генератор 6 псевдослучайных чисел, подключенный к входам младших разрядов ЦАП, формирует последовательность псевдослучайных

5 чисел с периодом М = 2" -1, в которой отсутствует единственное число, состоящее иэ n/2 нулей. По истечении времени преобразования N=2 н г тактов n/2-разрядный счетчик 7 времени переполняется и триггер 10 по заднему фронту импульса на своем счетном входе устанавливается в единичное состояние. При этом выработка тактовых импульсов на выходе элемента И 4 прекращается, устройство останавливает свою работу. Результат преобразования (n/2+1)-разрядный двоичный код считывается из счетчика 13.

Дополнительный (n/2+1)-й разряд счет20 чика 13 необходим для запоминания единицы переноса в случае вероятностного преобразования входных сигналов, близких по уровню к опорному напряжению ЦАП.

Для возобновления работы преобразователя на вход 3 устройства подается сигнал " Пуск", который устанавливает в исходное состояние счетчик 13 результата и триггер 10 и инициализиЗ0 рует поступление тактовых импульсов на входы 5-го и 6-го блоков элемента

12. При этом начальное состояние

ГПСЧ 6 будет другим, чем в предыдущем цикле преобразования, так как пери35 од 9 последовательности псевдослучайных чисел на выходе этого генератора на один такт меньше, чем время преобразования N=2 тактов. п 2

Пусть

40 Uan; Поп — + --»-+ дЦ в „2ча "sx» где 0 i;

3 «а 2 ")2 1

В периоде последовательности псев45 дослучайных чисел на выходе блока 5 имеется 1 значенИй МЕНЬШих, чЕм

i и одно число, равное i Этому числу, появляющемуся на выходах ГПСЧ 5, соответствует некоторое

50 число из последовательности на выходе ГПСЧ 6, которое может быть как больше, так и меньше величины 1. Поэтому количество единиц, накопленных счетчиком 13 за период преобразования (г

N=2 тактов, равно

i+1 с вероятностью Р= †-2и! 1 (1) с вероятностью I-P.

3 1229

Откуда математическое ожидание

2е(г

-M(X ) = i+ Ð и!г 2"

+ j 2

2ll/7 — 1 (2) Соответственно этому ошибка пребразования

-nI2 0ек (X ) — — «ек

Uoï 1

2» (2юг 1) >Unix (3) Uon Usх

30 величины f и — — "- равномерно расееР U<

В известных аналогах совместно с и-разрядным цифроаналоговым преобразователем работает и-разрядный гене- 4О ратор случайных или псевдослучайных чисел. При этом результат преобразования оценивается из N=2" тактов ра-, 1 боты, а ошибка преобразования определяется по известной формуле.

Это же устройство может работать с сокращенной разрядностью выходного кода (до п/2 разрядов). При этом время. преобразования уменьшается в 50

2 " раз (N=2 тактов), но погрешность величивается пропорционально 12" . В приведенном расчете при, n=10 и числе разрядов выходного кода п/2 = 5 погрешность преобразова- 55 нияЕ „псе «17,3 .

В предлагаемом устройстве с целЬЮ повышения точности преобразОвания

Первая часть выражения определяет вероятностную составляющую ошибки преобразования с, вторая часть обусловлена дискретностью ЦАП, При

1l7

1=0 iEepp =О, при j=2 -1 Я,„= 2 . 2б

Величина: ---- также лежит в предел вх

UUon лах 0 - 2 ", Таким образом, погрешность, обусловленная дискретностью

ЦАП, в предлагаемом устройстве ком. д пенсируется составляющей Ев . При случайных входных сигналах с разброUoh сом значений U )) вх мах пх хаим

950 4 .. (или быстродействия) осуществляется детерминированное преобразование основной части входного напряжения

/2 и вероятностное преобразои, nI2

I

° Uh Опп к вание остатка U -i — — — + - —. Тавх 2 nate 2 ht1 кое разделение функций преобразователя приводит к тому, что детерминированное преобразование осущест"

-nI7 вляется точно (с дискретностью 2 ) за N = 2 "12 тактов. Вероятностное преобразование остатка реализуется за то же время с погрешностью по математическому ожиданию E

Рг 2 ° ПPH STOH IIQ грешность преобразования зависит только от остаточной части напряжения и не превышает величины 2 ", где ив разрядность ЦАП.

Таким образом, точность работы предлагаемого вероятностного преобразователя аналог — код существенно выше соответствующих аналогов, в которых погрешность зависит от полного входного напряжения (ш х

Пsx

= — --), а не от остатка по величиоп

2""

Если s вероятностном преобразователе с числом разрядов ЦАП n=12 погрешность преобразователя f 0,024 оценивается по математическому ожиданию выходного кода M(X, ), то очевидно, что детерминированная погрешность в каждом цикле преобразования определяется разрядностью выходного кода ХОР, Равной n/2, и не пРевышает единицы младшего значащего .разряда. Соответствующая погрешность известного устройства при числе разрядов выходного кода n/2=6 E а р =о,ее

4 12х5Х, что в 8 раз больше, чем у предлагаемого устройства.

Дополнительный фактор повышения точности в предлагаемом преобразователе состоит в том, что в нем снижается практически до нуля погрешность, обусловленная конечной разрядностью ЦАП. Hs формулы (3) видно, что эта составляющая вычитается из вероятностной составляющей погрешности б ., а так как обе составляющие погрешности не зависят друг от друга, математическое ожидание общей погрешности преобразования Г равно нулю .

% l 2299

Повышение быстродействия в предлаn z гаемом устройстве B 2 раз по срав нению с известным достигается в случае, когда разрядность выходного кода в известном устройстве равна и.

Точность работы. обоих устройств при этом примерно одииакова.

Формула изобретения

r t0

Вероятностный преобразователь аналог — код, содержащий первый генератор псевдослучайных чисел, первый элемент И, первый вход которого является шиной тактовых импульсов, а выход соединен с.первым входом перво15 го генератора псевдослучайных чисел и счетным входом первого счетчика, вы" ход старшего разряда которого подключен к счетному входу триггера,инверсный выход которого соединен с вторым

20 входом первого элемента И, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и компаратор, второй вход которого является-входной шиной, 25 а выход соединен с первым входом вто50 6 рого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход — со счетным входом второго счетчика, первый вход которого соединен с установочными входами первого счетчика и триггера и является шиной "Пуск", а выходы второго счетчика являются выходными шинами, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования, в него введен второй генератор псевдослучайных чисел, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, а второй вход объединен с вторым входом первого генератора псевдослучайных чисел и является шиной "Начальная установка", при этом входы старших разрядов цифроаналогового преобразователя подключены к выходам первого генератора псевдослучайных чисел, а входы младших разрядов цифроаналогового преобразователя подключены к выходам второго генератора псевдослучайных чисел.

ВНИИПИ Заказ 2459/58 Тираж 816 Подписное

Производств -полиграф. пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4