Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к области электроизмерительной и вычислительной техники и может бьй-ь использовано для преобразования быстро изменяющихся во времени сигналов и цифровой код в условиях действия импульньгх покех. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности, достигается за счет обеспечения алгоритма аналого-цифрового преобразования , использующего избыточное представление кодового эквивалента преобразуемой величины И;. Выходной код представляется разрядами основного и дополнительного преобразователей код-напряжение, при этом их i-е разряды образуют 1-ю группу кода, в которой разряды имеют одинаковую массу, кратную степени.2. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (59 4 Н 03 M 1 38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСИОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3717668/24-24 (22) 03.04.84 (46) 15.11,86. Бюл. У 42 (72) Н.В.Алипов и A.È.Òèì÷åíêî (3) 681.325.(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 954512 кл. Н 03 К 13/17, 1982. . Авторское свидетельство СССР

В 439913, кл. Н 03 К 13/17, 1974. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной и вычислительной техники и может бать использовано для преобразования быстро изменяю„„Я0„„1270895 А 1 щихся во времени сигналов и цифровой код в условиях действия импульных покех. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и точности, достигается эа счет обеспечения алгоритма аналого-цифрового преобразования, использующего избыточное представление кодового эквивалента преобразуемой величины И,„. Выходной код представляется разрядами основного и дополнительного преобразователей код-напряжение при этом их i-е раз1 ряды образуют 1-ю группу кода, в которой разряды имеют одинаковую массу, кратную степени.2. 2 ил.

127 0Â95

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования быстроизменяющихся во времени сигналов в цифровой код в 5 условиях действия импульсных помех.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и точности.

На фиг,1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 (а, 1О б, в) — диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий -3 элементы сравнения, трехфазный генератор 4, первый 5, 15 второй 6, третий 7 и четвертый 8 двухразрядные сдвигающие регистры, распределитель 9 таковых импульсов, основной 10 и дополнительный 11 преобразователи кода в напряжение (ПКН), блок 20

12 контрольных напряжений, цифровой сумматор 13, основнои аналоговыи сумматор 14, основной 15 и дополнительный 16 аналоговые вычитатели, элементы И 17.-20 соответственно первый, 25 второй, третий и четвертый, первый 21 и второй 22 элементы ИЛИ, а также шину "Запуск", первые элементы И ?3, вторые элементы И 24.

В предлагаемом устройстве исполь- 30 зуется алгоритм аналого-цифрового преобразования, использующий избыточI ное представление кодового эквивалента преобразуемой величины U„. Выходной код представляется разрядами основного 10 и дополнительного 11 ПКН„ при этом их i-e разряды образуют i-ю группу кода, в которой разряды имеют .одинаковые веса, кратные степени 2.

Двоичный эквивалент величины U no окончании цикла преобразования образуется суммированием кодов основного

10 и дополнительного 11 ПКН на выходе цифрово> о сумматора 13.

Процесс уравновешивания преобразуемой величины определяется следующим образом:

U» (i==n)

=h 4.(QZ" +Ь (i) 2" =hP (s(i)+

+ " (i))2 где n — число разрядов основного 10 и дополнительного 11 ПКН;

И, (1), U (1) — напряжение на выходах со1 55 ответственно основного 1 0 и дополнительного 11 ПКН;

h — дискретность преобразования;

Мо< 1) (i) — коэффициенты выходного

Ч кода соответственно основного 10 и дополнительного

11 ПКН, Алгоритм работы преобразователя основан на следующих двух свойствах: а) сумма весов разрядов -й группы кода на 2h больше суммы весов разрядов всех последующих групп; в) вес любого разряда -й группы, кроме младшей, может быть представлен весами разрядов следующей (< -1)-й группы °

На любом i ì такте разряды i. — é группы включаются и формируются три компенсационных напряжения

° U, (i)=U (i)+V>(i) (выход основного 14 сумматора);

U„ (i)=U„, (i)-Ub„ (i) (выход основного 15 вычитателя);

UQ3 (1) =Окг (i) Ub„(i) =U (i 1) +

+U (i-1) (выход дополнительного

3 вычитателя 16); где Ub (i)=h 2" — контрольное напряжение на выходе блока 12, соответствующее номеру включенного такта.

На выходе элемента 1 вырабатывается сигнал x1(i)=1, если U„„ (i)>U, и х1(i) =0 в противном случае. Аналогично на выходе элемента 2 вырабатывается сигнал х2(L)=1, если U< (i)>

>U „ x2(i)=0 в противном случае, а на выходе элемента 3 — сигнал хЗ()=

=1, если Б (i)>U„, и хЗ(Х)=0 в противном случае, Так как всегда выполняется условие Uq< (i)>Uqz (i) >U<> (i), то сигнал хil (i), х2(i) и хЗ(i) могут образовывать только следующие четыре комбинации:

1) x1(i) ==0, x2(i) =0, хЗ(1.) =0;

2) x1(i) =-1, x2(i) =0, хЗ(1) =0;

3) x1(i) =-1, x2(i) =1, x3(i) =0;

4) x1(i) ==1, х2(i) =1, хЗ(1) =1.

При возникновении комбинации 1) разряды первой 1-й группы остаются включенными. Эта комбинация может возникнуть в том случае, когда на (i-1)-м такте произошел сбой типа

1- 0, который привел к невключению разряда (ов) этой группы. На последующих тактах действие этого сбоя будет скомпенсировано весами разрядов следующих групп, исходя из свойства а), с погрешностью не превышающей 24, 1 даже в том случае, если не включились оба разряда (i-1)-й группы.

Если возникла комбинация 2), то выключается разряд основного 10 ПКН

127

О, если x1(i)=1 < (х2(1)=1 и УЗ(2)=3; . (i) =

1 в остальных случаях, О, если x2(i)=1 ()=

A (i-1) в противном случае, О, если x2(i)=1 л y3(2)=0; (i)1 в остальных случаях, О, если (x2 (i) =1 h у4(2) =0) v (хЗ (i) 1 л у2(2) =1) (i-1) = (i-1) (x3(i)=1 л y1(2)=0); в остальных случаях.

3 в i-й группе, т.е. М,(1)=0, а 1-й разряд дополнительного 11 ПКН остается включенным. И во всех других случаях, когда необходимо будет выключить один разряд любой группы, если в ней включены оба разряда, то выключается разряд основного 10 ПКН.

В том случае, если возникает комбинация 3), то разряды i-й группы выключаются только тогда, когда оба tO разряда (1 -1)-й группы выключены. В противном случае выключается один разряд (i-1)-й группы, осуществляется

Развертка" (представление) веса предыдущей гРуппы двуМя весами разрядов 15 следующей (на основании свойства 6).

"Развертка" необходима для корректировки возможного сбоя на следующих тактах.

Возникновение комбинации 4), а 20 только в этом случае x3(i)=1, служит признаком возможного слоя. Для определения такта, на котором произошел сбой, анализируются сигналы сравнения

x1 (i-1) и x3 (i-1) предыдущего такта. 25

Возможны следующие комбинации их состояний:

4а) х1(i- 1)=0, x3(i-1)=0;

46) x1 (i-1) =1, x3(i-1) =О;

4в) х1(i-1)=1, хЗ(i 1)=1. 30

Возникновение комбинации 4а) означает, что разряды (i-1)-й группы включены под действием сбоя типа 01, а не сформированы в результате "раз-, 5 вертки" разряда (i-1)-й группы, иначе исходя из комбинации 2), 3), x1(i-1) бып бы равен 1. Поэтому разряды (*-1)-й группы выключаются, а разряды

i-й группы остаются включенными. При 0

При появлении единичного сигнала на выходах элемента ИЛИ 21 элем ята

0895 4

° 1 возникновении комбинации 46) невозможно определить на каком такте произошел сбой и какого он типа, поэтому на i-м такте оеуществляется "развертка" одного разряда (i-1)-й группы с тем, чтобы на (i+1)-м такте окончательно определить сбой и скомпенсировать его действие. Возникновение 4в) определяет сбой типа О-М на (i-2).-м такте, так как сигналы хЗ(1-1) и хЗ(1-2) не подтверждают правильности формирования разрядов (i-2)-й группы.

При этом включенные разряды (i-1)-й группы были получены "разверткой" разряда (i-2)-й группы„ Поэтому

: разряды (i-1) — 1 группы выключаются, а разряды i-й группы остаются включенными.

В данном устройстве сигналы сравнения предыдущего такта x1(i-1) и хЗ(-1) хранятся в старших разрядах

У1(2) и У2(2) соответственно регистров 5 и 6. В младшие разряды этих регистров у1(1) и у2(1) íà i-м такте записываются сигналы x1(i) и xÇ(i) с тем, чтобы на следующем такте их состояние было бы переписано в старшие разряды. Старшие разряды регистров 7, 8 — y3(2) и у4(2) — хранят состояние разрядов предыдущей группы соответственно Nq(i-1) и Uo(i-1).

В младших разрядах УЗ(1) и у4(1) этих же регистров запоминаются состояния

Разрядов текущей группы c(>(i) и й,.(i) соответственно.

С учетом возможных комбинаций сигналов сравнения и введенных обозначений разрядов i-й и (i-1)-й групп на i-м такте определится следующими соотношениями

2, элемента И 17 и элемента ИЛИ 22 с приходом импульса с третьего выхода

$ 1270895 генератора 4 в нулевое состояние устанавливаются соответственно разряды хо,,(-1), > (i) и " 1(.-1), Устройство работает следующим образом. 5

С приходом импульса по шине " Запуск в нулевое состояние устанавливаются младшие разряды регистров 5-8 у1(1)=0,у2(1)=0,уЗ(1)=0 и y4(1)=0 и все разряды основного 10 и дополнитель- ного 11 ПКН (<,(х) =0, < g (i) =0, =1,11), разрешается прохождение импульсов с генератора 4.

Импульс с первого выхода генератора 4 через распределитель 9 открывает 15 такт работы преобразователя . переписывает содержимое младших разрядов регистров 5-8 в старшие разряды . (у1(2)=у1(1), у2(2)=y2(1), у3(2)=

=уЗ(1) и у4(2)=у4(1)); младшие раз- 20 ряды регистров 5, 6 устанавливает в нулевое состояние у1(1)=0, у2(1)=

=О), .а младшие разряды регистров 7 и 8 — в единичное состояние уЗ(1)=1, у4(1)=1; включает разряды i-й группы ( q (i) =1); подключает к выходу блока 10 напряжение, соответст- вующее номеру такта.

Импульс с третьего выхода генератора 4 фиксирует сигналы сравнения 30

x1(i), x?(i) и xÇ(i), при этом сигналы x1(i) и xÇ(i) записываются в младшие разряды регистров 5, 6 у1(1)=

==х1 (i), у2 (1) =уЗ (i) .

В зависимости от комбинаций сигналов x1(i), x2(i), хЗ(1), у1(2), y2(2), y3(2) и у4(2) в соответствующие состояния устанавливаются младшие разряды уЗ(1) и у4(1) регистров 7 и

8 через элементы И 17 и ИЛИ 21 соот- 1п ветственно, а с приходом импульса со второго выхода генератора 4 в нулевое состояние, согласно (1), через соответствующие первые 23 и вторые 24 элементы И разряда i-й и (i-1)-й 45 групп. !

К концу цикла преобразования сумма кодов, образуемая на выходе цифрового сумматора 13, соответствует кодовому о эквиваленту преобразу-емой величины Ц.

На фиг,2а графически изображен процесс уравновешивания преобразуемой величины (J,,å2h для случая, когда на

2-м такте произошел сбой типа 0 l (значение U„ в момент сравнения отмечено звездочкой) и неправильно включились два разряда 2-й группы кода. На 3-м такте этот сбой обнаруживается (возникает комбинация 4а), разряды 2-й группы выключаются, а включенными остаются разряды 3-й группы. На 4-м такте возникает комбинация 4в), поэтому разряды 3-й группы также выключаются, так как они были получены разверткои неправильно сформированного разряда 2-й группы. В результате действие сбоя этого типа полностью компенсируется, На фиг.2б ! изображен процесс уравновешивания величины U„c11h, когда на третьем такте сбой типа 1-0 не приводит к ложному выключению разрядов предыдущей групп.

Действие сбоя типа 10, приведшего к невключению разряда 1-й группы (комбинация 1),, компенсируется включением весов последующих групп разрядов (фиг.2в), при этом U e.13Ь.

Формула и з с б р е т е н и я

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий три элемента сравнения, основной и дополнительный преобразователи кода в напряжение, блок контрольных напряжений, цифровой сумматор, основной аналоговый сумматор, основной аналоговый вычитатель, распределитель тактовых импульсов, генератор, вход которого соединен с шиной Запуск", а его первый выход — с входом распределителя тактовых импульсов > выходы которого поразрядно подключены к входамблока контрольныхнапряжений ик входамустановки единицразрядов основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение, цифровые выходы последних подключены соответственно к первому и второму входам цифрового сумматора, а их аналоговые выходы соединены соответственно с первым и вторым входами основного аналогового сумматора, выход которого подключен к первому входу основного аналогового вычитателя и к первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов сравнения и соединен с шиной преобразуемого напряжения, аналоговый выход блока контрольных напряжений подключен к второму входу основного аналогового вычитателя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности, в него вве1270895 дены четыре элемента И два элемента

ИЛИ, на каждый разряд основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение первый элемент И и, кроме младшего разряда, второй эле- 5 мент И, четыре сдвигающих регистра, дополнительный аналоговый вычитатель, при этом первые входы первых элемен. тов И одноименных разрядов основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение объединены с соответствующим выходом распределителя тактовых импульсов, а первые входы вторых элементов. И одноименных разрядов, кроме последнего, объединены и 15 соединены с соответствующим выходом распределителя тактовых импульсов, причем вторые входы всех первых и вторых элементов И основного и дополнительного преобразователей кода в 20 напряжение объединены и соединены со вторым выходом генератора, третий выход которого подключен к третьему входу первого элемента сравнения и к вторым входам второго и третьего 2 элементов сравнения, выход основного аналогового вычитателя соединен с третьим входом второго элемента сравнения и с первым входом дополнительного аналогового вычитателя второй 30 вход которого объединен с вторым входом основного аналогового вычитателя, а выход дополнительного аналогового вычитателя подключен к третьему входу третьего элемента сравнения выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементсв И и входом установки единиц младшего разряда второго сдвигающего регистра, прямой выход старшего разря- 4О да которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента

ИЛИ, второму и третьему входам которого подключены выходы соответствен- < но второго и четвертого элементов И, выход второго элемента ИЛИ соединен с третьими входами вторых элементов И дополнительного преобразователя кода в напряжение, выход второго элемента сравнения соединен с третьими входами вторых элементов

И основного преобразователя кода в напряжение и с первыми входами первого и второгб элементов И, второй вход первого из которых соединен с инверсным выходом старшего разряда третьего сдвигающего регистра, первый вход установки нулей младшего разряда которого объединен с третьими входами первых элементов И дополнительного преобразователя кода в напряжение и с первым входом первого элемента ИЛИ и соединен с выходом первого элемента И,выход первого элемента ИЛИ соединен с третьими входами .первых элементов И основного преобразователя коца в напряжение и со вторым входом установки нулей младшего разряда четвертого сдвигающего регистра, инверсный выход старшего разряда которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход первого элеме- ° нта сравнения подключен к второму входу первого элемента ИЛИ и к входу установки единиц младшего разряда первого сдвигающего регистра, инверсный выход старшего разряда которого соединен с вторым входом четвертого элемента И первый выход генератора соединен с входами сдвига первого, второго, третьего и четвертого сдвигающих регистров, первые входы установки нулей младшего разряда первого и второго и вторые входы третьего и четвертого сдвигающих регистров и все первые входы установки нулей разрядов основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение объединены и соединены с шиной "Заи пуск, выходы соответствующих первых элементов И поразрядно подключены к вторым входам установки нулей разрядов основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение, к третьим входам установки нулей разрядов которых, кроме младших, поразрядно подключены выходы соответствукщих вторых элементов И.

1270895 о

7 23 Ф с

7 2 У + г

Ы d

Составитель А.Кузнецов

Техред Я.Ходаиич Корректор А.Тяско

Редактор А.Долинич

Заказ 6253/57 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4