Способ аналого-цифрового преобразования

 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой обработкой информации. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона , повышение точности и быстродействия преобразования. Способ заключается в масштабировании преобразуемого сигнала с основным и дополнительным коэффициентами,суммировании полученных результатов масштабирования соответственно с первым и вторым опорными сигналами, сравнении результатов суммирования до момента их равенства, путем изменения одного из результатов суммирования и определении выходного кода по формуле N)((Kg-a)/ /(а - К в) , где N - выходной код; HQ, Ьд - соответственно первый и второй опорные сигналы; а, Ь - соот- . ветственно основной и дополнительный коэффициенты масштабирования (Ь,0); К - код результата операции сравнения. Путем Bbi6ppa значения второго onopjpo- го сигнала bj, из условия Ь., b,, обеспечивается достижение наибольшего положительного эффекта ( Хц7 О, ; в О - нижняя и верхняя границы диапазона преобразуемого сигнала). Положительный эффект обеспечивается за счет использования гиперболической зависимости между преобразуемым сигналом и выходным кодом. 1 з.п. , 1 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1336240 А1 (SD4 Н 03M т48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3945366/24-24 (22) 26 .08.85 (46) 07.09.87. Бюл. И - 33 (71) Центр автоматизации научных исследований и метрологии АН MCCP (72) О.А. Цыбульский (53) 681.325(088.8) (56) П.В. Новицкий. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия, 1968.

Шляндин В.M. Цифровые измерительные устройства. M. Высшая школа, 1981, с. 317, рис. 5.8. (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой обработкой информации. Цель изобретения — увеличение динамического диапазона, повышение точности и быстродействия преобразования. Способ заключается в масштабировании преобразуемого сигнала с основным и дополнительным коэффициентами, суммировании полученных результатов масштабирования соответственно с первым и вторым опорными сигналами, сравнении результатов суммирования до момента их равенства, путем изменения одного из результатов суммирования и определении выходного кода по формуле N „= (К 6 а ) /

/(а„— К ), где И вЂ” выходной код; а о, Ъ, — соответственно первый и второй опорные сигналы; а„, Ь, — соответственно основной и дополнительный коэффициенты масштабирования (Ь„ г О);

К вЂ” код результата операции =равнения, Путем выбора значения второго опорного сигнала Ь, ив условия Ь, =b, » х обеспечивается достижение наибольшего положительного эффекта (Х„) О, Ху,> 0 — нижняя и верхняя границы диапазона преобразуемого сигнала). Положительный эффект обеспечивается sa счет использования гиперболической зависимости между преобразуемым сигналом и Выходным кодом ° 1 3 ° п ° ф лы у

1 ил, 133624

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой .) обработкой информации.

Цель изобретения — унеличение динамического диапазона, повышение точности и быстродействия преобразования.

На чертеже представлена функцио- 10 нальная схема устройства, реализующая способ аналого-цифрового преобразования.

Устройство с.одержит дна масштабирующих преобразователя l и 2, два 15 сумматора 3 и 4, источник 5 опорных сигналов, блок Ь сравнения и блок 7 формирования выходного кода.

Устройство работает следующим образом. 20

Масштабирующие преобразователи 1 и

2, »а входы которых поступает преоб.разуемый сигнал х, формируют соответственно масштабированные сигналы с коэффициентами а„ и Ь„.

Сигналы с выходов преобразователей

1 и 2 поступают на первые входы соответственно первого 3 и второго 4 сумматоров. С источника 5 опорных сигналов на вторые входы сумматоров 3 и 4 30 поступают соответственно первый а, и второй Ь, опорные сигналы. Сигнал с выхода сумматора 3, равный а, х +а„ поступает на первый вход блока 6 сравнения, на второй вход которого с выхода сумматора 4 поступает сигнал

Ь + Ь . В блоке 6 сравнения осущест1 о вляется регулирование сигнала Ь„ х +Ь, до момента его равенства с сигналом а, х + а,, т,е ° 40 (Ь.+b, ) (x, r,) ()

b + Ьx b+b r„N х где с(„, х, — нижняя и верхняя границы диапазона преобразования, N — число дискретов квантования.

Выразив из (2) относительные погрешности d и c"„ на границах диапа"Ь зона преобразования и взяв их произведение, получим (D — 1) н хь I)N (3) где D = х / x„— динамический диапазон преобразования.

Обозначив

/ с1 (4) х> х„х где с — максимальное значение отнохм сительной погрешности, получим выражение которое связывает между собой три основных параметра аналого-цифрового преобразования: максимальную относительную погрешность дискретности д „, динамический диапазон D и необходимое для данного преобразования число дискретов И, определяющее сложность быстродействие преобразователя. Чем больше динамический диапазон преобразования и чем меньше максимальная ото 2 лы может быть выбрана любая из четырех ветвей равносторонней гиперболы.

При этом относительная погрешность квантования d может быть определена из выражения

50

К(Ь„„+ b,) = а, х+ .а,, Результат сравнения (коэффициент

К) поступает в блок 7 формирования выходного кода. В блок 7 предварительно занесены значения величин а,, а Ь и b . В качестве блока 7 фор— о 1 мирования выходного кода может быть использована ЭВМ. Значение выходного кода определяется по формуле

N„= (Kb, — а))/(а, — Kb,). (1) Как следует из выражения (1), способ аналого-цифрового преобразования имеет гиперболическую шкалу и, в зависимости от соотношения величин а,, а,, Ь и Ь, н„качестве рабочей шканосительная погрешность квантования и требуемое число дискретов, тем больше величина С.

Из этих соображений величина G может играть роль критерия качества гиперболического аналого-цифрового преобразования.

Из выражения (4) определим наибольшее значение критерия качества. Поскольку в знаменателе выражения (4) находится максимальная относительная погрешность квантования, то критерий качества не может быть больше единицы, Наибольшее значение критерия качества равно единице, когда значения граничных относительных погрешностей равны друг другу и равны максимальной относительной погрешности. (6) 40 фициентом осуществляют его масштабирование с дополнительным коэф1фициентом, одновременно с суммированием масштабированного аналогового сигнала с основным коэффициентом, с первым опорным сигналом осуществляют дополнительное суммирование масштабированного с дополнительным коэффициентом аналогового сигнала с вторым опорным сигналом, результат которого используют в качестве регулируемого аналогового сигнала при операции срав. нения двух аналоговых сигналов, причем в качестве аналогового сигнала для операции масштабирования с основС л

К Кт з 13 3 2- 1

В противном случае критерий качсствя будет меньше единицы.

Из анализа выражения (2) следует, что погрешность максимальна всегда в

5 одной из граничных точек шкалы, либо в обеих точках вместе.

Тогда, полагая, например, что а „ = и

»н

= с -.i, из (5) получим х

d »в d »6

С

1 и

С1» с»

m н а если сЛ = с 1 » П, получим

»Ь»нУ с"», С вЂ” н н

15 спп

111

"s

Чем больше различаются между собой граничные относительные погрешности о"„ и o тем меньше значение крите"8 рия качества. Для известного способа дифференциального линейного аналогоцифрового преобразования (Ь, = 0) значение критерия качества будет равно на основании (2) с учетом (6)

?5

Х ЬЛ (Х ЬЛ Х НП ) Л Нп И п,л Х НЛ и и

< лп ХЕп

»нл

= 1/Ол, т.е. кРитеРий качества пРототипа в Рл 10 раз меньше оптимального критерия качества гиперболического преобразования, равного 1. Причина этого в неравномерном распределении по шкале относительной погрешности дискретности линейного преобразования.

Чтобы оценить, что дает большее значение критерия качества по сравнению с С,, предположим, что необходимо увеличить динамический диапазон по сравнению с известным способом в К> раз,т.е. D = K>D„, снизить максимальную относительную погрешность в К раз (d = d„ /К ) и снизить число дискретов в К раз (N = N /К ).Разл 45 делим выражение для критерия качества (5) гиперболического преобразования на соответствующее выражение для линейного преобразования

G (D-1) В,И4„„ыmÄ

G Пол» N D 1 л m

Подставив в полученное отношение требуемые значения параметров гиперболического преобразования, выраженные через соответствующие параметры 55 линейного преобразования, получим (К D 1) 0 т.е. параметры гиперболического преобразования каждый в отдельности или все одновременно могут быть улучшены соответственно в К> Кп и Кл, раз по сравнению с известным способом, Как указывалось, максимальное зна— чение критерия качества (G = 1) достИГаЕтСя ПрИ с". = уХ . ТОГда ИЗ (2) лн ХВ получим (Ь + Ь„к ) /хл = (Ь,+Ь х )»/Х, отиули ь /ь, =)»„», т.е. ппи полученном соотношении величин обеспечиваются наилучшие параметры гиперболического аналого-цифрового преобразования.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ аналого-цифрового преобразования, основанный на операциях суммирования двух аналоговых сигналов, один из которых является первым опорным сигналом, масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом, сравнения регулируемого и нерегулируемого аналоговых сигналов до момента их равенства и определения выходного кода, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, повышения точности и быстродействия преобразования, операция масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом осуществляется до операции суммирования двух аналоговых сигналов, в качестве второго из которых используют масштабированный аналоговый сигнал с основным коэффициентом, а при сравнении аналоговых сигналов в качестве нерегулиремого аналогового сигнала используют результат суммирования двух аналоговых сигналов, при этом одновременно с масштабированием аналогового сигнала с основным коэфЩ = (КЬ вЂ” а )/(а, - Kb), а„,Ь, — первый и второй опорные сигналы соответственно;

Составитель Н. Капитанов

Техред И,Попович

Корректор С. Шекмар

Редактор А..Ворович

Заказ 4055/56 Тираж 901

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

13362 ным и дополнительным коэффициентами используют преобразуемый сигнал, а выходной код определяют по формуле где N — выходной код, соответствующий значению преобразуемого сигнала; 10

6 а Ь вЂ” основной и дополнительный

1 коэффициенты масштабирования соответственно (Ь О);

К вЂ” код результата операции сравнения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что значение второго опорного сигнала выбирают равным

Ь Ь, /х х, гие х х О, х х О.— нииняя и верхняя границы диапазона изменения преобразуемого сигнала соответственно,