Устройство преобразования аналоговых сигналов

 

Изобретение относится к преобразованию аналоговых сигналов в цифровую форг-л с последуюишм восстаноплением в аналот овую форму и может быть испольяовано в системе передачи сигналот, и eюIдиx пирокий динамический II частотньп диапазоны, Це.аь изобретения - расширение частс тного диаплзс;на -преобразуемых сигналов и унеличениг. разрешающей способности гтреобразования. Устройство преобразования содержит соединенные последонательно сумматор 1, первый вход которого соединен с входом устройства, аналогоцифровой преобразователь 2, кагкит связи 3, цифроаналоговьп) преобразователь 4, фильтр 5 низких частот, выход которого является выходом .тна, а также соединенные послел .ятельно дополнительный цифроаналпговый преобразователь 6, дополнитс льны; фильтр 7 низких частот, схему с к1нт:с - ния 8, второй вход которой соел-iHeii с входом устройства, а выход - с нторьы входом сумматора 1. Вход дополнительного цифроаналогового прообратователя 6 соединен с выходом ана.югопифрового преобразователя 2. 2 чл. 1C ш с: с 00 со о со иг. 1

СО«ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1348999 А1 ч4

П!! 4 Н 03 !! 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3897936/24-244 (22) 15.05.85 (46) 30.10.87 Бюл. !! 40 (72) В.! .Вильчинский (53) 681.325(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (56) натек Ю. Р. Справоч««ик пс цифроанапоговым и аналого †««фронь«м преобразователям. 1982, с. «13-414, рис. 5.81. !!ате««г Ве «икобритании !«" 2098420, кл. !! О 3 . 13/02, 1982. (54) У(; Р! ОЙОТВО !!РВОБРАВОВЛ!!!!Я АНАЛО! ОВ! !Х СИ! !!АЛОВ (57) Изобретение относится к преобразова««и«п а««алогоных сигналов в цифровую форму с последующим восста««онлением н аналоговую форму и может быть исполь«овано в системе передачи сигнал н, ««меющ««х широкий дина.|ический

«астотньп«диапазоны. Цепь изобретения — расширение частотного диан»зона преобразуемых сигналов и унс.п«чение разрешающей способности преобразования. Устройство преобразовани« содержит соединенные последовательно сумматор 1, первый вход котороге соед«ьнен с входом устройства, анап. ров цифровой преобразователь 2, канал связи 3, цифроаналоговьп«преобр,«зoвaтель 4, фильтр 5 низких час гот, выход которого является выходом устр« йет«са, а также соединенные Iocë««« «-« тельно дополнительный цифрсаналогo вый преобразователь 6, дополнит JI«,н«,«й фильтр 7 низких частот, схему гран« гния 8, второй вход которой сое;и««е« с входом устройств,, а вь«ход — с «ггеpbL « входом сумматора 1. Вход дополни" тельного цифроаналогового преобразователя 6 соединен с вь«ходом ана.«ог<— п««фрового преобразователя 2. 2 чн.

13489

Изобретение относится к преобразованин аналоговых сигналов в цифровую фс >му с последующим восстановлением в аналоговую форму и может быть использовано в системах передачи сигналов, имеющих широкие динамический и частотный диапазоны.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона преобразуемых сигналов и увеличение разрешающей способности преобразования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства преобразования аналоговых сигналов; на фиг. 2а показан преобразуемый сигнал (где h — величина младшего разряда квантования по амплитуде, t — время); на фиг. 2б сигнал на входе блока сравнения при использовании фильтра 1-го порядка 20 и тактовой частоты в 6 раз выше т граничной частоты полосы пропускания низкочастотного фильтра; на фиг, 2в то же, тактовая частота в 30 раз выше граничной частоты полосы пропускания низкочастотного фильтра; на фиг. 2г сигнал на входе блока сравнения без суммирования преобразуемого сигнала с сигналом рассогласования.

Устройство преобр»зования содержит ЗО сумматор 1, аналого-цифровой преобразонатеь (АЦП) 2, канал 3 связи, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, фильтр 5 низких частот, дополнительный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, дополнительный фильтр 7 низких частот, блок 8 сравнения.

Работа аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 обеспечивается при под»че тактовых импульсов с часто- 40 той

АЦП 2 преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, причем цифровое значение предыдущей выборки сохраняется и» выходе АЦП 2 до следующей вьt- 45 борки и изменяется в момент прихода тактового импульса.

Канал 3 связи служит для передачи сигналон и» дальнее расстояние и может быть выполнен, например, н ниде длинного к»беля, волоконно-оптических световодов и т.д.

Влок Я сравнения сравнивает входной сиги»л с сигналом на выходе дополнительного фильтра 7 низких час55 тот и выр»батыв»ет сигнал рассогласоа алия с tt(обходимым козффици з H I оi t уси.«с ния, обеспечивающим устойчивую р»б гу у< тройств».

99

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4 и дополнительный ЦЛП 6, фильтр 5 и дополнительный фильтр 7 низких частот имеют одинаковые параметры.

Устройство преобразования работает следующим образом.

Входной сигнал через сумматор 1 поступает на вход АЦП 2, где преобра3уется в сигнал цифровой формы с частотой f, Полученные отсчеты поступают в канал 3 связи и на дополнительный ЦАП 6, который преобразует цифровые выборки в аналоговую форму.

Полученные аналоговые выборки сигнала поступают а вход дополнительного фильтра 7 низких частот. На выходе фильтра 7 получается плавно изменяющийся сигнал, который постоянно сравнивается блоком 8 сравнения с входным

1 сигналом. Выделенный блоком 8 сравнения сигнал рассогласования поступает на второй вход сумматора 1 и складывается с входным сигналом с таким знаком, чтобы суммирование привело к уменьшению рассогласования входного c .èÃHRJIa и сигнала на Выходе фильтра 7.

Допустим, что после очередной выборки значение сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 превыш»ет значение входного сигнала. Постепенv но рассогласование увеличивается, Тогда на выходе блока 8 сравнения появляется плавно возраст»ющий сигнал рассотласования, который с определенным кс>эффициентом усиления поступает на второй вход сумм»тора 1 и вычита ется из входного сигнала ° В результате на выходе сумматора 1 получается значение входного сигнала, уменьшенное на величину сигнала рассогласования. При следующей выборке уменьшеHHbIII входной сигнал преобразуется

ЛЦП 2 в цифровую форму, затем дополнительным ЦАП 6 — в аналоговый сигнал и подается на вход дополнительного фильтра 7, что приводит к плавному уменьшению значения сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 по отношению к значению входного сигнала.

В определенный момент сигнал на выходе дополнительного фильтра 7 ср»внивается с входным сигналом, а затем становится меньше ere. Это приводит к возникновению сигнала рассогласования на выходе блока 8 сравнения с полярностью, противоположной полярнос1348999

I0

?О

3 5

П5

55 нала возрастает.

В то же время при повьппении тактовой частоты уменьшается переменная составляющая этой частоты на выходе устройства, что приводит к уменьшению неопределенности восстановления аналогового сигнала, т.е. увеличивается разрешающая способность преобразования. Если фильтры 5 и 7 — перти сигнала рассогласова«ия в «ервом случае. Поэт::-ry теперь сигнал рассогласования складываетс» с входным сигHRJIolf и на выходе сумматора 1 получается значение входного сигнала, увеличенное на величину сигнала рассогласования. Этот процесс повторяется от выборки к выборке и стремится уменьшить рассогласование между входным сигналом и сигналом на выходе дополнительного фильтра 7, вызванное дискретностью аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований.

При этом изменения цифрового сигнала вызывают появление на выходе фильтра 7 восстановленного из цифрового кода исходного сигнала с наложенной высокочастотной составляющей, причем амплитуда высокочастотных составляющих зависит от соотношения тактовой частоты Е и верхней граничной часто, ты,полосы пропускания низкочастотHQ го фильтра, а также типа применяемого фильтра (фиг. 2).

С выхода АЦП 2 сигнал в цифровой форме поступает в канал связи, на выходе которого установлен ЦЛП 4.

Сигнал, преобразованный ЦАП 4 в аналоговую форму, после прохождения <« — 3 рез фильтр 5 поступает на выход устройства.

Чем точнее параметры ЦАП 4 повторяют параметры ЦЛП 6, а фильтр 5 параметры дополнительного фильтра 7, тем точнее сигнал на выходе фильтра 5 повторяет сигнал на выходе фильтра 7.

Блок 8 сравнения с точностью, зависящей от коэффициента усиления, поддерживает идентичность входного сигнала и сигнала на выходе фильтра 7, а значит, и выходного сигнала, если выполнено условие сходства параметров ЦАП 4 и 6, фильтров 5 и 7 соответственно. С увеличением коэфф«ц«ента усиления блока 8 сравнения точность восстановления аналогового сигвог . порядка, то уменьшен«с переменной составляющей тактовой частоты «а выходе фильтров а з}! а 1т v E<ел1! чю. н«е разрешающей спосоГ>«ос-. r«прс обр»зования прям6 пропорц«о «льи o1llо

f r шению -i где f p 1астот«среза

Ф ф«льтров 5 и 7 (Ь«г. 2h, в по, тверя:— дают сказанное).

Для устройств дискретного преобразования аналоговых сигналов ширина частотного диапазона ограничена условием Е . 2f, где и частота дискретйзации (для предлагаемого устройства f =f ); f > — максимальная частота преобразуемого сигнала. Указанное ограничение следует из теоремы Котельникова.

Таким образом, при повышении частоты f частотный диапазон сигналов д в устройствах дискретного пребразования рас1пиряется. В предлагаемом устро«стве при повышении частоты помимо расширения частотного дна«азои» преобразуемых сигналов, оцно зреи «о повышается разрешаюп!ал способность преобразования.

Ф о р м у:i а и э î fi p е т е н и я

Устройство преобразования аиапоговых сигналов, содержащее последовательно соединенные суммат >р, „налого—

«нфровой преобразователь, к;.нал связи, ипЬроаналог. ч,»+ преобр э э она тель, ф«льтр нижних част.т, выход кот;рс го является выкодной шиной, первый вход сумматора — входной шиной, а тактовый вход аналого-цифрового «1;еобразователя — тактовой шиной, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемых сигналов и увел«чення разрешающей способности прообразов». н«я, н него введены дополшггельный цифроаналоговый преобразователь, дополнительный фильтр низких частот и блок сравнения, первьпт вход которого является входной шиной, второй вход через дополнигельньп фильтр низких частот и до«олнительный ц«фроаналсговый преобразователь «одключен к вь ходу аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с вторым входом сумматора.

1348999

5U2.2

Составитель Н.Козлов

Редактор A.Ìäêîâñêàÿ Техред M.Ìaðãåíòàë Корректор Н.Король

Заказ Ü185

Тйраж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,