Устройство для аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов

 

Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано в системах передачи и обработки импульсных сигналов для преобразования этих сигналов в двоичный код в условиях воздействия низкочастотных и высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов, содержащее фильтр верхних частот, вход которого является входом устройства, цифроаналоговый преобразователь, сумматор и усилитель, между выходом сумматора и N-разрядным входом цифроаналогового преобразователя введен аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом устройства, второй его вход соединен с шиной тактовых импульсов, а третий вход соединен с шиной "Сброс", а между выходом цифроаналогового преобразователя и вторым входом сумматора дополнительно введен фильтр нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 H 03 И 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР. (21) 4343529/24-24 (22) 14.12.87 (46) 15.05.90. Бюл. N 18 (71) Рязанский радиотехнический институт (72). Ю.М. Коршунов, Ю.А. Филатов и lO.Н. Попов (53) 681,325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1181116, кл. Н 03 И 1/48, 1985.

Авторское свидетельство СССР и. 1215164, кл. Н 03 И 1/60, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИИПУЛЪСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано.в системах передачи и обработки импульсных сигналов для преобразования этих сигналов в двоичный код в условиях воздействия низкочастотных

Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано в системах передачи и обработки импульсных сигналов для преобразования этих сигналов в двоичный код в условиях воздействия низкочастотной и высокочастотной помех.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы при

ÄÄSUÄÄ 1564725 А 1 и высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал. Цель изобретения повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов, содержащее фильтр верхних частот, вход которого является входом устройства, цифроаналоговый преобразователь, сумматор и усилитель, между выходом сумматора и К-разрядным входом цифра-аналогового преобразователя введен аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом устроиства, второй его вход соединен с шиной тактовых импульсов, а третий вход — с шиной нСброс, а между выходом цифра-аналогового преобразователя и вторым входом сумматора дополнительно введен фильтр нижних частот. 1 з.п. Ф-лы, 4 ил. преобразовании импульсов колоколообразной и прямоугольной форм в усло.виях воздействия помех, Устройство (фиг. 1) содержит фильтр, высокой частоты (ФВЧ), усилитель 2, аналоговыи сумматор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5 и фильтр С низкой частоты (ФНЧ).

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 2) содержит и цепочек, каждая из которых состоит из соединенных последовательно сумматора 7, усилителя 8, вероятностного реле 9 и

156472

q7 2. V ìèH (1) где q - шаг квантования N-разрядного ЦАП 5, причем коэффициент передачи усилителя 2

К ус q (2 1) 7v„alêñ

Если условие (1) выполняется, а условие (2) не выполняется, необхо45 димо увеличить разрядность N и уменьшить шаг квантования ЦАП 5. При изменении диапазона D входных полезных сигналов коэффициент К„, передачи усилителя 2 изменяется согласно выражениям (1) и (2), 5О

Передаточная функция И(р) ФНЧ 6 выбирается как дополнение к передаточной функции W (р) ФВЧ 1, т.е.

<,.(р) "- 1 — W (р) . Фильтры соЬраны на звеньях первого порядка.

Резистивный делитель 12 (фиг. 2), входящий в состав АЦП 4, формирует уровни квантования сигнала в соответ, компаратора 10, а также шифратор 1.1 резистивный делитель 12, На Фиг. З,а кривой 1 изображен

:входной полезный сигнал V(t) колоколообразной формы, кривой 2 — низко5 частотная (НЧ) помеха X(t), а ломаной 3 — высокочастотная (ВЧ) помеха

S(t). На фиг. 3,6 кривой 2 изображен сигнал U(t) на выходе ФВЧ 1 (фиг. 1), 1!) для сравнения с ним кривой 1 изображен полезный сигнал (0 и ломаной

3 изображена ВЧ-помеха S(t) . На

Фиг. 3,в кривой 1 изображен сигнал

V(t) с выхода аналогового сумматора ,, 3 (фиг. 1), а кривой 2 — сигнал F(t)

"с выхода ЦАП 5 (фиг. 1). Тактовые ,импульсы, поступающие на АЦП 4 (фиг. 1), изображены на фиг. З,г., Сигнал Y(t) с выхода ФНЧ б (фиг. !) изображен на фиг. 3,д.

На фиг. 4,а,б,в,г,д изображены временные диаграммы процессов, протекающих в тех же точках устройства, что и на Фиг. 3,а,б,в,г,д, Разница состоит лишь в том, что входной по лезный сигнал V(t) имеет прямоуголь ную форму.

Усилитель 2 (Фиг. 1) необходим цля согласования входного полезного сигнала иэ диапазона 1) = V „ „— с сигналом поступающим с выхода ЦАП 5. Коэффициент К, передачи усилителя 2 определяется из соотношения

5 4 ствии с используемой шкалой квантования, Сумматоры 7 (фиг. 2) предназначены для формирования сигналов разности между входным полезным сигна,ом и уровнями квантования.

Усилители-ограничители 8 (фиг. 2) устанавливают сигналы разности, поступающие с сумматоров 7, qo диапазона входных рабочих напряжений вероятностных реле 9 и ограничивают сигналы для предотвращения режима насыщения усилителей. В качестве усилителей-ограничителей 8 используются двухсторонние ограничители.

Вероятностные реле 9 (фиг, 2) определяют состояние полезных сигналов относительно порога Б в, в условиях помех. В качестве вероятностных реле используются высокочастотные реле.

Компараторы 10 служат для согласования выходных уровней сигналов вероятностных реле с уровнями сигналов шифратора 11.

Шифратор 11 предназначен для преобразования унитарного кода в двоичный код, а также для обеспечения принудительного обнуления АЦП при помощи сигнала "СЬрос" во время переходного процесса.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии АЦП 4 (фиг.1) обнулен сигналом "СЬрос" . При этом на его выходе нулевой код. При отсутствии на входе устройства информационных импульсов Ч() (фиг. 3а, кривая 1) и наличии только НЧ-помехи

X(t) (Фиг. 3,а, кривая 2) и ВЧ-помехи S(t) (фиг. 3,а, ломаная 3) ФВЧ 1 подавляет НЧ-помеху X(t), пропуская только ВЧ-помеху S(t). Высокочастотная помеха Б(с) усиливается на усилителе 2 и поступает на вход аналогового сумматора 3. Нулевой код, записанный на АЦП 4, поступает на вход ЦАП

5. Поэтому коду соответствует нулевой потенциал Г() на выходе ЦАП 5 (фиг. 3, ломаная 2). Нулевой потенциал, поступающий с выхода ЦАП 5 на вход ФНЧ Ь, повторяется íà его выходе (Y(t) = F(t) = 03 и поступает на второй вход аналогового сумматора

3 (Фиг. З,д). Таким образом, ВЧ-помеха S(t) поступает с выхода аналоI гового сумматора 3 на вход АЦП. АЦП 4 является помехоустойчивым. В его.

5 15647 состав входят вероятностные реле 9 (фиг. ч), которые определяют состояние входных сигналов относительно уровня порога U, . На выходе вероятностного реле 9 формируются сиг5 налы, пропорциональные вероятности превышения входным сигналом уровня !! >, Так как вероятность превышения ВЧ-помехой S(t) этого порога 1ð близка к нулю, то вероятностные реле останутся в нулевом состоянии. В нулевом состоянии останутся компараторы !

О (фиг. ч), а следовательно, не изменит своего нулевого состояния и шифратор !11 (фиг. 2), входящий в состав АЦП 4в Таким образом, АЦП 4 не изменит своего состояния и на его выходе будет записан нулевой код. ! 20

При поступлении на вход устройст-ва в момент t полезного сигнала по1 ложительной полярности V(t) с наложенной на него Н4-помехой Х(с) и

ВЧ-помехой 8(t) (Фиг.3,а) фВЧ 1 подавляет НЧ-помеху X(t), пропускает практически без искажений ВЧ-помеху S(t) на всем интервале времени и в начальный период от t, до t полезный сигнал V(t) . В это время можно принять V(t) U(t).

Таким образом, на выходе ФВЧ 1 формируется сигнал U(t)(фиг. 3,б, кривая

2) с наложенной на него ВЧ-помехой

S(t) (фиг. 3,б, ломаная 3). Аддитивная смесь си1-нала U(t) и ВЧ-помехи

S(t) поступает на усилитель 2, где усиливается с коэффициентом передачи

К <, и поступает на вход аналогового сумматора 3. На другой вход аналого- 40 вого сумматора 3 поступает сигнал (t) положительной обратной связи, который равен нулю до момента (фиг. З,д), поэтому в интервале от

С„до t сигнал (С) = U(t)К

V(t). К с. Сигнал V(t), искаженный усиленной с коэффициентом К ВЧпомехой S(t), поступает с выхода аналогового сумматора 3 на вход АЦП 4, В АЦП ч (фиг. 2) этот сигнал поступает на первые входы сумматоров 7, на другие входы которых поступают с соответствующих выходов резистивного делителя 12 напряжения порогов 0,5q-(n-0,5) q. Таким образом, на выходах сумматоров 7 образуются алгебраичес55 кие суммы 5.,(t) сигналов: V(t), одного из напряжений порогов 0,5q-.(ï-0,5)q и усиленной ВЧ-помехи S(t) т.е.

25 6

,(с) = ((t) .— (1-0,5)q+s (t) К, 1

1,и

Сигналы ;,(t) поступают на соот1 ветствующий усилитель-ограничитель 8 (фиг. 2). Коэффициенты передачи каждого усилителя-ограничителя К„ =

= 2.И, q. Усиленные на усилителях-ограничителях 8 сигналы q.(t) поступают на соответствующее вероят,ностное реле 9 (фиг. 2). При нарастании входного полезного сигнала будет нарастать также сигнал на входе вероятностных реле 9. Следовательно, будет возрастать и вероятность превышения этим сигналом в условиях ВЧпомехи уровня порога Б „ . Поэтому на выходе вероятностных реле будут формироваться сигналы, пропорциональные этим вероятностям. Как только эти сигналы превысят значение, соответствующее вероятности 0,5, на выходе соответствующих компараторов 1О появятся "1", Так, в момент t (фигв3) на выходе вероятностного реле 9

1 (фиг. 2) младшего уровня сформирует ся сигнал Ц„,, соответствующий этой вероятности. Это соответствует Превышению полезным сигналом V(t) уровня

q/2. На выходе компаратора 10, в этот момент появится "1". Вероятность превышения входными сигналами остальных вероятностных реле 9 - 9„ уровня U ц в это время близка к нулю, Поэтому выходные сигналы этих реле не превысят уровня U „ и реле

Пор

9 „ останутся в исходном состоянии, Следовательно, и компараторы 10 10 „ останутся в нулевом состоянии, Таким образом, на входе шифратора !1 (фиг. 2) будет сформирован унитарный код, соответствующий младшему уровню квантования. С приходом тактового импульса (фиг. З,г) в момент с на вы ходе шифратора 11 будет сформирован двоичный код, соответствующий унитарному коду на его входе. Моменты и t близки между собой, максимальная разность между ними составляет период повторения тактовых импульсов с (a t (фиг. 3, r) . Сформированный код с единицей в младшем первом разряде и нулями в остальных разрядах поступает на вход ЦАП 5 (фиг. 1), на выходе которого формируется потенциал F(t), соответствующий этому коду (фиг. 3,в, ломаная 2). Сигнал

1564725

F(t) с выхода ЦАП 5 поступает на .

ФНЧ 6, где сглаживается, Сигнал

Y(t) (фиг. 3,д) с выхода ФНЧ 6 поступает на аналоговый сумматор 3 (фиг.1), где происходит восстановление полезного сигнала V(t) ° К, а значит, и входного полезного сигнала

V(t) . Восстановленный полезный сигл .нал V(t) = к u(t) + Y(t) (фиг.З,в, 1О

) кривая 1) с выхода аналогового сумматора 3, искаженный ВЧ-помехой, поступает на вход АЦП 4, Закончился первый такт работы устройства. Та,ким образом, на входе АЦП 4 устра нена НЧ-помеха и восстановлен полез-! ный сигнал, а АЦП 4 устраняет ВЧпомеху и преобразует полезный сигнал в код, При дальнейшем нарастании по, лезного сигнала устройство работает ,. так же, как И на первом такте. В

1 зависимости от крутизны входного по лезного сигнала (Фиг. 3, 4) в момент сработает следующее вероятност ное реле 9 или несколько вероятност ных реле, входящих в состав АЦП 4 (фиг. 2). В момент t с приходом

3 .тактового импульса изменится код на выходе АЦП 4 в соответствии с новым значением входного полезного сигна ла, Аналогично работает устройство ,при обработке заднего фронта полез ного входного сигнала V(t) (Фиг.3). При обработке полезного сигнала

V(t) с большой крутизной фронтов 35 (фиг. 4), искаженного НЧ- и ВЧ-помехами, устройство работает аналогично.

Отличие заключается лишь в том, что в зависимости от крутизны входного полезного сигнала срабатывают на пер- 40 вом же такте несколько вероятностных реле 9 (фиг. 2). Этим обеспечивается восстановление полезного сигнала с большой крутизной фронтов на входе

АЦП 4 .(Фиг. 1) с первого же такта и 4> преобразование полезного сигнала в код на его выходе..Формула изобретения устройство для аналого-цифро вого преобразования импульсных сигналов, содержащее фильтр верхних частот, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому входу аналогового сумматора, и цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него" введены фильтр нижних частот и аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход является шиной "Сброс", третий вход является шиной тактовых импульсов,, а выходы соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя и являются выходной шиной, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к второму входу аналогового сумматора, вход фильтра высокой частоты является входной шиной.

2. Устроиство по п. 1, о т л и ч а ю щ е .е с я тем, что аналогоцифровой преобразователь выполнен на резистивном делителе, шифраторе и и цепочках, каждая из которых состоит из последовате.пьно соединенных сумматора, усилителя-ограничителя, вероятностного реле и компаратора, причем первые входы сумматоров объединены и являются первым входом аналого-цифрового преобразователя, выходы компараторов соединены с первого по и-й входами шифратора, (и+1)-й вход которого является вторым входом аналогоцифрового преобразователя, (n+2)-й вход шифратора является третьим входом аналого-цифрового преобразователя, выходы шифратора являются выходами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы компараторов соединены с шиной соответствующего потенциала, вторые входы сумматоров соединены с соответствующими выходами резистивного делителя, первый. вход которого является шиной опорного напряжения, а второй вход - шиной нулевого потенциала.

1564725 ядныи

Фиа 1

1564725 4

Ае.3

Редактор A. Лежнина

Корректор С, Шекмар

Заказ 1165 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при (КНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101 чЮ кИ)

8И) чЮ

ЮИ) ) О

В а

398

v() кИ) зи) б

Ill)

v(cI

sit) Ю

Йи

Ю) 0 а

Составитель Н, Козлов

Техред Л. Сердюкова.