Дельта-сигма-кодер

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование позволяет повысить точность кодера. Дельта-сигма-кодер содержит вычитатель 1, сумматор 2, источник 5 опорного напряжения , элементы И 6,7,счетчики 11, импульсов , цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 14, 15, компараторы 17-19, элемент ИЛИ 20, элемент НЕ 24 и дискретизатор 25 Благодаря введению сумматоров 3, 4, элементов И 8-10, счетчика 13 импульсов, ЦАП 16. блока 21 коммутации, кодопреобразователя 22 и генератора 23 равномерно распределенного шума в кодере достигается повышение точности без увеличения разрядности ЦАП 3 ил . 1 табл. f Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 03 M 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/6 (21) 4710762/24 (22) 26.06.89 (46) 15.06.91, Бюл. N 22 (71) Рижский политехнический институт им.

А. Я. Пельше (72) Г. Н. Котович, И. М. Малашонок, А. А, Пундурс и Ю. Б. Яненко (53) 621.376.56(088,8) (56) Electronic Design, 1987, ч. 35 N. 25, р. 60, fig. 1.

Патент СССР М 1336958, кл. Н 03 М

3/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 1527712, кл. Н 03 М 3/02, 1988.

„„Я „„1656684 А1 (54) ДЕЛ ЬТА-СИ ГМА-КОДЕ P (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Его использование позволяет повысить точность кодера.

Дельта-сигма-кодер содержит вычитатель 1, сумматор 2, источник 5 опорного напряжения, элементы И 6,7, счетчики 11, 12 импульсов, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 14, 15, компараторы 17-19, элемент

ИЛИ 20, элемент НЕ 24 и дискретизатор 25.

Благодаря введению сумматоров 3, 4, элементов И 8-10, счетчика 13 импульсов, ЦАП

16, блока 21 коммутации, кодопреобраэователя 22 и генератора 23 равномерно распределенного шума в кодере достигается повышение точности без увеличения разрядности ЦАП. 3 ил.. 1 табл.

1656684

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах передачи аналоговых сигналов.

Цель изобретения — повышение точности кодера.

На фиг. 1 изображена блок-система; на фиг. 2 — пример выполнения счетчика импульсов; на фиг. 3 — временные диаграммы работы кодера.

Дельта-сигма-кодер содержит вычитатель 1, первый — третий сумматоры 2 — 4, источник 5 опорного напряжения, первый— пятый элементы И 6-10, первый — третий счетчики 11 — 13 импульсов, первый — третий цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

14-16, первый — третий компараторы 17-19, элемент ИЛИ 20, блок 21 коммутации, кодопреобразователь 22, генератор 23 равномерно распределенного шума, элемент НЕ

24 и дискретизатор 25, На фиг, 1 обозначены информационный вход 26, тактовый вход 27 и выход 28 кодера, Пример выполнения счетчика 11 (12 и

13) импульсов на D-триггерах 29-32 приведен на фиг. 2.

Дискретиэатор 25 может быть реализован в виде 0-триггера. Кодопреобразователь 22 представляет собой схему, реализующую требуемую таблицу истинности, и может быть выполнен, например, на

ПЗУ.

Блок 21 коммутации представляет собой, например, набор элементов И, первые входы которых являются информационными входами блока 21, а вторые входы объединены в управляющий вход блока 21.

На фиг. 3 обозначены следующие сигналы: а — тактовые импульсы U; б — сигналы на выходах первого ЦАП 14 (а), второго ЦАП

15 (Ь) и третьего сумматора 5 (с); в — сигналы а на выходе элемента НЕ 24; r — выходная цифровая последовательность L(t) на выходе 28; д — сигналы j3 на выходе элемента

ИЛИ 20.

Дельта-сигма-кодер работает следующим образом.

Входной сигнал Х() поступает на вычитатель 1 и сумматор 2, которые предназначены для формирования размера шага первого 14 и второго 15 ЦАП соответственно. В зависимости от напряжения на выходе первого компаратора 17 тактовые импульсы

Uc с входа 27 поступают либо на счетный вход первого счетчика 11. либо, противофаза, на счетный вход второго счетчика 12.

Если предположить, что на вход 26 кодера поступает положительное напряжение

Х(т), находящееся в пределах О< X(t)

V — напряжение источника 5, и не изменяющееся во времени, то в этом случае сигнал а на выходе первого ЦАП 14 будет меньше сигнала Ь на выходе второго ЦАП 15 и на выходе первого компаратора 17 появится логический "0", а на выходе элемента НЕ 24 — логическая "1", Таким образом, в момент прихода тактового импульса на вход первого элемента И 6 состояние первого ЦАП 14 изменится на единицу. В случае, если напряжение на выходе первого ЦАП 14 попрежнему будет меньше напряжения на выходе второго ЦАП 15. компаратор 17 останется в том же состоянии, в противном случае в момент появления следующеготактового импульса изменится состояние второго счетчика 12 и ЦАП 14.

Таким образом, осуществляется отсчет шагов на выходе первого ЦАП 14, размер которых пропорционален разности V-Х(т), относительно шагов на выходе второго ЦАП

15, размер которых пропорционален сумме

V+X(t) с тем же коэффициентом пропорциональности, причем остаток от каждого предыдущего отсчета будет переноситься на следующий отсчет. Непрерывность отслеживания определяется разрядностью первого 14 и второго 15 ЦАП, т. е. временем прохождения полного цикла от начала счета до сброса.

Для увеличения точности преобразования необходимо увеличивать разрядность

ЦАП, т. е. увеличивать длину кодовой комбинации. определяющей точность отслеживания, однако практически это невозможно достигнуть. Сущность увеличения точности преобразования в данном кодере заключается в статистической оценке остаточной разности между отсчетами, пропорциональными разности V— - Х(т) и сумме V+X(t) в момент сброса, и учете этой оценки для формирования сигнала сброса. Для того, чтобы статистическая оценка производилась правильно, необходимо, чтобы напряжение шума в момент сброса (заштрихованные прямоугольники на фиг. 3) строго соответствовало разности V-X(t) в случае, если Х(т)>0, или сумме V+X(t), если

X(t)<0, т. е, должно быть равно размеру меньшего шага. Это достигается с помощью третьего счетчика 13, который управляется счетными импульсами, формируемыми четвертым 9 и пятым 10 элементами И и элементом ИЛИ 20 так, чтобы количество импульсов было равно количеству пачек независимо от их длины и содержания (нулевые или единичные).

В этом случае состояние третьего счетчика 13 (и одного из счетчиков 11 или 12 в зависимости от п,.,..верности X(t))e момент

1656684

2 — 1+I где (S ())макс

2 — 1 с броса будет соответствовать комбинации, оценивающей отношение (V+X(t)) /(Ч-X(t)).

Действительно, если состояние счетчика, управляющего ЦАП с меньшим размером шага, в момент заполнения будет соответствовать комбинации с номером 2 -1, где m— разрядность счетчиков и ЦАП, то состояние другого счетчика, управляющего ЦАП с большим размером шара, будет соответствовать комбинации с номером (2 -1)/и, где и — длина пачки, т. е., если X(t)>0, то на первый счетчик 11 поступают импульсы в и раэ чаще, чем на второй счетчик 12 и соответственно. в момент заполнения первого счетчика 11, на втором счетчике 12 и на третьем счетчике 13 будет комбинация в и раз меньшая. Если известны и и V, то всегда можно определить V — X(t) из следующего соотношения:

V+X t и= — 1 (V — X(t)) — -„=- V . .(1)

Для регулирования напряжения равномерно распределенного шума применяется третий ЦАП 16, на вход опорного напряжения которого подается сигнал S(t) с выхода генератора 23 равномерно распределенного шума, Блок 21 коммутации и кодопреобразователь 22 предназначены для соответствующего управления шумовым сигналом S(t) во времени и по уровню. Для правильной оценки остаточной разности между отсчетами необходимо, чтобы напряжение равномерно распределенного шума

S(t) было равно размеру меньшего шага с учетом (1): Б ()), × вЂ” Я 2Н

2 — 1 (2 — 1) (и +1)

Поскольку

2 — 1 и—

I где I — номер кодовой комбинации на счетчиках 11-13 в момент сброса, (S (1))макс

2 — 1) (г — 1+ ) Кодопреобраэователь 22 осуществляет преобразование комбинации с номером 1 в комбинацию с номером J так, что

)—

2 — 1+! 2 — 1

J

2 — 1+!

В таблице приведенМ данные для построения кодопреобразователя 22 на примере 4-х разрядной кодовой комбинации;

Как видно иэ фиг. Зб, в момент сброса осуществляется сравнение сигнала Ь с шумовым сигналом с. В зависимости от величины остаточной разности и напряжения шума S(t) возможны два варианта: вариант

1 — S(t) > 4 — сигнал сброса задерживается на такт, а вырабатываемая пачка удлиняется на один такт; вариант 2 — S(t) < (— сброс осуществляется в этом такте, а вырабатываемая пачка остается без изменений. На фиг.

3 показан вариант 1.

Известно, что в случае, когда шум имеет равномерное распределение, при многократном повторении математическое ожидание последовательности импульсов, образующихся в результате сравнения некоторого уровня (с шумом, будет равно этому уровню, т. е, при многократном повторении циклов отсчета среднее напряжение импульсов, образующихся в момент сброса, будет точно соответствовать остаточной разности .

Таким образом, процесс отслеживания удлиняется на несколько циклов, что эквивалентно значительному увеличению разрядности счетчиков и ЦАП, соответственно, значитечьно увеличивается точность отслеживания без повышения разрядности счетчиков и ЦАП.

Предлагаемый кодер характеризуется также более широким динамическим диапазоном преобразующих сигналов за счет относительно небольшой разрядности ЦАП и, соответственно, небольшого коэффициента деления опорного уровня, Формула изобретения

Дельта-сигма-кодер, содержащий вычитатель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и является информационным входом кодера, источник опорного напряжения, выход которого подключен к вторым входам вычитателя и nepeoro сумматора, выходы которых подключены к опорным входам соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, элемент

ИЛИ, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены с тактовым входом дискретиэатора и являются тактовым входом кодера, выходы первого и второго элементов И соединены со счетными входами одноименных счетчиков импульсов, выходы которых подключены к

1656684

Фиг.2 информационным входам одноименных цифроаналоговых преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первыми входами первого и второго компараторов, выход второго циф- 5 роаналогового преобразователя подключен к первому входу третьего компаратора и второму входу первого компаратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и входом элемента НЕ, выход 10 которого подключен к второму входу первого элемента И, прямой выход дискретизатора является выходом кодера, о т л и ч а юшийся тем, что с целью повышения точности кодера, в него введены третий счетчик 15 импульсов, блок коммутации, кодопреобразователь, третий цифроаналоговый преобразователь, второй и третий сумматоры, третий — пятый элементы И и генератор равномерно распределенного шума, выход ко- 20 торого соединен с опорным входом третьего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, вторые входы которых подключены к выхо- 25 дам соответственно первого сумматора и вычитателя, выходы второго и третьего сумматоров соединены с вторыми входами одноименных компараторов, выходы которых подключены к входам третьего элемента И, выход которого соединен с установочными входами первого — третьего счетчиков импульсов, выходы третьего счетчика импульсов подключены к информационным входам блока коммутации, выходы которого через кодопреобразователь подключены к информационным входам третьего цифроаналогового преобразователя, инверсный выход дискретизатора соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого и информационный вход дискретизатора подключены к выходу элемента НЕ, первый и второй входы пятого элемента И подключены к прямому выходу дискретизатора и выходу второго компаратора, выходы четвертого и пятого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика импульсов и управляющему входу блока коммутации.

1656684

Составитель О,Ревинский

Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий

Редактор Е.Копча

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Закаэ 2057 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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