Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для кодирования аналоговых видеосигналов и высокочастотных сигналов. Цель изобретения - повышение частоты преобразований. Поставленная цель достигается тем, что наряду с разверткой в пространстве луча излучателя отражающей гранью пьезодефлектора на величину, пропорциональную изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантованием полученного светового сигнала с последующим его преобразованием в электрический и представлением его в цифровом коде, производят и развертку луча по кругу, используя отражающую грань дополнительного пьезодефлектора, при этом радиус круга пропорционален изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантование оптического сигнала осуществляется в плоскостях, расположенных радиально, разрядность цифровых кодов соответствует числу уровней квантования. Способ позволяет увеличить частоту преобразований в число раз, равных числу квантующих линеек, сканируемых за один оборот луча, т.е. в 10 и более раз. Устройство, реализующее способ, включает входной делитель напряжения, усилитель, блок круговой развертки, два пьезодефлектора, светодиод в режиме непрерывного излучения, блок квантования из 20 квантующих линеек световодов, расположенных радиально с угловым расстоянием 18^o, блок фотоприемников и блок шифраторов, причем число шифраторов в нем соответствует числу линеек световодов. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для кодирования аналоговых видеосигналов и высокочастотных сигналов.

Известен аналог АЦП с волоконно-оптическим кодирующим устройством [1] Способ его аналого-цифрового преобразования заключается в отклонении светового штриха измерительным механизмом с зеркалом по плоскости входных торцов волоконно-оптического кодирующего устройства /ВОКУ/ на величину, пропорциональную изменению амплитуды кодируемого сигнала, выполнении кодирования волоконно-оптическим кодирующим устройством расщеплением энергии светового штриха гибкими световодами, входные торцы-кванты которых образуют информационную зону, а раскладка выходных торцов осуществлена согласно единицам двоичного числа. АЦП содержит осветитель, формирующий световой штрих, ВОКУ, измерительный механизм с поворотным зеркалом, преображающий входную величину в угол отклонения луча, блок фотоприемников с разрядами и управляющими фотоприемниками, оптические входы которых расположены против соответствующих оптических выходов ВОКУ, а выходы подключены к входу электронно-логической схемы, выполняющей функцию блока памяти. Входной торец кодирующего устройства образован входными торцами-квантами световодов с прямоугольным сечением. Каждый квант разделен на две зоны: информационную и управляющую. Кодирование сигнала осуществляется ВОКУ расщеплением энергии светового штриха гибкими световодами, входные торцы которых образуют информационную зону. Pаскладка по выходным торцам осуществлена согласно единицам двоичного кода.

Недостатки аналога: низкая разрешающая способность 6 разрядов, низкая частота преобразований, нельзя использовать как АЦП в цифровой телевизионной аппаратуре из-за наличия механических передач при преобразовании и малой разрешающей способности. Прототипом принят способ аналого-цифрового преобразования и устройство АЦП, используемое в составе цифрового вольтметра [2] Способ аналого-цифрового преобразования заключается в развертке луча излучателя в пространстве отражающей гранью пьезодефлектора на величину, пропорциональную изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантовании полученного светового сигнала с последующим его преобразованием в электрический и представлении результирующего электрического сигнала цифровым кодом.

Быстродействие преобразования кодирования 5,88·10⁶ преоб/с. АЦП, реализующее способ, включает усилитель, входной делитель напряжения, блок фотоприемников, блок шифратора, блок квантования, состоящий из световодов, первый пьезодефлектор и оптически связанные светодиод, щелевую диафрагму и объектив, оптически связанный с отражающей гранью первого пьезодефлектора, вход входного делителя напряжения является электрическим входом преобразователя, выходные торцы световодов оптически связаны с оптическими входами блока фотоприемников, выходы которого подключены к входу блока шифратора. Недостаток прототипа: недостаточная частота преобразования, что не позволяет использовать данный АЦП в перспективной цифровой телевизионной системе высокой четкости с числом строк 1125, требующей частоты преобразования до 100 МГц при разрешающей способности в 10 разрядов [3, c.5] Цель изобретения повышение частоты преобразований.

Заявляемый способ аналого-цифрового преобразования заключается в том, что осуществляют развертку в пространстве луча излучателя отражающей гранью пьезодефлектора на величину, пропорциональную изменению амплитуды кодируемого сигнала, последовательно с первой осуществляют развертку луча по кругу, используя отражающую грань дополнительного пьезодефлектора, при этом радиус круга пропорционален изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантуют оптический сигнал в плоскостях, расположенных радиально, преобразуют квантованные оптические сигналы в электрические с представлением результирующих электрических сигналов в цифровых кодах, разрядность которых соответствует числу уровней квантования.

Способ позволяет увеличить частоту преобразований в 10 и более раз против прототипа.

Структурная схема заявляемого АЦП на фиг. 1, на фиг.2 плоскость входных торцов световодов квантующих линеек, все линейки не показаны, показан принцип их расположения.

АЦП включает последовательно соединенные входной делитель 1 напряжения, усилитель 2 и блок 3 круговой развертки в составе последовательно соединенных задающего генератора 4, генератора 5 синусоидального напряжения, перемножителя 6 и блока 7 сдвига фазы на 90^o, первый пьезодефлектор 8, второй пьезодефлектор 9, блок 10 квантования, выполненный из двадцати квантующих линеек световодов, последовательно соединенные блок 11 фотоприемников и блок 12 шифраторов, светодиод 13 и последовательно расположенные щелевую диафрагму 14 и обьектив 15. Входной делитель 1 осуществляет масштабирование входного сигнала в полосе частот до 50 МГц. Входная величина преобразуется им в величину не более 0,512 В. Делитель 1 представляет собой делитель напряжения, частотно-компенсированный до частоты 50 МГц. После делителя сигнал усиливается в усилителе 2. Блок 3 формирует круговую развертку. На первый вход перемножителя 6 поступает сигнал с усилителя 2, подлежащий преобразованию в код, на второй вход поступает синусоидальное напряжение с генератора 5 частотой 5 МГц. Блок 6, перемножая их, формирует синусоидальные напряжения, амплитуда которых изменяется в соответствии с изменением амплитуды кодируемого сигнала. Синусоидальные напряжения с выхода перемножителя 6 поступают на вход первого пьезодефлектора 8, производящего развертку луча в горизонтальной плоскости, а на вход второго пьезодефлектора 9 поступают те же напряжения с блока 7, сдвинутые по фазе на 90^o. Перемножитель 6 представляет собой прецизионный усилитель, коэффициент усиления которого управляется напряжением сигнала с выхода усилителя 2, и представлен перемножителем 525ПС2 [4] Генератор 5 является умножителем частоты задающего генератора 4, который является кварцевым генератором. Пьезодефлекторы 8 и 9 идентичны и состоят из биморфного пьезоэлемента, на отражающей грани которого имеется зеркальный отражатель шириной 0,02 мм. На первом пьезодефлекторе расположение отражателя вертикальное, на втором горизонтальное. Для сканирования используется обратный пьезоэлектрический эффект.

Световой луч на зеркальный отражатель пьезодефлектора 8 приходит от светодиода 13, применяется светодиод АЛ107А, излучающий в ИК-диапазоне. Диафрагма 14 формирует луч в виде узкого прямоугольника шириной 0,02 мм и длиной 0,5 мм /для облегчения юстировки/. Блок 10 содержит двадцать квантующих линеек световодов, расположенных равномерно по окружности через 18^o /фиг. 2/. Каждая линейка содержит по 1024 световодов. Частота преобразований составляет: 5 МГц х 20 100 МГц.

При круговой развертке луча с частотой 5 МГц за один оборот сканируются торцы световодов 20 квантующих линеек. 1024 световодов в каждой линейке предназначены для кодирования входного сигнала в 10- разрядный код. Pазрешающая способность принята в 0,5 мВ, отсюда диапазон кодируемых сигналов 0 0,512 В. Диаметр световода принят 0,02 мм. Выходной торец каждого световода сопряжен со своим фотоприемником в блоке 11. В качестве фотоприемников применены лавинные фотодиоды ЛФД с постоянной времени срабатывания 0,01 мкс [5] изготовленные методом микроэлектронной технологии на выходных торцах световодов. Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входам шифраторов блока 12. Каждый шифратор преобразует сигнал с фотоприемников в двоичный код от 0000000000 до IIIIIIIIII, соответствующий мгновенному значению кодируемого сигнала. Шифраторов в блоке 12 по числу квантующих линеек, т.е. 20 штук. С выхода блока 12 последовательно сканированию с дискретностью 100 МГц выходят с шифраторов блока 12 коды кодируемого сигнала. Угловое отклонение луча 15^o [6, c. 56] Pасстояние от отражающей поверхности второго пьезодефлектора 10 до плоскости сканирования составляет , длительность преобразования складывается из времени срабатывания фотоприемника /0,01 мкс/ и шифратора /0,05 мкс/ и составляет 0,06 мкс.

Получаются следующие технические параметры заявляемого АЦП: время преобразования 0,06 мкс, частота преобразований 100 МГц, диапазон кодируемых сигналов 0 0,512 В, разрешающая способность 10 двоичных разрядов, скорость создания информации 100 МГц х 10 разр 1000 Мбит/с.

Использованные источники 1. Авт. свид. N462282, бюл.из. N 8, 1975.

2. Авт. свид. N1755210, бюл.из. N 30, 1992 (прототип).

3. Экспресс-информация, серия "Иностранная техника и экономика средств связи", вып. 24. М. 1987, с.5.

4. Тимонтеев и др. "Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре". М. 1982, с. 32, рис.2.15.

5. Голубков В.С. и др. "Интегральная оптика в информационной технике ". М. 1985, с.15.

6. Pасчет элементов лазерных сканирующих систем. Е.В.Днепровский и др. Минск, 1986, с. 56, табл. 2. 3.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования, заключающийся в том, что осуществляют развертку в пространстве луча излучателя отражающей гранью пьезодефлектора на величину, пропорциональную изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантуют полученный световой сигнал с последующим его преобразованием в электрический и представлением результирующего электрического сигнала в цифровом коде, отличающийся тем, что производят последовательно с первой разверткой развертку луча по кругу, используя отражающую грань дополнительного пьезодефлектора, при этом радиус круга пропорционален изменению амплитуды кодируемого сигнала, квантование оптического сигнала осуществляется в плоскостях, расположенных радиально, разрядность формируемых цифровых кодов соответствует числу уровней квантования.

2. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель, входной делитель напряжения, блок фотоприемников, блок шифраторов, блок квантования, состоящий из световодов, первый пьезодефлектор и оптически связанные светодиод, щелевую диафрагму и объектив, оптически связанный с отражающей гранью первого пьезодефлектора, вход входного делителя напряжения является электрическим входом преобразователя, выходные торцы световодов оптически связаны с оптическими входами блока фотоприемников, выходы которого подключены к входу блока шифраторов, отличающийся тем, что в него введены блок формирования круговой развертки, состоящий из задающего генератора, генератора синусоидального напряжения, перемножителя и блока сдвига фазы на 90^o, и второй пьезодефлектор, причем световоды в блоке квантования составляют линейки, расположенные радиально с угловым расстоянием 18^o, выход задающего генератора через генератор синусоидального напряжения соединен с первым входом перемножителя, выход входного делителя напряжения через усилитель соединен с вторым входом перемножителя, выход которого непосредственно подключен к электрическому входу первого пьезодефлектора и через блок сдвига фазы на 90^o соединен с электрическим входом второго пьезодефлектора, отражающая грань первого пьезодефлектора оптически связана с отражающей гранью второго пьезодефлектора, оптически связанной с входными торцами световодов, число шифраторов в одноименном блоке соответствует числу линеек световодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1