Способ преобразования аналогового сигнала в л-разрядный цифровой код

 

ОПИСАН ИЕ 23I235

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 27Л 11.1967 (№ 1175624/26-24) Кл. 42m, 5/00 с присоединением заявки ¹

ИПК С 06j

УДК 681.332.05(088.8) Приоритет

Опубликовано 15,Х1,1968. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания З.IV.1969

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения А. И. Воителев, Л. М. Лукьянов, И. А, Жигунов и А. Е. Хуторецкий

Заявитель

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА

В и-РАЗРЯДНЪ1Й ЦИФРОВОЙ КОД

В сис"гемах, использующих средства дискретной технш(и, например цифровые регистрирующие приборь и цифровые управляющие машины, аналоговая информация должна быть представлена в цифровой форме. Устройства, преобразу1ощие аналоговые сигналы в цифровую форму, преобразователи типа аналог-код в таких системах часто имеют на входах многока н альн ые ко 1хlу 1 аторы ана чогов1 1х сигналов.

При переключении каналов во входном коммутаторе на входе преобразователя возникает переходной процесс из-за наличия реактивностей в линиях связи от источника аналогового сигнала до коммутатора, а также из-за паразитной и монтажной емкостей на входе преобразователя. Характер этого переходного процесса в большинстве случаев монотонный, прибли>кающийся к экспоненциальному.

Обычно быстродейс1вующ11е преобразователи типа аналог-код выполняются на основе способа поразрядного кодирования.

Однако в многоканальном преобразователе, использующем способ поразрядного коди рования, преобразование можно начинать лишь после того, как закончится переходный процесс на входе преобразователя. В противном случае погрешность преобразования может значительно превышать допустимую величину.

Переходный процесс при этом считается законченным, когда разность между сигналом на входе преобразователя и его установившемся значением становится и остается в дальнейшем меньше половины значения допустимой абсолютной погрешности преобразования.

Таким образом, при использовании преобразователей, выполненных по способу поразрядного кодирования, время, необходимое для получения результирующего кода, складывается из времени переходного процесса на входе преобразователя при пе1>еключении ка палов во входном коммутаторе и времени кодирования.

Для того, чтобы получать результирующий код сразу we после окончания переходного процесса от переключения каналов во входном коммутаторе, можно выполнять преобразование по способу считывания через фиксированный интервал времени после начала переключения каналов в коммутаторе или по способу, основанному на последовательном совмещении поразрядного кодирования со способом слежения, причем процесс слежения необходимо также заканчивать через фиксированный момент времени после начала переключения каналов во входном коммутаторе.

Первый из указанных способов требует много оборудования и экономически себя не оправдывает и второй — для исключения слу30 чайных сбоев, возникающих в процессе пораз231235

Й> рядного кодирования, тоже требует дополнительного оборудования.

По предложенному способу преобразования можно получить результирующий код в момент окончания переходного процесса на входе преобразователя, а также автоматически устранить возможные случайные сбои процесса поразрядного код: рования. В этом способе преобразования аналогового сигнала в цифровой и разрядный код компенсирующий сигнал обратной связи, который вырабатывается с помощью преобразователя код-аналог, сначала формиру1от по способу поразрядного кодирования для К старши.(разрядов резуль1ирующего кода, Затем в зависимости от знака и вели IH!Ib! разности мен<ду входным сигналом и компенс.11.ующим сигналом, получившимся в последнем такте поразрядного кодирования, компенсирующий сигнал у.меньшают на одну или 1есколько одинаковых ступеней, имеющих вес, эквивалентный единице (n— к — 1)-го разряда. После этого компенсируюший сигнал увеличивают одинаковыми ступенями, имеющими вес, эквиваленгный единице и-го (младшего) разряда результирующего кода. Процесс преобразования заканчивается, когда компенсирующий сигнал станет равным входному. Такой комбинированный способ преобразования целесообразно использовать, например, в преобразователях устройств связи с объектом управляющих вычислительных машин, для которых хаpàêòåðíо наличие многоканальных коммутаторов аналоговых сигналов.

В качестве примера рассмотрим работу преобразовател 1, вьшолненного на основе предлагаемого способа. На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя. Она содержит входной преобразуемый сигнал 1, сравнивающее устройство 2, преобразователь код-аналог

8, компенсирующий сигнал 4 обратной связи, выходной сигнал 5 сравнивающего устройства, сигнал 6 начала преобразования, устройство 7, управляющее процессом поразрядного кодирования, регистр-реверсивный счетчик 8 емкости к разрядов, устройство 9, управляющее процессом уменьшения компенс рующего сигнала обратной связи; устройство 10 — (I2 — к—

1)-й разряд рег;1стра; устройство 11, управляющее процессом увеличе1.ия компенсирующего сигнала обратной связи; счетчик 12 емкостью и — к — 1 разрядов; сигнал 18, разрешающий снятие кода результата преобразования.

На фиг, 2 приведена временная диаграмма, поясняющая принцип обработки компенсирующего сигнала обратной связи, поступающего с выхода 4 преобразователя код-аналог 8.

На диаграмме приняты следующие обозначения:

14 — ось значений преобразуемой аналоговой величины, 15 — ось времени, 16 — переходный процесс на входе преобразователя, 17 — установившееся значение входного подключаемого сигнала, 18 — компенсирующий

65 сигнал обратной связи, 19 — момент начала преобразования по способу поразрядного кодирования, 20 — момент начала процесса уменьшения компенсирующего сигнала обратной связи, 21 — момент дополнительного уменьшения компенсирующего сигнала обратной связи на одну степень, 22 — момент начала процесса увеличения компенсирующего сигнала обратной связи, 23 — момент окончания преобразования; 24 — момент времени, равный т — постояннои времени переходного процесса на входе преобразователя; 25 — момент времени, равный 2т; 26 — сигнал на входе сравнивающего устройства; 27 — сигнал окон ания преобразования.

Последовательность работы узлов этого преобразователя рассматривают параллельно с отработкой сигнала обратной связи по временной диаграмме фиг. 2.

Аналоговый сигнал, подлежащий преобразованшо, подается ня вход 1 сравнивающего устройства 2. Преобразование начинаетсл в момент 19, сдвинутый относительно момента переключения сигнала на входе преобразователя на величину ll, по сигналу 6, поступающему из центрального устройства управления на вход устройства 7, управляющего процессом поразрядного кодирования. Поразрядное кодирование выполняется для «к» старших разрядов результирующего кода за времл, равное t. Процесс управления поразрядным кодированием состоит в том, что устройство 7 после гашения регистра 8 вырабатывает сигналы для последовательной установки в «1» триггеров этого регистра, начиная со старшего. Возвращение триггеров в «0» производится в зависимости от значения выходного сигнала 5 устройства 2.

В конце последнего такта (момент времени

20) поразрядного кодирования устройство 7 формирует сигнал для подачи управления устройству 9, управляющему процессом уменьшения велич1шы компенсирующего сигнала обратной связи. Этот процесс выполняется в течение отрезка времени tI и состоит в том, что устройство 9 выраоатывяет сигналы, поступающие на вход регистра 10, представляющего собой (n — к — 1) -й разряд регистра, в котором отрабатываетсл код результата преобразования. Код результата поразрядного кодирования начиняет уменьшятьсл с кян(дым сигналом, вырабатываемым устройством 9, на величину, имеющую все единицы (n — к — 1)-го разряда. Этот процесс продолжается до тех пор, пока компенсиру.1ощий сигнал не станет меньше входного (на фиг. 2 совпадает с моментом 20). После этого (момент времени 21) компенсирующий сигнал обратной связи уменьшается еще на одну ступень указанного веса, и устройство 9 формирует сигнал передачи управления устройству 11, управля1ощему процессом увеличиенпя компенсирующего сигнала обратной связи с помощью счетчика

12, имеющего и — к — 1 разрядов.

Увеличение компенсирующего сигнала про231235 фиг. 1 изводится в течение времени и с момента 22 ступенями, имеющими величину, эквивалентную весу гг-го (младшего) разряда результирующего кода. Окончание преобразования производится по сигналу 18, вырабатываемому устройством 11 в момент 2г, когда величпHB ксмпенсирующего сигнала станет равной (с погрешностью дискретности) измеряемому сигналу.

Этот момент определяется по измененшо сигнала на выходе сравнивающего устройства в процессе увеличения компенсирующего сигнала обратной связи.

Такая последовательность формирования компенсирующего сигнала позволяет отк— заться от использования в преобразователе дополнительного устройства задержки, а также иметь реверсивный счетчик только для старших разрядов. Это уменьшает количество логических элементов в рассматриваемом преобразователе по сравнению с преобразователем, построенным на совмещении спосооа поразрядного кодирования с обычным способом слежения. Кроме этого, рассматриваемый способ преобразования позволяет голучить результат преобразова.гия с заданной погрешностью даже в том случае, если погрешность поразрядного кодирования значительно преahlmaeT требуемую а резульTaTe случайного сбоя.

Естественно, что время преобразования и этом случае увеличивается на величину, пропорциональную значению к знаку погрешности процесса поразрядного кодирования. При реализации преобразователей по предлагаемому способу для многоканальных преобразователей рекомендуется время 1, выбирать, ориентируясь на наиболее длительный переходной процесс при подключении максимального входного сигнала, В этом случае окончание преобразования для сигналов, имеющих более быстрый переходный процесс. а также для сигналов, имеющих установившееся значение меньше максимального, заканчивается в тот момент, когда разность между входным сигналом и его установившимся значением заведомо меньше допустимого значения, т. е. среднее время получения результирующего кода в рассматриваемом преобразователе будет меньше, чем в преобразователях, основанных на способах считывания и совмещения способа поразрядного кодирования и сл жения.

Предмет изобретения

Способ преобразования аналогового сигнала в )г разрядный цифровой код путем формирования уравновешивающего напряжения в три такта, причем в первом такте старшие к— разряды поразрядно кодируют, а в третьем такте уравновешивающее напряжение увеличивают ступенями, вели.ина которых эквивалентна весу младшего разряда, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения достоверности, во втором такте сигнал одинаковыми ступенями, величина которых эквивалентна весу и — к — 1 разряда, уменьшают на одну сгупень, если в первом такте уравновешивающее напряжение меньше аналогового сигнала нли равно ему, и на несколько ступеней, если напряжение больше аналогового сигнала, причем последнюю ступень формируют после того, как уравновешивающее напряжение станет равным аналоговому сигналу или меньше его.

231235

14 г7

19 20 21 22

15

Фиг. 2

Составитель Махнанов

Техред Л. К. Малова Корректор Т. ф. Старостина

Ред акт ор Хухрыгина

Типография, пр. Сапунова, 2. аказ 301/б Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4