Аналого-цифровой преобразователь

 

Союэ Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено03.06.74 (21) 2028734/21 (») 525240 (51) М. Кл.

Н 03 K 13/17 с присоединением заявки №Государственный комитат

Соввта )йнннстроа СССР ао долам изобретений н открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано15.08.76.1 юллетень )@ 30 (45) Дата опубликования описания 05,11.76 (5З) ДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Г. Вальский и В. В. Островерхов (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области изме=.! рительной и вычислительной техники и мо жет быть использовано при кодировании случайных сигналов, Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который содержит, схему сравнения, преобразователь кода в напряжение, устройство управления, логические схемы и триггерный регистр, построенный по схеме реверсивного счетчика (11. Работа етого устройства в каждом цикле преобразования построена на использовании как поразрядного кодирования, так и следящего преобразования.

i5

Наиболее близким по технической сущности является аналого-цифровой йреобра- зователь, содержащий сравнивающее устройство, преобразователь кода в напря.кение, связанный с устройством управления, ревер- gp сивный счетчик, соединенный со вторым преобразователем кода в напряжение, выход .„ которого через устройство стробирования подключен к одному входу аналогового сумматора, другой вход которого соединен с 25

2 выходом первого преобразователя кода в напряжение (2).

Недостатком известных аналого-цифровых преобразователей как и любых других, параметры которых, например длительность такта (время преобразования ) или число разрядов, постоянны, является существ венное увеличение погрешности преобразования с ростом частотного спектра кодируемого сигнала.

Погрешность преобразования изменяющихся во времени входных сигналов определяется выражением, np =ду +Ьк+ь„+ где Ьо - статическая составляюшая погреш1 ности; тт

4U <<< составляющая погрешности от инерционности аналоговых цепей АЦП; à — постоянная времени установления образцового напряжения По, Ь к и f»(Ì ф - составляюшая погрешности, определяемая частотным спектром входного сигнала » (для АЦП поразрядного уравновешивания);

3 д = и g" — составля3ешая погрешности, М и - 3 определяемая величиной кванта младшего

) разряда;

М - число разрядов АЦП;

Q а CL I — коэффициенты пропорциональнос- 5

1> г з ти.

Для нахождения оптимальной зависимости между параметрами АЦП при минимизации ошибки преобразования продеференцируем в3,ражение 1 по этим параметрам и из решен, )))) уравнений получим, что при 6(= 100 1

=-хЪ(—" „(и-О) Ю при 1 = COAST а (a Irqg » т) Fn2

Анализ выражений (1) — (3) показывает, что для различных значений частотного спектра входного сигнала j< существует минимальное значение суммарной погрешности AUfI (д и> д„п), которое может быть достигнуто с помощью изменения соответствующего параметра (параметров) АЦП до . его оптимального значения.

Целью изобретения является обеспечение минимальной ошибки преобразования случайных сигналов путем адаптивного измене ния параметров АЦП, например длительности такта или числа разрядов устройства.

В предлагаемом устройстве поставленная цель достигается тем, что в него введены устройство сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, устройство определения установившегося режима преобразования, логическая схема и устройство управления параметром, выход которого соединен с одним из входов устройства управления, а входы — с выходами логической схемы, вход которой: подключен к выходу устройства сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, один вход кото- рого соединен с выходом реверсивного счетчика, а другой вход — с выходом устройства,@ определения установившегося режима преобразования, первый вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства, а второй вход - к одному из выходов устройства управления, соединенному также с управляю- 59 шими входами устройства стробирования„и реверсивного счетчика.

На фиг. 1 представлена блок — схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график зависимости погрешности АЦП от длитель- 55 ности такта преобразования для различных зна,чений частотного спектра „°, Преобразователь состоит из сравниваемого устройства (СУ) 1, аналогового сумма т ора 2, первого преобразователя кол — поприщ

4 жение (ПКН) 3, устройства стробирования

4, устройства управления 5, реверсивного счетчика (РС) 6, второго преобразователя код - напряжение. 7, устройства определения установившегося режима преобразования 8, устройства 9 сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, логической схемы 10 устройства 11 управления параметром.

Преобразователь работает следующим образом.

По каждому сигналу Запуск" устройство управления 5 выдает команды, по которым и оизводится преоб азование входного сигна-ла 0х в цифровой код с помощью СУ = и

ПКН 3. При этом преобразование происходит со значением параметра АБП, равным

Ц (— 1) (например, при методе поразрядного уравновешивания с длительностью такта т, (l — 1 ) или числом разрядов (h — 1), которое было установлено первоначально или в процессе предыдущей работы: о (L — 1)-м цикле преобразования).

B конце каждого цикла преобразования устройство управления 5 вырабатывает сигнал "Конец преобразования, который поступает на управляющий вход устройства стробирования 4, обеспечивая подключение ,ко входу аналогового сумматора 2 напряжения Ц, » > с выхода ПКН 7, и на управляющие входы PC 6 и устройства 8, СУ 1

1 сравнивает входное напряжение У» с суммой напряжений Uoi + L (i .3) где Uoi — выходное напряжение ПКН 3 в конце j -го цикла преобразования (уравновешивания). Данное сравнение эквивалентно сравнению текущей ошибки аналого-цифрового преобразователя ь|3) -lfII-U0t с напряжением Ug

Результат сравнения поступает с выхода СУ 1 на PC 6 и устройство 8. При этом если Uz(<< )

В процессе многократных тактов сравнения

Ьпр . Ц qi изменение Uy< происходит дс тех пор, пока для рассматриваемого итерационного процесса не выполнится равенство вероятностей

ILIU„l l np,l) =PilU„I

При этом на выходе ПКН 7 устанавливает- а

c5i напряжение, которое связано с погрешностью преобразования соотношением

= )(пр (-) где К вЂ” коэффициент пропорцлол:3льцо тц, (зависиший От закона )3 .!спредел<. ции 33хо, Uto—

525240

6 АЦП работает до выполнения равенства (5), которое определяется устройством 8 ПрИ частотном спектре, равном Ьд и принятой длительности такта т погрешность АЦП

2 б равна Л . В устройстве 9 происходит сравнение предыдущего и полученного значений погрешности. Так как

5 го сигнала и апгоритма функционирования

АЦП, В момент выпопнения равенства (4), определяемый устройством 8, на устройство 9 сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, поступает сигнал, по которому производится сравнение кодовых эквивапентов установившегося значеФ ния напряжения Цу„ уащ на (— м цикле итерации с предществукхцим ; значение ко- 10 торого хранится в устройстве 9. При этом устройство 9 выдает следующие сигчапы

Х (в,погическую схему 1 О;

1, eCJ1H lUgg) gCITI + IUD (j-4)l gcpl

L о, если I U „I е п ) Uq ц-) ус,п — — —— (6)

Логическая схема 10 вырабатывает сигнапы 2 <, воздействующие на устройство

1

11, управления параметром, которое и производит требуемое изменение параметра на вепичину + Q P „испи Х (= 1, то знак шага

Я остается таким же, как бып установлен a конце предшествующего периода работы, т, е.

sign ьД,„= sag n. ЬО(„1) .

М ,Еспи же Х; = О, то знак приращения параметра изменяется на противоположный вфп @4< = - йр Q„.

После соответствующего изменения пара- ЗО метра P,„ весь период работы многократно повторяется. При этом вторая итерационная процедур», вызыва>ошая изменение параметра Q» происходит до тех пор, пока не установится его оптимальное значение, при ко-;ц тором обеспечивается минимальная ошибка преобразования: .>-.= 1 „„(ч.„.)l.. 1м„а)1 . д, В установившемся режиме оптимальная О величин параметра находится в пределах йg Q

При изменении частотного спектра входного сигнапа происходит автоматическая перестройка соответствующего пар; метра,,д

AUP, обеспечивающая минимальную ошибку преобразования.

Рассмотрим в качестве примера работу йредпагаемого АЦП дпя случая, когда перестраиваемым параметром явпяется дпитепь- 5О

Ность:тактами;„ .

Предпопожим, что на вход АЦП поступает входнс 3 сигнап с частотным спектром f и в р .зу..ьтате предыдущей работы устанавпивается значение = од„„< которое соот- 55 ветствует погреш-:ости 5 (см. фиг. 2).

Затем частотный спектр входного сигнапа возрас.-ает я становится равным f> . АЦП начина.-=т адаптацию. Врезупьтате первой

mer : ниенной процедуры при .,„„- g) то в соответствии с (6) Х(= О и знак

Я,,. „1, меняется на противоположный.

Поскольку не известно, какой бып знак

Ц Д,,> в предыдущем цикле, будем рассматривать худший из вариантов. Пусть

Ю

Юрогда t q 4 t . вепичение дпитецьности такта. в результате цикла итерации приводйт, к увеличению погрешности АЦП 1Й (1, а следовательно

Х = О, и знак 64> меняется на противопопожный.

Очевидно, что в результате последующих итераций дпитепьность такта уменьшается, пока уменьшается суммарная погрешность йпр АЦП, а по достижении а она начинает колебаться около этотаnrn z

ro значения, так как t од< определяет и минимумом функции

Ь.р = F (4.)/, Таким образом, в рассмотренном АЦП путем автоматического изменения параметра 4 достигается минимум суммарной погрешности преобразования.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнивающее устройство, преобразоватепь кода в напряжение, связанный с устройством управления, реверсивный счетчик, соединенный со вторым преобразоватепем кода в напряжение, выход которого ,через устройство стробирования подключен к одному вхоцу анапогового. сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого преобразователя кода в напряжение, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования случайных сигналов, в . . его введены устройство сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, устройство определения установившегося режима преобразования, погическая схема и устройство управления

O параметром, выход которого соединен с одним из входов устройства управления, а входы — с выходами логической схемы, вход которой подкпючен к выходу устройство срав1

IeHHH и запомш ания состояния р< версивпп525240

>prol a

Маус

Фар. /

>

>о

D r, r. хo,у т. опт r. oò

ФЪс. Я

» Составитель l0» Рюжин

Редактор Г. Мозфсечкова Техред А. Демьянова Корректор,c. 1IJerc pl Заказ 8 148/565 Тираж 1029 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений, и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/6

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ro счетчика, один вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а другой вход - с выходом устройства определения; установившегося режима преобразования, первый вход которого подключен к выходу

1 сравнивающего устройства, а второй входк одному из выходов устройства управления, соединенному также с управляющими входа-.

8 ми устройства стробирования и реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

l. Авт. ca. № 139622, М. кл. Н 03 К.

1 3/1 7, 24,07,65.

2, Авт. св. № 321941, М, кл. Н 03 К

1 3/02, 08.04.70 (прототип) .