Аналого-цифровой преобразователь

 

Ссиез Соаетскмх

Сецр алкстнчеекик

Республик (63) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) 3вявлено 030576 21) 2355007/18-21 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет (5 () М КЛ.2

Н 03 К 13/17

Государстиениы6 комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 6 81 . 32 5 (088. 8) Опубликовано 050579 Бюллетень N9 17

Дате опубликования описания 05.05.79 (72) Авторы изобретения

A.È.Êîíäàëåâ и В.A.Ôàáðè÷åâ

/

Ордена Ленина Институт кибернетики АН Украинской ССр (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области вычислительной техники.

Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в которых точность преобразования при наличии помех повышается путем применения статистической обработки результатов отдельных преобразований. Они содержат сравнивающее устройство, устройство упраЪления, распределитель, основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) реверсивный счетчик, дешифра= тор и логические схемы. Кроме того, с целью повышения точности преобразования постоянного напряжения в условиях аддитивных помех и сокращения времени преобразования при цифровом интегрировании результатов измерений они дополнительно содержат сумматоросреднитель, реверсивный счетчик заданной допустимой погрешности от помехи, ЦАП приращений и логическую схему (13.

Недостатками такого АЦП являются большое количество оборудбвания и нецостаточные быстродействие и точность работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является АЦЛ, содержащий генератор импульсов, ре- ЗО версивный счетчик, преобразователь кода в напряжение, два нуль-органа, счетчик, четыре элемента запрета, два триггера, ключи, элементы И и

ИЛИ линии задержки (2). Повышение быстродействия и точности преобразования достигается путем соответствующего соединения элементов схемы, при этом код в реверсивном счетчике зависит от частоты срабатываний нульорганов. Так, вероятность срабатывания первого нуль-органа можно приравнять к вероятности пребывания входного сигнала х (t) на время одного цикла преобразования под U а вероятность срабатывания второго нуль-органа — к вероятности пребывания x(t) за то же время над П н, Если считать, что Р— вероятность пребывания x (t) над Ц,„,а Р— вероятность пребывания х(t) под Пэн,,то в процессе преобразования один из нулнорганов будет срабатывать чаще до тех пор, пока Р„ не станет равным

Р .,Однако в таком АЦП вероятности срабатывания нуль-органов неодинаковы.это не означает, что при каждом опросе нуль-органов срабатывает тот, по сигналу которого в реверсивном счетчике сформирован такой код, 783 4

3 661 что преобразователь кода н напряжение Формирует эталонное напряжение,позволяющее приблизиться к оценкь математического ожидания М (х (Й)).

Импульсная помеха любой величины, которая налагается на сигнал н момент срабатывания нуль-органа, не может изменить код в реверсивном счетчике больше, чем на один квант. Однако

/ если импульсные помехи приходят чаще, то код в реверсивном .счетчике может измениться больше, чем на один квант,10

Это Хтриводит к тому, что н конце процесса преобразования перед считыванием кода с реверсивного счетчика код в этом счетчике может. отличаться больше, чем на квант от оценки мате- 15 .матического ожидания входной функции

М(х())

Целью изобретения является повышение, точности работы АЦП.

Поставленная цель достигается за счет того,что в АЦП,содержащий генератор импульсов, выход которого через тумблер соединен с сигнальным входом первого элемента запрета., управляющий вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, нулевой выход которого соецинен с первыми входами первого и второго элементов ЙЛЙ, вторые входы которых соединены с единичным выходом второ го триггера, выход первого элемента

ИЛИ соединен с управляющйм входом второго элемента запрета, сигнальный вход которого соединен с единичным входом первого триггера и выходом пер. ного нуль-органа, а выход второго 45 элемента ИЛИ соединен с управляющими . входами третьего и четвержго элементов запрета, причем сигнальнйй вход третьего элемента запрета соединен с выходом блока управления 40 нуль-органами, а. сигнальный вход ." четвертого элемента запрета через тумблер — с выходом второго нуль-органа, управляющйй вход которого соединен с выходом третьего элемента запрета и управляющими входами первого нуль-органа и счетчика, выход кото рого соедйнен с входом первого элемента задержки, Первые входы первого и второго нуль-органов соединены с шиной входного сигнала, а их вторые входы — .с выходом преобразователя кода в напря* .жение, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика и пер-; выми входами элемеитов И, вторые вхо. дй которых соединены с выходом второ- 55 го и, входом третьего элементов эа«

: держки,. причем выход- третьего элемента задержки соединен с шиной начальной установки,и нулевыми входамй первого и второго триггеров и ревер 60 ,сивйого счетчика, введены два накапливающйх счетчика.и элемент сравнений, первый вход которого соединен с выходом первого элемента запрета и суммирующим:входом1 реверсивного счетчика, второй выход †.с вычитающим нходом ренерсинного счетчика,,входом второго элемента задержки и единичным входом нторого триггера.

Первый и второй входы элемента сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго накаплинающих . счетчикон, первые входы которых соединены с выходами второго и четвертого элементов запрета соответственно.

Вторые входы накапливающих счетчиков соединены с выходом первого элемента эацержки,- вход которого соединен с уйравляющим входом элемента сравнения,.

Структурная схема предложенйого.

АЦП показана на чертеже.

AIJII содержит генератор импульсов ренерсинный счетчик 2, преобразо» ватель кода н напряжение 3, первый 4 и второй 5 нуль-органы, первый 6 второй 7, третий 8 и четвертый 9 элементы запрета, элемент сравнения 10,. первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, триггерй 13 и 14, блок 15 управления нуль-органами, счетчик 16, первый 17, второй 18 и третий 19 элементы задержки, элементы И 20,тумблер 21 и первый

22 и второй 23 накапЛивающие счетчики.

Входной аналоговый сигнал,поступает на один из входов нуль-органов 4 и 5, вторые входы которых соединены с выходом преобразонателя кода в напряжение 3, управляющие входы через элемент запрета 8. — с выходом блока

15 управления нуль-органами. Выход элемента запрета. 8 соединен с входом счетчика 16. Выход, нуль-органа 4 соединен с единичным входом триггера

13 и через элемент запрета 7 подклю чен к однбму из входов накаплинающе го счетчика 22, выход которого соединен с одним из входов элемента сравнения 10 ° Выход нуль-органа 5 через тумблер 21. и элемент запрета

9 подключен к одному из входов накаплинаюцего счетчика 23, выход .которого соединен с другим входом эле.мента сравнения 10. Другие входы счетчиков 22 и 23 через элемент задержки 19 соединены с выходом счетчика 16 и с упранляющим входом элемента сравнения 10. Нулевой выход триг гера 13 соединен с управляющими входами элемента запрета б, единичный выход — с одним из входов элементов ,ИЛИ 11 и 12, другие входы котбрых соединены с единичным выходом триггера 14. Выход элемента HJII1 11 соединен с управляющим входом элемента запрета 7, выход элемента ИЛИ (2 соединен с управляющими входами эле ментов запрета 8 и 9. Генератор импульсов 1 через тумблер 21 и элемент запрета б соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 2 и. с одним из выходов элемента сравнения

10, другой выход которого соединен с вычитающим входом счетчика 2, с единичным входом триггера 14, через элемент задержки 19 — с одним иэ входов элементов И 20, а через эле5 66178 мент задержки 18,подключенный к выходу элемента задержки 19,. — с входами счетчика 2 и с шиной начальной уста- новки, соединенной с нулевыми входами триггеров )3 и (4. Выходй счетчика 2 соединены с входами преобразонателя кода в напряжение 3 и с дру- 5 гимн входами элементов" 20.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания и установки управляющих триггеров .(3 и 14 в р исходное состояние подачей импульса на шину начальной установки и включения тумблера 2(начинается процесс преобразования. При этом элемент запрета 6 открыт а все остальные

1 15 элементы запрета открыты. От генератора импульсов (через элемент запрета 6 импульсы проходят на суммирую- щий вход счетчика 2.

Преобразователь кода в напряжение 3, управляемый разрядами счетчика 2, вырабатывает ступенчато-линейное компенсирующее напряжение 0зп, являющееся напряжением обратной связи. Нуль-орган 4 выдает импульс при

Пэщ > x(t), а нУль-орган 5 вырабатывает импульс при Ug x(t) .

В начале процесса преобразования входного сигнала срабатывает нульорган 5, поскольку компенсация начинается от нулевого уровня, то импульс 30 от него не проходит на вход счетчика

2, так как элемент запрета 8 закрыт.

При достижении Цз значения случайного сигнала х(t) =. U(t) + g(4) срабатывает нуль-орган 4. Импульс от него перебрасывает триггер. 13, который подает сигнал запрета на элемент запрета 6 и снимает запрет,со всех остальных элементов запрета.

Вступает в действие блок 15 упрайления нуль-органами, который представляет собой генератор, вырабатывающий импульсы, одновременно запирающие оба нуль-органа на время, равное времени их восстановления, и затем открывающие оба нуль-органа одновременно на время, равное времени их срабатывания.

Первый импульс с выхода нуль-органа

4 отключает суммирующий вход счетчика 2 от генератора импульсов 1 и от;Крывает элементы. запрета 7 и 9, раэ- 50 решая тем самым прохождение импульсов с выходов нуль-органов 4 и 5 на нхо.ды .накапливающих счетчиков 22 и 23, Код в, счетчиках 22 и 23 зависит от частоты срабатываний нуль-органов.

Если, например, нуль-орган 4 срабатывает чаще чем нуль-орган 5, то код н счетчике 22 будет по величине боль.ше, чем в счетчике 23.

При переполнении счетчик 16 выдает импульс, опроса элемента сравнения 10 кодов в счетчиках 22 и 23, формирует . сигнал, поступающий на суммирующий вход счетчика 2, если код в-счетчи-.. ке 23 больше, чем в счетчике 22, или

Формирует сигнал, поступающий на вы3 6 читающий вход счетчика 2, если код и счетчике 22 больше, чем в счетчике 23. После того как элемент сран-. нения 10 сформирует сигнал на одном или другом выходе, сигнал переполнения с выхода счетчика 16, пройдя через элемент задержки 17, устанавливает разряды счетчиков 22 и 23 н нулевое состояние. При поступлении сигнала с элемента сравнения 10 на суммирую6(ий вход счетника 2 преобразователь кода в напряжение 3 формирует Озган, которое по величине на квант больше предыдущего. Это эталонное напряжение поступает на входы нуль-органон 4 и 5, и преобразователь продолжает работу.

При поступлении сигнала с элемента сравнения 10 на вычитающий вход счетчика 2 код в счетчике уменьшается на единицу младшего разряда. Этот же сигнал поступает на вход триггера 14, который переходит н другое состояние.

При этом на управляющие входы элементов запрета 7-9 подается .запрещающий сигнал. Пройдя элемент"задержки 19, сигнал поступает на входы элементов

И 20, считывает Установившийся код из счетчика 2, затем, пройдя через элемент задержки 18, устанавливает разряды счетчика 2 в нулевое состояние и триггеры 13 и 14 в исходное состояние, Преобразователь готов к новому циклу преобразования.

В результате действия помех код н счетчике 2 после сравнения U „,. с

x(t) может измениться в пределах одного кванта, но и после следующего такта сравнения изменение кода может произойти в направлении, .не соответt ,стнующем,приближеиию к ОЦенке математического ожидания входной функции

М(x(t)) . Из того факта, что вероятности пРебывания х(1) над U> и под

Оз„„ не равны, следует, что частота сРабатывания одного нуль- органа больше, чем у другого, но не следует, что в момент считывания в счетчике будет зафиксирован код, соответствующий

M(х(t)), так как незозможно предска.зать, какой из нуль-органов срабатывает в результате отдельного сравне" ния Uq c случайным сйгналов x(t), что приводит к появлению случайных погрешностей аналого-цифрового преобразования. будем считать, что если в результате проведения сравнения U> .с x(t) в счетчике 2 устанавливается код, ве личина которого приближается к оценке !

4(x(t)l, то принято правильное решение, и если после сравнения,U>, с х(t) код в счетчике 2 не прйблиэ ( зится к оценке M (X (t) ) то принято ложное решение, Если проводить S сравнений U ù„ с x(t), то число ложных решений равно

6617

7 где р(х) — вероятность принятия ложного решения.

Число принятых правильных решений равно

N„(4 р() s.

«)

Так как вероятности принятия верного и ложного решения не равны друг дру5 гу, то в результате S повторных сравнений П .с x(t) число верных и ложных решений не равно между собой и в накапливающих счетчиках эафиксируются не равные по величине коды..Серия из S повторных сравнений. на -ом такте должна заканчиваться принятием решения о следующей формируемой эталонной величине Уэш „, которое формируется схемой сравнейия на основании знака разности

Такая операция повторяется на каждом такте формирования U>

Процесс статистической обработки закончен, как только по сигналу схемы сравнения преобразователь кода в напряжение 3 сформирует 1)э п(+q которое по величине меньше Мэщ„, что соответствует алгоритму работы развертывающего АЦП. При этом в счетчике 2 зафиксирован код, соответствующий оценке математического ожидания входной функции М(х(t)}.

Таким образом, в предложенном AGH 30 случайные погрешности аналого-цифрово го преобразования из-за действия случайных помех на входной аналоговый сигнал устранены.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, выход которого через тумблер соединен с сигнальным входом первого элемента запрета, управляющий вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, нулевой выход которогосоединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с единичным выходом второго триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с управляющим. входом второго элемента запрета, сиг- 50 нальный вход которого соединен с единичным входом первого триггера и вы83 8 ходом первого нуль-органа, а выход второго элемента иЛИ соединен с управляющими входами третьего и четвертого элементов запрета, причем сигнальный вход третьего элемента запрета соединен с выходом блока управлеййя нуль-арганами, а сигнальный вход четвертого элемент запрета через тумблер соединен с выходом второго нуль-органа, управ яющий вход которого соединен с выхо ом третьего элемента запрета и уп авляющими входами первого нуль-органа и счетчика, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, первые входы пер- вого и второго нуль-органов соединены с шиной входного сигнала, а вторые входы — с выходом преобразователя ко- да в напряжение, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика и первыми входами элементов И, вторые входы которых сОединены с выходом второго и входом третьего элементов задержки, причем выход третьего элемента задержки соединен с шиной начальной установки и нулевыми входами первого и второго триггеров и реверсивного счетчика, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены два накапливающих счетчика и элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого элемента запрета и суммирующим входом реверсивного счетчика, второй выход — с вычитающим входом реверсивного счетчика, входом второго элемента задержки и единичным входом второго триггера, первый и второй входы элемента сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго накапливающих счетчиков, первые входы которых соединены с выходами второго и четвертого элементов запрета соответственно, а вторые входй — с выходом первого, элемента задержки, вход которого соединен с управляющим входом элемента сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 432676, МКИ Н 03 К 13/17, 07.07.1972, 2. Авторское свидетельство СССР

9 364092, МКИ Н 03 К 13/17, 18.01.1971 .

661783

Закаэ 25 1.0/б 4

Тираж 1059 Подписное

UHViHIIH Государственного комитета СССР по делам иэооретений и открытий

1 130 35, Москва, Ж35; Раушская наб à, g е 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óærîðîä, ул.Проектная,4

Составитель И.Стан

Редактор Л.утехина Техред 3.Фанта Корректор A.Гриценко