Устройство для измерения экстремума сигнала

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сееетскик

Сециалистическик

Республик

<и780191 (61) Дополнительное к авт. сеид-еу(22) Заявлено 12. 06. 78 (21) 2625677/18-21 (5!)М, Кл З

Н 03 К 13/20 с присоединением заявки №

) Госуд& Ретаеняый аомитет

СССР яо делам изобретемяй я открытнй (23) Приоритет "

Опубликоеамо15.1180. Бюллетень ¹ 42 (53) УДК 681. 325 (088.8) Дата опубликования описания 18 ° 11 ° 80 (72) Автор изобретению

В. Я. Загурский

Институт электроники и вычислительной техники

AH Латвийской CCP (71) Заявитель ГЪ . Ф

ВПТБ

-(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗ14ЕРЕНИЯ ЭКСТРЕМУМА

СИГНАЛА

Предлагаемое изобретение отн сится к измерительной технике и может быть использовано при построении анализаторов функций-распределения экстремумов и других связанных с ними характеристик скоростных процессов, а также в различных областях информационно-измерительной техники.

Известен аналого-цифровой определитель экстремума, содержащий анало- 1© го-цифровой преобразователь (АЦП), два. блока буферной памяти и схему сравнения кодов, которая служит для определения моментов т „ . Для упра- вления работой устройства имеются 15 генератор импульсов (ГИ) и распредедитель импульсов (РИ) (Ц

Существенными недостатками устройства является то, что при увели.чении разрядности АЦП резко уменьша» 29 ется его быстродействие, что приводит к резкому уменьшению частотного диапазона входного сигнала либо к снижению точности эа счет увеличения фазовой погрешности определения мо- 2$ мента экстремума. При увеличении быстродействия путем использования

АЦП параллельного считывания имеет место уменьшение точности измерения величины экстремума за счет физичес- 30 кого ограничения разрядности таких

АЦП, н, следовательно, малого их разрешения по амплитуде.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения экстремума сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения экстремума сигнала, содержащее генератор сигналов,. первый аналогоцифровой преобразователь, вход которого подключен ко входной шине,первый и второй блоки памяти, выходы которых соответотвенно соединены с первым и вторым входами блока сравнения кодов, при этом первый вход первого блока памятн соединен с выходом первого аналого-цифрового пре обраэователя, введены второй аналого-цифровой преобразователь и блок аналогового сравнения, первый вход которого соединен с выходом генера-. тора сигналов и через второй аналого-цифровой преобразователь со вторым входом первого блока памяти,а выход соединен с третьим входом первого блока памяти и третьим входом блока сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход котОрого

780191 соединен с выходом перного блока папяти.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения экстремума сигнала; на фиг. 2 представлены диаграммы.

Устройство содержит входную шину

1, генератор 2 сигналов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 3 и 4, блок аналогового сравнения 5,первый и второй блокипамяти 6 и 7, блок сравнения кодов 8, входы стробирования 9 и кодовые входы 1С.

На диаграммах показаны уровниИ квантования блоков 3 и 5, r U интервал квантования блоков 3 и 5 ь0 интервал квантования блока 4, уровни

12 квантонания блока 4, кодовые значения 13 на выходе блока 6, кодовые значения 14 на выходе блока 7, импульсы 15 на выходе блока 5, импульсы 16 на выходе блока сравнения кодов.

При этом для простоты предлагает ся, что до начала подачи сигналов с генератора 2 кодовые слова блоков б и 7 нулевые. В качестве генератора

2 использован генератор синусоидального сигнала U, амплитуда которого выбирается равной интервалу квантования b U блока 5 аналогового сравнения. Число уровней квантования 12 и величина интервала квантования U блока 5 выбираются точно соответствующими числу уровней к интервалу квантования блока аналого-цифрового преобразователя 3. Число уровней 12 квантования дополнительного блока аналого-цифрового преобразователя 4 определяется только необходимой до полнительной точностью.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение исследуембго сигнала

U сравнивается блоком 5 с синусовх идальным сигналом Ос на каждом из уровней квантования 11. В результате в моменты пересечений сигнала U со входным сигналом Us на выходе блока 5 формируются импульсы 15.Они появляются в моменты равенства мгновенного значениЯ 0« =0 +Оп,ГДе U значений напряжения и-го уровня кнантования блоков 4 и 3 соответственно. Импульсы 15 поступают на входы стробиронания 9 блока памяти б,и,. блока сравнения кодов 8.

В первый момент стробирования в блоке б записывается импульсом 1

15 з начение кода равное целому числу

3 интервалов квантования aU блока пересеченных входным сигналом ОВ>

И целому числу интервалов квантования блока 4 àU, пересеченных сиг% налом С >

U то есть мгновение значения сигналов U и О проквантованных в вх с момент отсчета в блоках 3 и 4 соответственно. Таким образом, имеет» место приближенное равенство 0в Ос+

+0 . где 0 ь„ - цифровое значение входного сигнала с точностью до интервала квантования блока 4, 0в - цифровое значение квантованного сигнала Ос, равное числу пересеченных сигналов Ос интервалов ь0 . В общем случае, если точность блоков 3, определяемая числом интервалов квантования, число которых 2" и равна 1/2", где и число двоичных разрядов блока 3, а точность блока

4-1/2к, где к — число двоичных разрядов блока 4, то общая точность составит 1/2"+, то есть н 2 раэ к больше.

Для примера на фиг. 2 нь|брано число интервалов квантования блоков 3 и 5 равное 3, т.е. точность 1/2, и э число квантования блока 4 равное "4", т.е. точность 1/2 . Суммарная точп2 ность устройства по амплитуде равна ф 1/2 . При этом легко нидеть, что для реализации точности 1/2 достаточно использонать два малоразрядных блока AUII; в частности трех и двух разрядных. ПроСтота ре< лизации их позволяет обеспечивать дополнительное повышение быстродействия за счет увеличения частоты синусоидального сигнала 0

В первый момент стробирования происходит также сравнение кодовых знаЗО чений блоков б v 7 блоком сравнения д, который на выходе, выдает импульс . 16 во всех случаях, кроме того, когда кодовое значение на выходе блока

7 больше кодового значения на выходе блока б. Импульс 16 перезаписывает содержимое блока б н блок 7.

В частности, если н исходном состоянии в блоках б и 7 нулев.. е годы, то в момент первого стробировання импульсом 15 в блок 7 записывается значение кодов с выходоВ блоков 3 и

4, а в блок 7 импульсом 16 записывается нулевое значение кода с выхода блока б.

Таким образом, на выходе блока 7со сдвигом на один стробируищий импульс

15 появляются значения кодовых слов

14, которые сравниваются при воздействии импульсов 15 с соответствующими значениями кодовых слоев 13 на выходе блока 6. В момент t,êîãäà значение слова 14 больше 13 на один интервал квантования дU " блока 4 блок сравнения кодов 8 блокируется; импульсы 16 н дальнейшем отсутстнуЯ ют. Значение кода запомненного в блоке 7 в момент tj соответствует измеренному значению максимума сигнала

US с точностью интервала квантовавх ния aU t блока 4. фо Для обнаружения и измерения минимума сигнала достаточно дополнительно добавить блок памяти, аналогичный блоку 7 со схемой сравнения кодов, аналогичной схеме 8, но работающей у5 по минимуму кода в блоке б.

780191

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Измерения, контроль, автоматизация", 9 3, 1977, с. 23, рис.4. фиг.f

В качестве блоков 3 и 5 могут быть в общем случае использованы также любые виды аналого-цифровых преобразователей.Необходимым условием является лишь их одинаковая точность и принцип работы, Наиболее быстродействующим устройство будет при использовании в качестве блоков 3 и 4 аналого-цифровых преобразователей параллельного считывания, Блок 5 в этом случае вырождается в набор сравнивающих схем объединенных по выходу.Такое устройство будет обладать наименьшей фазовой погрешностью опреде-. ления экстремума, поскольку максимальная частота U>< зависит только от выбора частоты сигнала Ос генератора 2.

В предлагаемом устройстве повышение точности определения и измерения экстремального значения сигнала достигается за счет повышения частоты дискретизации при одновременном улучшении разрешения по уровню ьХ. Это позволяет уменьшить величину фазовой и приведенной погрешностей измерения.

Если частота синусоидального сигнала U выбрана в предложенном устройстве равной Г, разрядность основного блока АЦП-2", а вспомогательного 2, то частота .дискретизации при определении и измерении экстремальных значений fo =f> /2, а разрешение по уровню г,И=1/2"+ " . Таким образом, э предложенном устройстве частота дискретизации э 2 раза, а разрешение по уровню в 2 " раз больше по сравнению с прототипом.

Быстродействие при этом определя.-ется быстродействием аналого-цифровых преобразователей, каждый из которых может быть выбран при необходимости меньшей разрядности и,следовательно, более высокого быстродействия.

Формула изобретения

Устройство для измерения экстремума сигнала, содер:кащее генератор сигналов, первый аналого-цифровой преобразователь | .вход которого подключен ко входной шине, первый и второй блоки памяти, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока сравнения ко15 дов, при этом первый вход первого блока памяти соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия и

Я точности измерений экстремума сигнала, введены второй аналого-цифровой преобразователь и блок аналогового сравнения, первый вход которого соединен с выходом генератора сигналоэ

25 и через второй аналого-цифровой преобразователь со вторым входом первого блока памяти, а выход соединен с третьим входом первого блока памяти и третьим входом блока сравнения кодов, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, 780191

Т5

Our. 2

Составитель Л. Беляева

Редактор И. Прусова Техред М.Рейвес Корректор Ю. Макаренко

Заказ 93 2 . Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП"Патент", г.ужгород, ул. Проектная,4