Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

 

Сотоз Соввтсмик

Социанистичесмик

Ресттубиим

О П И С А Н И Е < 942257

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 08.07.80 (21) 2924754/18-21 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07.07.82. бюллетень М 25

Дата опубликования описания 07.07.82 (5I )M. 3(л.

Н 03 К 13/02

@вударстанай кемктет

CgCP ав лелем кзебуетеккЯ и атерыткЯ

Н 03 К 13/20 (53) УДК 621. .31 7(088.8) Ф. М. Ашиисвердов, Ю. В. Каллиник

Ю. Г. Лебедев и А. В. Опаренко (72) Авторы мзобретения (7I) Заявитель

Особое конструкторское бюро Научного

Каспий АН Азербайджанс (54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГ -НИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для сжатия информации.

Известен адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий два счетчика, один из которых — реверсивный, две схемы переноса кода, формирователь временного интервала, czeMH совпадения el5rниц," и нулей", два трщтера, генератор импульсов, два формирователя импульсов, т0 два элемента И, два элемента ИЛИ и элемент зааержки (13

Это устройство обладает высокой стабильностью работы, благодаря применению15 только цифровых логических элементов.

Зависимость времени квантования от скорости изменения квантуемого сигнала достигается за счет формирования интервала времени квантования в зависимости ?о от разницы между постоянным временным интервалом и интервалом времени, пропорциональным разности .между предыдущим и очередным отсчетом.

Однако это устройство недостаточно эффективно работает в области малых изменений преобразуемой функции, Несмотря на то, что в этих областях сигнал не несет существенной информации, устройство формирует отсчеты через интервалы времени, определяемые емкостью реверсивного счетчика и частотой генератора импульсов. Это снижает эффективность сжатия информации.

Кроме того, моменты существенных отсчетов определяются методом дискретного анализа, т.е. путем сравнения не текущего сигнала, а преобразованного сигнала, запаздывающего по времени на величину интервала квантования. Это увеличивает динамическую погрешность работы устройства.

Наиболее близким по технической супт ности к изобретению является адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий два реверсивных счетчика, регистр сдвига, цифровой компаратор, блок цифрового задания апертуры, блок

3 94225 сдвига совпадающих Hmvr oa, блок переключения, генератор импульсов, блок совпадения нулей, блок переноса кода, два управлякзцих триггера, два элемента

И, два элемента ИЛИ и формирователь импульсов (2 3 .

Это устройство по сравнению с аналогичными позволяет увеличить эффективность сжатия информации и уменьшить динамическую погрешность за счет неп- 1О рерывного цифрового анализа преобразуемой информации.

Однако это устройство имеет сХемную избыточность, поскольку два реверсивных счетчика, в первом из которых определя- 1> ется начальный код входного сигнала, а во втором - приращение входного сигнала, работает с разделением во времени, что позволяет совместить их функции в одном реверсивном счетчике.

Кроме того, это устройство имеет систематическую погрешность> так как после каждого импульса существенного

V отсчета в реверсивный счетчик устанавливается "1", чтобы не было ложного срабатывания схемы совпадающих нулей.

Это приводит к ошибке нч единицу млад- шего разряда при прямом ходе,и на . две единицв1 - при обратном ходе.

Пель изобретения — повышение точ30 ности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, регистр сдвига, цифровой компаратар, блок цифрового задания апертуры,з блок сдвига совпадающих импульсов, блок переключения, генератор импульсов, блок совпадения нулей, блок переноса кода, формирователь импульсов, два триггера, 40 два элемента И и элемент ИЛИ, причем первый вход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого подклкчен к выходу генератора импульсов и второМу входу блока сдвига совпадающих импульсов, третий вход которого подключен к выходу регистра сдвига, при этом управляющие входы блока переключения подключены к выходам первого триггера, а выходы блока переключения

50 подключены к разнозначным. счетным входам реверсивного счетчика, первые выходы разрядов которого подключены,к входам блока совпадения нулей, выходы блока цифрового задания апертуры подклю- чены к первым входам цифрового компаратора, третий вход регистра сдвига подключен к первому входу элемента ИЛИ и к входам установки в нуль первого и второго триггеров, причем первый выход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к единичному входу второго триггера, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента

И, и к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, дополнительно введены триггер и элемент задержки, таким образом, что информационные входы блока переноса кода подключены к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, младшие разряды которого подключены к вторым входам цифрового компаратора, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к третьему входу элемента

ИЛИ, а выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу блока переноса кода, при этом выходы блока сдвига совпадающих импульсов подключены к входам блока переключения, выход элемента ИЛИ подключен к единичному входу дополнительного триггера и через элемент задержки — к входу обнуления реверсивного счетчика, выход первого разряда которого подключен к нулевому входу дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока совпадения нулей, а выход второго элемента И подключен к счетному входу первого триггера.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит реверсивный счетчик 1, регистр 2 сдвига, цифровой компаратор 3, блок 4 цифрового задания апертуры, генератор 5 импульсов, блок

6 сдвига совпадакзцих импульсов, блок

7 переключения, блок 8 переноса кода, блок 9 совпадения нулей, три триггера

10-12, два элемента И 13, 14, элемент

ИЛИ 15, формирователь 16 импульсов и элемент 17 задержки. Входная клемма

18 подключена к первому информационному входу регистра 2. сдвига и к первому входу блока 6 сдвига совпадающих имнульсов. Пусковая клемма 19 подключена к третьему входу обнуления регистра 2 сдвига, к первому входу элемента

ИЛИ 15 и к нулевым входаи триггеров

10 и 11. Выходная клемма 20 соединена с третьим входом элемента ИЛИ 15 и подключена к выходу элемента И 13.

Выходная клемма 21 подключена к выходу блока 9 совпадения нулей. Выходные

57 6 обнуляется реверсивный счетчик 1. При этом сигналом на инверсном выходе триггера 10 блок 7 переключения устанавливается в прямое направление, при котором на вход сложение реверсивного счетчика 1 поступает входная последовательность импульсов f (t), а на входвычитание — задержанная последователь ность импульсов 1 (-Т). Так как по сигналу пуск регистр сдвига был обнулен, то в течение времени Т на выходе регистра 2 сдвига импульсы отсутствуют, и на реверсивный счетчик 1 поступают только импульсы входной последовательности

Х Ж которые суммируются s течещщ времени Т.*За время Т в реверсивном

4счетчике 1 образуется число импульсов:

Т

,= „(И = „ь), 0 где 5 (Ц- средняя за время Т частота входных импульсов, являкщаяся числовым эквивалентом начального значения измеряемого сигнапа. После окончания интервала времени Т на выходе регистра 2 сдвига появляется первый импульс задержанной последовательности 1 (- 7), который с первого выхода блока 6 поступает на единичный вход триггера 11. Сит налом с первого выхода триггера 11 открывается элемент И 13, который бьщ закрыт на время Т с момента пуска и. не пропуская на выходную клемму 20 сигналы с выхода компаратора 3. По переднему фронту сигнала на прямом выходе триггера 11 на выходе формирователя

16 образуется импульс, по которому от крывается блок 8 переноса кода, через который на.выходные клеммы 24 поступает с выходом разрядов реверсивного счетчика 1 код Q4 начального аосолютно го значения измеряемого сигнала. Затем сигнал с ыхрда формирователя 16 через элемент ИЛИ 15, задержанный в элемен» те 17, обнуляет реверсивный счетчик 1.

С этого момента на вход вычитание реверсивного счетчика 1 начинает поступать задержанная поспедовательность импульсов fg (t -Т) и в реверсивном счетчике 1 начинает интегрироваться текущее цриращение входной частоты за время Т.

Текущее приращение числа импульсов в счетчике 1 равно

=т „ ), 5 9422 клеммы 22 и 23 соединены с управляющими входами блока 7 переключения и подключены к выходам триггера 10. Выходы блока 8 переноса кода подключены к выходным клеммам 24. 5

Работает устройство следующим образом.

Если входной аналоговый сигнал, пропорциональный измеряемому параметру, представлен в виде частоты следования 10 импульсов f (), то он поступает нзпосредственно на входную клемму 18. .Если же измеряемый параметр влияет на изменение напряжения тока сопротивления, индуктивности и т.п. то эти изме- 15 кения должны быть преобразованы в изменения частоты следования импульсов с помощью дополнительного преобразователя, не показанного на чертеже. Регистр 2 сдвига выполняет роль эталонной цифровойуо. линии задержки, Импульсы входной последовательности импульсов с часто-ой 5 (0 поступают на информационный вход регистра сдвига 2 и сдвигаются в нем импульсами тактовой частоты Хо от генератора 25 импульсов 5. На выходе регистра сдвига

2 образуется последовательность импульсов с частотой % (4 7), сдвинутая по фазе .на интервал времени Т относительно входной после повательности. Время зааержки р < но Т= Цр,гаем — емкость регистра сдвига, т, — период следования тактовых сдвигающих импульсов. Если генератор импульсов 5. — кварцевый, с высокой стабильностью, ro время задержки является

35 эталонным. Изменением периода саедования импульсов генератора 5 и объема регистра сдвига можно в широком диапазоне изменять время задержки. Входная последовательность импульсов,с час- 4 тотой f (4) и задержанная последоаательность импульсов «(-7) поступают на входы блока 6, где они сдвйгаются так, чтоб не было их совпадений во времени, что необходимо.для нормапьйой ра- 4 боты реверсивного счетчика 1. Блок 6 может быть реализован, например, с помо1цью синхронизации одной входной последовательности импульсами тактовой другoN входи

50: ности. — импульсами с инверсного иыхода генератора импульсов. Эти последовательности через блок 7. переключения поступают на разнозначные входы реверсивного счетчика 1. По сигналу пуск, поступающему на клемму 19, обнуляется регистр

2 сдвига, триггеры 10 и 11 устанавливаются в нулевое положение, и через элемент ИЛИ 15 и элемент 17 задержки

Lt и(ц- (1„(ц-ю„(-ч>)ю -1а „ь)й

Т Т

8 ции), например, времени, глубины и т.д.

Так, например, для восстановления функции вертикального распределения темперары воды по глубине моря, достаточно измерить начальное значение температуры и соответствующей ей глубины, а затем в моменты существенных отсчетов измерять только текущее значение глубины.

При изменении знака приращения функции, код в счетчике 1, переходит через нуль. При этом срабатывает блок 9 совпадения нулей, по сигналу на выходе которого триггер 10 перебрасывается в положение, при котором сигналом на прямом ега выходе блок 7 переводится в инверсное положение. При этом меняются местами выходы блока 7, и на вход сложение" счетчика 1 начинает поступать болыная по величине задержания последовательность импульсов. Управление таким образом блоком 7 переключения позволяет независимо от знака приращения иметь на выходах разрядов счетчика

1 всегда прямой код модуля приращения, что упрощает процесс сравнения его с апертурой. При этом знак кода приращения опредрляется сигналом на одном из выходов триггера 10, поступакщих на выходные клеммы 20 или 21. Для исключения ложных срабатываний блока

9 при обнулении счетчика 1, каждым импульсом с выхода элемента ИЛИ триггера

12 устанавливается в единичное положение, при котором элемент 14 закрывается, и не пропускает импульс блока 9 при поступлении сигнала на вход сброса счетчика 1 с выхода элемента задержки

17. Входом с первого разряда счетчика после поступления; первого импульса на счетный вход счетчика 1 триггер 12 переходит в,состояние, при котором элемент И 14 открывается.

Благодаря совмещению функции формирования начального кода измеряемого сигнала и формирования кода текущего приращения входного сигнала в одном реверсивном счетчике упрощается по сравнению с известным, схемная реализация устройства.

Кроме того, повышается эффективность его работы за счет дополнительного сжатия информации с помощью такой организации сбора данных, при которой о тпадает необходимость в регистрации ю кодов измеряемого параметра в моменты существенных отсчетов.

Запрет сигналов на выходе блока 9 при установке в нуль реверсивного счет9422Б

aÀ(ß

I где 5 И.) - Т - среднее значение за время Т первой производной входного сигнала. ту

Таким образом, на выходе реверсивного счетчика 1 формируется непрерывно изменякзщийся код, пропорциональный приращению входной частоты с момента окончания времени Т, Текущий код с выходов младших разрядов реверсивного счетчика >о

1 сравнивается непрерывно с кодом апертуры, задаваемым блоком 4. При достижении числом импульсов, пропорциональным текущему приращению входного сигнала заданной апертуры ЬИ (Â) = N срабатыва- 1з ет цифровой компаратор 3, сигнал с выхода которого поступает через элемент

И 13 на выходную клемму 20, определяя момент очередного существенного отсчета. По этому сигналу через элемент ИЛИ 15 и элемент 17 задержки обнуляется реверсивный счетчик 1 и начинается новый цикл формирования в счетчике 1 кода текущего приращения, начиная с момента предыдущего существенного отсчета, так как величина апертуры, определяемая в зависимости от требуемой погрешности аппроксимации восстановления функции по ее квантованHbIM значениям, выбирается постоянной, то частота квантования сигнала, определяемая частотой импульсов существенных отсчетов на выходе компаратора 3, за—

Виси . от скорости изменения входного сигнала. Так, если входной сигнал меняется медленно, то его приращение мало и время достижения заданной апертуры у-величивается, следовательно, уменьшается частота квантования измеряемой функции, Когда же скорость изменения ,40 входного сигнала возрастает, то увеличи- . вается и его приращение. При этом время достижения заданной апертуры уменьшается, т.е. увеличивается частота квантОВания ВхОднОй функции.

Этим обеспечивается адаптивное из45 менение частоты квантования входной функции в зависимости от скорости изменения Входного сигнала. Благодаря точному цифровому способу определения моментов достижения текущим приращением заданной апертуры, т.е. уровней квантования, отпадает необходимость в записи кодов абсолютных значений входного сигнала в моменты существенных отсчетов. Для восстановления измеряемой функции достаточно знать начальное значение преобразованного сигнала и коды прявя зочного сигнала (аргумента функ9 9422 чика позволяет исключить систематическую ошибку, связанную с начальной . установкой "1 в счетчик, необходимой для известного, и доходящую при смене знака до двух единиц младшего разряда. %

Наиболее целесообразно использование такого устройства в автономньк зондирующих комплексах для адаптивного сжатия гидрологических параметров при измерении вертикального распределения, например, температуры, электропроводности и т.п. с привязкой их к глубине.

Ф ормула изобретения

Адаптивный .аналого-цифровой преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, регистр сдвига, цифровой компаратор, блок цифрового задания аперту- 20 ры, блок сдвига совпадающих импульсов, блок переключения, генератор импульсов, блок совпадения нулей, блок переноса кода, формирователь импульсов, два триггера, два элемента И, и элемент 2$

ИЛИ, причем первый вход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого подключен к выходу гене- ратора импульсов, и ко второму входу 30 блока сдвига совпадающих импульсов, третий вход которого подключен к выходу регистра сдвига, при этом управляющие входы блока переключения подключены к выходам первого триггера, а выходы блока переключения подключены. к разнозначным счетным входам реверсивного счетчика, первые выходы разрядов которого подключены к входам блока совпадения нулей, выходы блока цифрового 4о задания апертуры подкпючены к первым входам цифрового компаратора, третий вход регистра сдвига подключен к первому входу элемента ИЛИ и к входам установ57 10 ки в нуль первого и второго триггеров, причем первый выход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к единичному входу второго триггера, прямой выход которого подклкнен к первому входу первого элемента И и к входу формирователя импульсов, выход которого подкпючен к второму входу элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства„в него введены дополнительный триггер и элемент задержки, таким образом, что информационные sxoды блока переноса кода подключены к выходам разрядов реверсивного счетчика, младшие разряды которого подключены к вторым входам цифрового комп аратора, выход которо о подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к третьему входу элемента ИЛИ, а выход формирователя импульсов подключен к управлякщему входу блока переноса кода, при этом выходы блока сдвига совпадающих импульсов подключены к входам блока переключения, выход элемента ИЛИ подключен к единичному входу дополнительного триггера и через элемент задержки — к входу обнуления реверсивного счетчика, выход первого разряда которого подключен к нулевому входу дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока совпадения нулей, а выход второго элемента И подключен к счетному входу первого триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹443479,,кл. Н 03 К 13/20, 1974.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2855054/18-21, кл. Н 03 К 13/02, 05.06.80.

Составитель В. Муляр

Редактор E. Кинив Техред М.Тенер Корректор В. Синипкая

Заказ 4863/51 Тираж 959 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