Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1)984032 (6i) Дополнительное н авт. свид-ву— (22) Заявлено 28. 01. 81 (21) 3272297/18-21

Р М К з

Н 03 К 13/02 с присоединением заявки НоГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

«331УДК 681. . 325 (088. 8), Опубликовано 23.1282. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23 ° 12.82 (72) Автор изобретения!

/ (1

Р ° С.Дадашев. (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

15

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к технике преобразования аналоговых сигналов в циф- ровой код, и может использоваться для передачи сообщений в системах связи. .Известен способ аналого-цифрового преобразования входного сигнала, реализованный в устройстве, основанный на интегрировании разности между текущим значением первой производной и запомненным значением в момент отсчета, представляющей собой текущее значение погрешности линейной аппроксима" ции. Моменты дискретизации определяют по достижению значением интеграла заданной погрешностиаппроксимации(1) Недостатком такого способа является большая чувствительность к низкочастотным флюктуационным шумам, связанная с необходимостью вычисления. производной.

Известно, что при дифференцировании меняется спектр помехи, а именно: 25 амплитуды спектральных составляющих будут пропорциональны значению частоты, т.е. белый шум с равномерным распределением спектра будет иметь после дифференцирования треугольный спектр. 30

Это приводит к ухудшению отношения сигнал/шум после дифференцирования, так как большинство сигналов имеют спадающий спектр. Особенно это относится к медико-биологическим сигналам.

Таким образом, на участках сигнала с нулевым (или малым) значением производной после дифференцирования образуется сигнал производной помехи с подчеркнутыми высокочастотными соотавляющими. Отношение сигнал/шум на этих участках становится меньше 1 и в момент дискретизации будет запомнено не нулевое значение производной (как это должно быть при отсутствии шумов и помех), что приводит к сбою работы устройства.

Известен также способ аналого-цифрового преобразования, основанный на запоминании входного сигнала в момен-: отсчета, определении приращения теку щего значения и определении моментов квантования по достижению порогового уровня. Устройство для реализации этого способа содержит запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и со вторым входом запоминающего блока, 984032

= n 0 =const, а первый вход — с шиной порогового. напряжения (2).

Недостатками этого устройства также являются большая чувствительность к высокочастотным флюктуационным шумам, связанная с необходимостью 5 вычисления производной.

Цель изобретения — увеличение помехоустойчивости и повышение достоверности информации.

Поставленная цель достигается тем,10 о в способе аналого-цифрового преобразования, Основанном на запоминании входного сигнала в момент отсчета, определении приращения текущего значения входного сигнала относительно

его запомненного значения и определении моментов квантования по достижении порогового уровня, перед определением моментов квантования,;. осуществляют формирование. напряжений, о пропорциональных квадрату входного сигнала и времени, за кОторое произошло приращение входного сигнала, и их суммирование.

Причем в устройство аналого-цифро25 вого преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и ратор, выход которого соединен с выходной шиной и с вторым входом запоминающего блока, а первый вход — с шиной порогового напряжения, введены последовательно соединенные первый сумматор, квадратор-и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен35 с выходом компаратора, а выход — с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной ши-40 ной, а второй вход — с выходом запоминающего блока. °

На фиг.1 изображены эпюры, поясняющие способ, где текущее значение входного сигнала сРавнивают с эапом- 45 ненным значением в момент отсчета) на фиг.2 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Квадрат значения приращения входного сигнала суммируют с квадратичноиэменяющимся напряжением, пропорциональным квадрату приращения времени.

При достижении значением суммы данного уровня формируют импульс дискретизации, по которому запоминается новое значение входного сигнала в момент дискретизации.

Устройство содержит последовательно соединенные сумматор 1, квадратор

2, второй сумматор 3 и компаратор 4, 6О а также оперативную память.5 и генератор 6 квадратичного напряжения. Вы. ход компаратора 4 соединен с управляющими входами генератора 6 квадратичного напряжения. Выход компаратора 65

4 соединен с управляющими входами генератора б квадратичного напряжения и оперативной памяти 5, вход оперативной памяти 5 соединен с входом сумматора 1, являющегося входом устройства, а выход — с вычитающим входом первого сумматора 1. Выход генератора б квадратичного напряжения соединен со вторым входом второго сумсумматора 3.

Устройство работает следующим образом, В момент формирования компаратором 4 выходного сигнала (момент t ) сбрасывают в ноль генератор 6 квадратичного напряжения, а в оперативную память 5 перезаписывают текущее значение входного сигнала (U„). Сумтор 1 и квадратор 2 осуществляют формирование напряжения, пропорциональное квадрату приращения сигнала, которое на сумматоре 3 суммируется с напряжением, пропорциональным квадрату приращения времени, сформированным генератором б квадратичного напряжения. Эта сумма представляет собой текущее значение квадрата длины участков линейно"аппроксимированного сигнала, показанных на фиг.1 сплошной линией.

При достижении этой величины значение порога Пп, задаваемого пропорционально квадрату единичной длины, срабатывает компаратор 4, который и формирует выходной сигнал (момент времени t ) ° Далее цикл повторяется.

Таким образом, момент i rA точки дискретизации определяетс% при выполнении условия

В(; — )0; + к (t,.- a,Ä) = u„

Ц„, = а0, где а — единичная длина

2 участка линейной аппроксимации, или т.е ° осуществляется равномерное квантование по длинам участков линейноаппроксимированного сигнала. На участках входного сигнала с большим значением производной моменты дискретизации будут задаваться чаще, чем на участках с меньшим значением производной.

Тем самым осуществляется адаптация частоты дискретизации и скорости изменения входного сигнала. Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным способами заключается в сокращении избыточности информации в исходном сообщении для сигналов, изменяющихся с конечной скоростью, что, в свою очередь,позволяет повысить эффективность использования канала связи при передаче сообщений, а также повышении помехоустойчивости, в частности, к высоко984032 частотным флюктуационным шумам за счет исключения операции дифференци- рования.

Кроме того, предлагаемый способ имеет ряд преимуществ, позволяющих эффективно его использовать при пе- 5 редаче информации. Во-первых, наличие однозначной связи между йк и а, между моментами квантования позволяет передавать

ЬУ ЙХ только одну координату. Это жв обстоятельство позволяет при восстановленни принятого сообщения сразу же

onð äåëèòü наклон текущего участка сигнала при линейной интерполяции.

Во-вторых, предлагаемый способ позволяет легко воспроизводить дискретно передаваемый сигнал в реальном масштабе времени. Дело в том, что известные способы, имея заранее неопределенный интервал между моментами дискретизации, требуют предварителта ой записи информации на промве ативную жуточный носитель (или В оп р память) . Кроме того, при условии отсутствия помех эти способы не дают точек дискретизации на участках сигнала с постоянным значением производной и, следовательно, ординаты между соединенными точками дискретиза- 30 ции могут существенно отличаться друг от друга, что приводит к невозможности использования ступенчатой интерполяции при воспроизведении принятого сообщения. Предлагаемый 35 способ имеет максимальные значения дU и К.(аt), равные дР, что с учетом функциональной связи между ними позволяет в реальном масштабе времени (без задержки) восстанавливать при- Щ нятое дискретное сообщение.

Простейшее дополнение, заключающееся в сравнении соседних отсчетов и отбрасывании последующих при равенстве наклона (сравнение по М или 45 по a0) сигнала, позволяет осуществить дальнейшее сжатие информации для ее хранения и получить коэффициент сжатия информации, присущий известным способам, сохранив высокую помехоус- р тойчивость, присущую предлагаемому способу дискретизации.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет аппроксимировать исходный аналоговый сигнал кусочно-линейным с равными длинами участков. Это может найти применение при решении вопросов распознавания формы сигнала или для описания сигнала аналитически с целью проведения другой последующей обработки.

К преимуществам предлагаемого, способа следует отнести также и простоту его аппаратурной реализации.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования, основанный на запоминании входного сигнала в момент отсчета, определении приращения текущего входного сигнала относительно его запомненного значения и определении моментов квантования по достижении йорогового уровня, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости и повышения достоверности информации, перед определением моментов !квантования осуществляют формирование напряжений, пропорциональных квадрату приращение входного сигнала и времени, эа которов произошло приращение входного сигнала, и их суммирование.

2. устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и с вторым входом запоминающего блока, а первый вход — с шиной порогового напряжения, о т л и ч аю щ е е с я твм, что в него введе- ны последовательно соединенные первый сумматор, квадратор и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход — с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной шиной, а второй вход — с выходом запоминающего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 55774 885522,, кклл. Н 03 К 13/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 588625, кл. Н 03 К 13/02, 1976 (прототип) .

984032

Lip z

4 м с

Фмй. 2

Составитель В.Солодова

Редактор В.Лаэуренко Техред Л.Пекарь Корректор Е. Рошко

Заказ 9956/75 .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