Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в >999157

Союз Советских

Социалистических

Республик л

Й

-Ф .

° у (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 230981. (21) 3341014/18-21 (И М.Кй.з

Н 03 К . 13/20 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 681. 325 (088. 8) Опубликовано 230283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 2302,83 (72) Авторы изобретения е

Е.С. Побережский и Э.М. Гайфулл н ь

Ф .м.

) Т ..d ъ с г ! с

3 (71) Заявитель

Омский политехнический институт (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к импульсной технике и. используется при аналого-цифровом преобразовании узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше центральной частоты.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, логические и дискретные элементы 1).

Недостатком данного устройства является малый динамический диапазон.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнители, установленные на его входе, генератор импульсов образцовой частоты, счетчики, элементы И и ИЛИ, регистр, триггеры, блок ключей, информ цион- .

we входы которых соединены с выходами разрядов двух счетчиков 2).

Недостатком известного аналого-: цифрового преобразователя является то, что он не способен восстановить форму сигнала, если последний подвергся.двустороннему ограничению в аналоговой части аппаратурного тракта.

Цель изобретения -- расширение динамического диапазона.

Пост явленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛЙ, первый триггер, ключ, два компаратора, первые входы которых соединены с входной шиной, введены счетчик амплитуд, счетчик фаз, инвертор, второй элемент ИЛИ, третьи элементы ИЛИ, второй триггер, источник двухполяр, ного эталонного напряжения, первый и второй выходы которого соответственно соединены с вторыми входамй компараторов, выход первого из которых через ключ. соединен с первым .входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым входом генератора образцовой частоты, с первым входом второго триггера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика фаз, а выход — с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управлякцим входом ключа и инверсными вы:ходами второго триггера, третий вход — с первым входом второго эле- мента И и выходом инвертора, четверЗ0 тый вход — с вторым выходом генера-, 999157 тора образцовой частоты, вторым входом второго элемента И, а.выход— с информационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первыми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен дополнительно с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход. старшего разряда - с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй вход — с выходом старшего разряда счетчика фаз, выходы остальных разрядов которого соединены с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами тре- тьих элементов ИЛИ, третий вход— с третьим выходом генератора образцовой частоты, а выходы — с первыми входами регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератора образцовой частоты, при этом выход второго компара ора соединен с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом счетчика фаз.

На фиг. 1 приведена диаграмма, поясняющая принцип взятия отсчетов амплитуды и фазы, на фиг. 2 — функциональная схема аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов, на фиг. 3 — временные диаграммы напряжения в различных точках аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов содержит компараторы 1 и 2, соединенные между собой, информационные входы. которых являются входом всего преобразователя. К опорному входу сравнителя

1 подключен положительный выход источника 3 двухполярного эталонного напряжения, отрицательный выход которого подключен к опорному входу сравнителя 2. Выход сравнителя 1 соединен с информационным входом ключа 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5. Управляющий вход ключа 4 соединен с инвер сным выходом триггера 6, к первому входу которого подключен выход сравнителя 2. Вторые входы триггеров 5 и 6 подключены к выходу пусковых импульсов генератора 7 образцовых частот, имеющего еще три выхода: импульсов, заполнения, импульсов считывания и тактовых импульсов.

Прямой выход триггера 5 и инверсный выход триггера 6 соединен соответственно с первым и вторым входами элемента И 8. Прямой выход триггера 6 подключен к одному из входов элемента И 9. К остальным двум входам элементов И 8 и 9 подключены выход импульсов заполнения генератора 7 образцовых частот и

-1 выход инвертора 10. Выход элемента

И 8 соединен с входом счетчика 11 амплитуды, а выход элемента И 9 с одним из входов элемента ИЛИ 12, другой вход которого подключен к вы.

10 ходу младшего разряда счетчика 11 амплитуды. Выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом счетчика 13 фазы.

Шины сброса счетчиков 11 и 13 соединены со .вторыми входами триггеров

5 и 6. Выходы последних разрядов счетчиков 11 и 13 подключены к вхо-, дам элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с входом инвертора 10 и входами элементов ИЛИ 15, установленных между выходами всех, кроме последнего, разрядов счетчика 11 амплитуды и информационными входами блока 16 ключей, к остальным информационным входам которого подключены выходы всех, кроме последнего, разрядов счетчика 13 фазы. Управляющий вход блока 16 ключей соединен с выходом импульсов считывания генератора 7 образцовых частот. Выходы блока 16 ключей соединены с входами ячеек регистра 17, вход тактовых импульсов которого соединен с соответствующим выходом генератора

7 образцовых частот. Выход последней ячейки регистра 17 является

З56 выходом аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов.

Работает аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов следующим образом. ю

Аналого-,цифровое преобразование выполняется путем взятия через интервалы, равные 1/ ЬЕ, и представления в цифровой форме пар отсчетов . Г и h,t (фиг. 1), по которым опре45 деляется отсчет V(t ) и y(t„) по формулам () = Ee/s1» 7ГЕ,/

y(t ) = 2Х(1-f ьс).

Уровень Ео мал и играет роль шага квантования. Поэтому вычисление

Y(tN) достаточно проводить с точностью до величины Е . При этом формула для определения V(t>) может быть упрощена („) = 1,/ о 1 4

Вычйсление значений Y(Q) и Q (tg можно выполнить в аналого-цифровом преобразователе, но, как правило, в этом нет необходимости, поскольку

60 цифровая обработка сигналов производится с использованием отсчетов, д ; и ht однозначно связанных с отсчетами амплитуды и фазы. Поэтому в предложенном аналого-цифровом

Я преобразователе (фиг. 2) при каждом

999157 взятии пары отсчетов на выходе формируются цифровые значения КГ и взятие каждой пары отсчетов начинается в момент t пуска,,в который на вторые входы триггеров 5 и 6 с генератора 7 образцовых частот поступает пусковой импульс. Этот импульс переводит триггеры 5 и 6 в состояние, при котором напряжение на основных выходах триггеров присутствует, а на инверсных отсутствует. Одновременно пусковой импульс устанавливает в нулевое состояние (сбрасывает) счетчики 11 и 13. После этого напряжение на входах и выходе элемента

ИЛИ 14 отсутствует, а на выходе инвертора 10 присутствует. После прихода пускового импульса элемент И 9 открывается, пропу .кая импульсы заполнения через элемент ИЛИ 12 на вход счетчика 13, а элемент И 8 оста-20 ется закрытым из-за отсутствия напряжения на инверсном выходе триггера 6 (фиг. Зг, д); Такое положение сохраняется до тех пор, пока входно напряжение, возрастая, не достигает -Е . В момент достижения -Е на выходе компаратора 2 появляется короткий импульс (фиг. 3а, в), переводящий триггер б в состояние, при котором на его основном выходе нап- 30 ряжение исчезает, а на инверсном появляется. В результате на. управляющий вход ключа 4 поступает открывающий потенциал, элемент И 8 открывается и начинает пропускать им- 35 пульсы заполнения на вход счетчика

11, а элемент И 9 закрывается, прекращая поступление импульсов заполнения через первый вход элемента

ИЛИ 12 (фиг. Зг, д). Одновременно 4р на второй вход элемента ИЛИ 12 с выхода младшего разряда счетчика 11 начинают поступать импульсы с частотой следования в два раза ниже частоты импульсов заполнения, так 45 как каждый разряд счетчика 11 играет роль делителя частоты на два (фиг. Зе). С выхода элемента ИЛИ 12 эти импульсы попадают на вход счетчика 13 (фиг. Зж) . В момент, когда входное напряжение, возрастая, достигнет +Е, на выходе компаратора

1 появляется короткий импульс, (фиг. За, б), который, пройдя через открытый ключ 4, переводит триггер

5 в состояние, при котором на его основном выходе напряжение отсутствует. Элемент И 8 закрывается, прек- ращая поступление импульсов на входы обоих счетчиков. На этом заканчиваются измерения, проводимые при 60 взятии данной пары отсчетов. Число импульсов, поступивших за время измерения на вход счетчика 11, пропорционально интервалу 4 Г (фиг. За, г), который определяет амплитуду сигна- 65 ла. Поэтому счетчик 11 назван счетчикок амплитуды. Число импульсов, поступивших за время измерения на вход счетчика 13, пропорционально интервалу h,t, поскольку Ай

= Lt + 0,5 .bZ (фиг. За), а на вход счетчика 13 s течение времени Аt+ поступали импульсы с частотой заполнения, затем s течение времени Д Г.. с частотой в два раза ниже (фиг. Зж).

Интервал p,t определяет фазу сигнала. Поэтому счетчик 13 назван. счетчиком фазы. Через время 2/f после прихода пускового импульса с соответствующего выхода гейератора 7 образцовых частот на управляющий вход блока 16 ключей поступает импульс считывания, открывающий ключи. К этому времени процесс измерения Ь Г и p t уже окончен и показания счетчиков 11 и 13 через откры-. тые-ключи блока 16 перезаписываются в регистр 17. Тактовые импульсы, поступающие в регистр 17 с соответствующего выхода генератора 7 образцовых частот, продвигают записанную в регистре информацию на выход аналого-цифрового преобразователя. В зависимости от условий работы последнего тактовая частота может быть различной, но ее минимально допустимое значение должно быть таким, чтобы за время между двумя соседними парами отсчетов регистр 17 освобождался от записанной в нем информации.

Если амплитуда входного напряжения в момент взятия отсчетов оказывается меньше Е@, то на выходах компараторов 1 и 2 не появляются Короткие импульсы. Поэтому импульсы заполнения, поступающие после прихода пускового импульса через элемент И 9 на счетчик 13 фазы, заполняют этот счетчик до последнего разряда. Как только в последний разряд счетчика 13 записывается единица, она через элементы ИЛИ 14 поступает на вход инвертора 10, напряжение на выходе которого исчезает. Поэтому элемент И 9 закрывается, прекращая доступ импульсов заполнения в счетчик 13. Если входным напряжени ем превышен уровень -Eä, .но не достигнут уровень +Е заполнение счетчиков 11 и 13 продолжается до тех пор, пока в одном из них в последний разряд не записывается единица и падение напряжения на входе инвертора 10 не закрывает элемент И 8.

Число разрядов каждого из счетчиков выбирается таким, чтобы при поступлении импульсов заполнения запись единицы в последний разряд происходила через время, примерно равное

1,2/fy . Всем ситуациям, когда в пос ледний разряд одного из счетчиков

999157 записывается единица, соответствует минимальный уровень амплитуды. Поэтому независимо от того, что зафиксировано в момент считывания в счетчике 11 амплитуды, во все ячейки регистра 17, в которые заносят показания счетчика 11, записываются единицы. Единицы поступают с выходов элементов ИЛИ 15, на один вход каждого из которых подается напряжение с выхода элемента ИЛИ 14. Это соответствует максимальному значению Ь, что равнозначно минимуму амплитуды.

Таким образом, структура предла- гаемого аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов позволяет при взятии отсчетов измерять характеристики сигнала, однозначно связанные с амплитудой и фазой и, одновременно, не искажающиеся при двустороннем ограничении, что дает возможность воспроизводить сигналы с большим диапазоном возможных значений.

Формула изобретения

Аналого-иН4>роаоА преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛИ, первый триггер, ключ, два компаратора, первые входы которых соединены с входной шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения динамичес кого диапазона, в него введены счетчик амплитуд, счетчик фаз, инвертор, второй элемент ИЛИ, третьи элементы ИЛИ, второй триггер, источник двухполярного эталонного напряжения, первый и второй выходы которого со,ответственно соединены с вторыми входами компараторов, выход первого йз которых через ключ соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора образцовой частоты, с первым входом второго триг- гера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика. фаз, а выход— с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и инверсными выходами второго триггера, третий вход — с первым входом. второго элемента И и выходом инвертора, четвертый вход — вторым выходом гене10 ратора образцовой частоты и вторым входом второго элемента И, а выходс информационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первы35 ми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен дополнительно с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход старшего разряда — с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй вход — с выходом старшего раз ряда счетчика фаз, выходы осталь25 ных разрядов которого соединены с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами третьих элементов ИЛИ, третий вход — с третьим выходом генеЗО .ратора образцовой частоты, а выходы с первыми входами регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератора образцовой частоты, при этЬм выход второго компаратора соединен с вторым входом вто рого триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с

4О информационным входом счетчика фаз.

Источнйки информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ð 702516, кл. Ь 03 К 13/20, 1977.

45 2. Авторское свидетельство СССР

В 415805, кл. Н 03 К 13/20, 1971 (прототип).

999157 е и, Составитель A. Кузнецов

Техред T.Èàòî÷êà Корректор A. Ференц

Редактор О. Бугир

Эакаэ 1173/77 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4