Устройство аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов

Устройство аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов, Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет введения в устройство, содержащее компаратор, делитель напряжения на резисторах, первый селектор фронтов, реверсивный счетчик,регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь , регистр сдвига, инвертор, фильтр-интеграторj первый и второй триггеры, ключи, первый и второй элементы И, счетчик фаз, первьдй элемент задержки, первый и второй элементы ИЛИ, генератор образцовьк частот,второго селектора фронтов, второго и третьего элементов задержки, дифференциатора , буферного усилителя, аналогового инвертора, двух устройств выборки-хранения, блока согласования, осуществлякяцего пропускание сигнала на аналого-цифровой преобразователь только с того устройства выборки и хранения, в котором зафиксировано положительное напряжение формирователя стробирующих импульсов, шифратора, третьего и четвертого элементов И, второго и третьего элементов задерж- S ки. 2 ил. (Л 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 03 М l/ 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3739199/24-24 (22) 07.05.84 (46) 15.04.86,Бюл. № 14 (71) Омский политехнический институт (72) Е.С.Побережский, Б.,П,.Женатов и Н.Н.Марченко (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 999157, кл, Н 03 К 13/20, )981.

Авторское свидетельство СССР № 1115224э кл. Н 03 K 13/20э 1983 ° (54) УСТРОЙСТВО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам аналого-цифрового йреобразования узкополосных сигналов. Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет введения в устройство, содержащее компаратор, делитель напряжения на резисторах, первый селектор фронтов, реверсивный счетчик,регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, регистр сдвига, инвертор, фильтр-интегратор, первый и второй триггеры, ключи, первый и второй элементы И, счетчик фаэ, первый элемент задержки, первый и второй элементы

ИЛИ, генератор образцовых частот,второго селектора фронтов, второго и третьего элементов задержки, дифференциатора, буферного усилителя, аналогового инвертора, двух устройств выборки-хранения, блока согласования, осуществляющего пропускание сигнала на аналого-цифровой преобразователь

Ф только с того устройства выборки и 9 хранения, в котором зафиксировано положительное напряжение формирователя стробирующих импульсов, шифратора, С третьего и четвертого элементов И, второго и третьего элементов задерж- Я ки. 2 ил.

014

1 . )225

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

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

На фиг . 1 изображена функциональная схема устройства аналого-цифрово- 0 го преобразования узкополосных сигналов, на фиг. 2 — временные диаграм" мы напряжений в различных точках устройства.

Устройство аналого-цифрового пре- 15 образования (фиг.1) содержит дифференциатор 1, компаратор 2, буферный усилитель 3, аналоговый инвертор 4, первое 5 и второе 6 устройства выборки и хранения, блок 7 согласования, 0 аналого-цифровой преобразователь 8, формирователь 9 стробирующих импульсов, первый элемент 10 И, первый триггер 11, первый элемент задержки

12, инвертор 13, первый селектор 14 фронтов, первый 15 и второй 16 ключи, второй селектор 17 фронтов, первый элемент 18 ИЛИ, второй 19 и третий 20 триггеры, генератор 21 образцовых частот, второй элемент 22 задержки, сдвиговый регистр 23, второй элемент 24 И, счетчик 25 фаз, шифра" тор 26, третий 27 и четвертый 28 элементы И, третий элемент 29 задержки, второй элемент 30 ИЛИ, реверсивный счетчик 31, регистр 32 памяти, цифроаналоговый преобразователь 33, фильтр-интегратор 34, первый 35 и второй 36 резисторы, образующие делитель напряжения.

Устройство аналого-цифрового пре40 образования узкополосных сигналов работает следующим образом.

Узкополосный сигнал, форма которого на интервалах, соизмеримых с периодом центральной частоты, мало отличается от синусоидальной (фиг.2 a) поступившие на вход устройства, в дифференциаторе 1 подвергается дифференцированию. Поэтому форма производной сигнала на выходе дифференциатора 1 является близкой косинусоидальной (фиг.28). Если узкополосное колебание подверглось ограничению в аналоговой части тракта, то это не сказывается на амплитуде . огибающей колебания на выходе дифференциатора 1: она по-прежнему пропорциональна амплитуде огибающей неограниченного входного сигнала (фиг,2 а,8) .

Сигнал с выхода дифференциатора 1 поступает на вход устройства 5 через буферный усилитель 3 без инверсии (фиг. 2 S ), а на вход устройства 6через аналоговый инвертор 4 после инверсии (фиг.2 о ).Буферный усилитель 3 и аналоговый инвертор 4 имеют одинаковые коэффициенты усиления и время задержки, но их выходные нап. ряжения противоположны по фазе. Таким образом, какова бы ни была полярность напряжения на выходе дифференциатора 1 в момент t íà одном из устройств 5 или 6 выборки и хранения будет зафиксировано положительное напряжение, пропорциональное амплитуде входного узкополосного сигнала в момент отсчета. Блок 7 согласования пропускает на вход аналогоцифрового преобразователя 8 сигнал только с того устройства выборки и хранения, в котором зафиксировано положительное напряжение. Кроме дифференциатора 1 входной сигнал поступает на компаратор 2. На выходе компаратора 2 присутствует "1", если входной сигнал положителен, и "0", если отрицателен (фиг,2 a, t ). .При появлении на выходе компаратора 2 "1" на выходе селектора 14 фронтов формируется короткий импульс (фиг.2 2, ), а на выходе селектора 17 фронтов благодаря инвертору 13 короткий импульс формируется в момент перехода выходного напряжения компаратора 2 с "1" в "0" (фиг.2, e ) ..Поэтому на выходе элемента 30 ИЛИ при каждом переходе входного сигнала через "0" появляется короткий импульс (фиг.2 а, g u

e). Когда в момент времени „ с первого выхода генератора 21 образцовых частот поступает пусковый импульс, триггер 11 перебрасывается в состояние, при котором на его выходе и, следовательно, на первом входе элемента 10 И присутствует логическая "1". При первом, после момента

t переходе входного сигнала через

"0" короткий импульс, появившийся на выходе элемента 30 ИЛИ, проходит через элемент 10 И на вход формирователя 9 стробирующих импульсов, который из короткого импульса вырабатывает

ычпульс с амплитудой и длительностью, необходимыми для стробирования сигнала в устройствах 5 и 6 выборки и хранения (фиг.2ж ). Этот же короткий им20

g(tд) = )i, — 2 7i f gt

2Я f,(Т /2 — Ьt), з 1 пульс, задержанный в элементе 22 saдержки на время, достаточное для запуска формирователя 9, возвращает триггер 11 в состояние, при котором на его выходе и, следовательно, на первом входе элемента )О И-логический "0". В результате короткие импуль сы с выхода элемента 30 ИЛИ не проходят на вход формирователя 9 строби" рующих импульсов до появления следую,щего пускового импульса, т.е. до момента взятия следующей пары отсчетов.

При поступлении на управляющие входы устройств., 5 и 6 выборки и хранения стробирующих импульсов с формирователя 9 производится выборка, и на вход аналого-цифрового преобразователя 8 благодаря блоку 7 согласования поступает выборка только с того устройства 5 или 6, на входе которого в момент t„ сигнал имеет положительную полярность. Аналого-цифровой преобразователь 8 переводит эту выборку в цифровой код, поступающий на вторую группу информационных входов сдвигового регистра 23.

Определение отсчетов фазы узкополосного сигнала выполняется путем измерения интервала времени Ь от. момента t до момента t -первого и о после С„переходa входного сигнала через нуль (фиг.2 а ). Если переход через нуль в момент положительный (такой переход имеет место, если в момент t входной сигнал оти рицателен), то фаза ср (t„) входного сигнала в момент t„ìîæåò быть определена по формуле

g(tо) 2> 2" Ео Ь

2" fo (То Ь ) а если переход отрицательный (т.е. входной сигнал в момент t положиIT телек), то по формуле где f — центральная частота входного узкополосного сигнала, Т 1/Е " период центральной частоты.

Следовательно, для определения отсчета фазы достаточно отнять число импульсов, пропорциональное ьй, от числа, пропорционального Т, ес225014 4 ли в момент t входной сигнал отрид цателен, и от числа, пропорционального Т /2, если в момент t„ âxîäíîé сигнал положителен.

Непосредственно перед поступлением пускового импульса второй триггер 19 находится в состоянии, при. котором на его выходе и, следовательно, на первом входе элемента, .

24 И присутствует логический "0", . а триггер 20 — в состоянии, при котором на его выходе и, следовательно, на первых входах элементов 27 и 28 И присутствует логическая ")". В таком состоянии элемент 24 И не пропускает импульсы заполнения со второго выхода генератора 21 образцовых частот на второй вход счетчика 25 фаз, а элементы 27 и 28 И пропускают на входы шифратора 26 короткие импульсы, поступающие соответственно с выходов селекторов 17 и 14 фронтов. Как указывалось выше, импульсы на выходе селектора )4 фронтов появ" ляются в начале каждого положительного полупериода входного сигнала (фиг.2 а, ),а импульсы на выходе селектора 17 фронтов — в начале каждого отрицательного полупериода (фиг.2 а, е ). Поэтому шифратор 26 записывает в счетчик 25 фаз при поступлении импульса с выхода селектора 17 фронтов число, пропорциональное То, а при поступлении импульса с выхода селектора 14 фронтов — чисЗ5 ло, пропорциональное То/2. Пусковой импульс переводит триггер 19 в сос- тояние, при котором на его выходе и, следовательно, на.первом входе элемента 24 И устанавливается логичес-кая "1", а триггер 20 — в состояние, при котором на его выходе И, следовательно, на первых входах элементов 27 и 28 И устанавливается логический "0" ° В этом состоянии эле45 мент 24 И пропускает импульсы заполнения на второй вход счетчика 25 фаз, работающего в режиме вычитания, а элементы 27 и 28 И не пропускают импульсы с выходов селекторов 17 и 14 фронтов на входы .шифратора 26. Таким образом, в момент t â счетчике

25.фаз оказывается зафиксированным число, пропорциональное Т, если входной импульс поступил в отрицатель55 ный полупериод входного сигнала, и число, пропорциональное T /2, еслив положительный полупериод. Из этого числа вычитаются импульсы заполнения, 1225014 количество которых пропорционально ай (фиг.2 y ), так как в момент импульсом с выхода элемента 20 ИЛИ триггер 19 возвращается в состояние, при котором на его выходе устанавливается логический "0", и элемент 24 И перестает пропускать на вход счетчика 25 фаз импульсы заполнения . Таким образом, в счетчике 25 фаэ после момента оказывается зафиксированным 10 число, пропорциональное q(t„) - отсиету фазы входного сигнала.

Ь

Входной узкополосный сигнал, поступивший на вход, устройства аналогоцифрового преобразования, может быть подвержен не тЬлько двухстороннему симметричному, как это приведено на фиг.2q, но и одностороннему или двухстороннему несимметричному ограничению по максимуму. При одностороннем или двухстороннем несимметричном ограничении происходит смещение нулевого уровня относительно уровня общей шины 1 Земля".

Очевидно, что максимальное время измерения, необходимое для взятия па.- ры отсчетов амплитуды и фазы незначи-. тельно превышает Т /2, так как измерение фазы заканчивается в момент а измерение аьллитуды — в момент, задержанный относительно to на время стробирования, которое мало по сравнению с Т . Однако, чтобы не предъявлять жестких требований к быстродействию аналого-цифрового к быстродействию аналого-цифрового преобразователя 8, считывание информациии с выходов этого преобразователя и счетчи ка 25 фаэ выполняется через несколько периодов центральной частоты после момента окончания измерений. Считывание производится импульсом записи, поступающим с четвертого выхода . генератора 21 образцовых частот на управляющий вход сдвигового регистра 23 и на вход элемента задержки 29, При поступлении этого импульса на управляющий вход сдвигового регистра 23 происходит перезапись в регистр цифровых значений отсчетов амплитуды .с выходов аналого-цифрового преобразователя 8 и фазы с выходов

40 разрядов счетчика 25 фаз. После этого импульс записи, пройдя на выход элемента 29 задержки, обнуляет устройства 5 и 6 выборки и хранения

9 стирая записанную в них информацию, и возвращает триггер 20 в состояние, при котором íà его выходе устанавливается логическая "1", и импульсы .с выходов селекторов 17 и 14 фронтов через элементы 27 и 28 И прохо50 дят на шифратор 26. Тактовые импульсы, поступающие с третьего выхода генератора 21 образцовых частот на соответствующий тактовый вход сдвигового регистра 23, продвигают записанные в регистре цифровые значения отсчетов амплитуды и фазы на выход устройства.

Для приведения нулевого уровня к уровню общей шины "Земля" используются следующие блоки-компаратор 2, инвертор 13, селектор 14 фронтов, ключи 15 и 16, элемент 12 задержки, элемент 18 ИЛИ; реверсивный счетчик 31, регистр 32 памяти, цифроаналоговый преобразователь 33, фильтринтегратор 34, делитель напряжения на резисторах 25 и 36. Реверсивный счетчик 31 на каждом периоде входного сигнала подсчитывает разность между отрицательным и положительным полупериодами. Цифровое значение этой разности фиксируется в регистре 32 памяти, а затем преобразуется в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя 33.

Фильтр-интегратор 34 накапливает значения.разности в течение йескольких

Г периодов сигнала. Выходное напряжение фильтра-интегратора 34, поступающее на входную шину через делитель напряжения на резисторах 35 и 36, компенсирует смещение нулевого уровня.

Формула и з обретения

Устройство аналого-цифрового преобразования узкополосных сигналов, содержащее генератор образцовых частот, счетчик фаз, сдвиговый регистр, первый селектор фронтов, первый элемент задержки, реверсивный счетчик, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, фильтр-интегратор, делитель напряжения, первый и второй ключи, первый и второй триггеры, инвертор, первый и второй элементы И, два элемента ИЛИ, компаратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с общей шиной, а выход — с входом первого селектора фронтов, с управляющим входом нервого ключа и через инвертор с унраввыходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго устройств выборки и хранения, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу блока согласования, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, вторые входы устройства выборки и хранения объединены и подключены к выходу формирова" теля стробирующих импульсов вход кое торого соединен с выходом первого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом второго триггера, входом второго элемента задержки и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, выход второго элемента задержки соединен с вторым входом первого триггера, первый вход третьего триггера объединен с первым входом первого триггера, второй вход объединен с третьими входами устройств выборки и хранения и соединен с выходом третьего элемента задержки, вход которого объединен с управляющим входом сдвигового регистра и соединен с четвертым выходом генератора образцовых частот, причем первые входы третьего и четвертого элементов И объединены и подключены к выходу третьего триггера, а выходы соединены с соответствующими входами шифратора, выходы которого через счетчик фаз подключены соответственно к первой группе информационных входов сдвигового регистра, вторая группа информационных входов которого подключена к соответствующим выходам аналого-цифрового преобраэова" теля, второй вход счетчика фаэ соединен с выходом второго элемента И, второй. вход третьего элемента И объединен с первым входом второго элемента ИЛИ и соединен с выходом второго селектора фронтов, вход которого подключен к выходу инвертора, второй вход четвертого элемента И объединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и подключен к выходу первого селекто ра фронтов.

1225014 8 ляющим входом второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, первая группа выходов которого подключе- 5 на к первой группе входов регистра памяти соответственно, второй вход которого через первый элемент задержки объединен с первым входом первого элемента ИЛИ и непосредственно под- 10 ключеи к выходу первого селектора фронтов, второй и третий входы первого элемента ИЛИ подключены к второй группе выходов реверсивного счетчика, а выход — к входу сброса реверсивного счетчика, выходы регистра

"памяти подключены соответственно к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого через фильтринтегратор соединен с первым входом 20 делителя напряжения, второй вход которого подключен к общей шине, а выход объединен с первым входом компаратора, первые входы первого и второго триггеров объединены и подключены 25 к первому выходу генератора образцовых частот, выход первого триггера подключен к первому входу первого элемента И, а выход второго триггера подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого объединен с информационными входами первого и второго ключей и соединен с вторым выходом генератора образцовых частот, третий выход которого подключен к входу тактовой частоты сдви35 гового регистра, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены аналого-цифровой преобразователь, 40 второи и третий элементы задержки, второй селектор фронтов, буферный усилитель, аналоговый инвертор, два устройства выборки и хранения, третий и четвертый элементы И шифраЭ

45 тор, блок согласования, третий триггер, формирователь стробирующих импульсов, дифференциатор, вход- которого является входной шиной, а выход соединен с входами буферного усилителя и аналогового инвертора, 1225014

Фиг. Р

Составитель В.Солодова

Техред В. КадаР Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Редактор Л.Повхан

Заказ 1968/59

Тираж 816

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж-35 у Р аушская наб °, д . 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4