Аналогово-цифровой преобразователь с регистрацией времени

Аналогово-цифровой преобразователь с регистрацией времени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и регистрации полученного кода в памяти и времени его получения.

Техническим результатом изобретения является увеличение точности привязки измеряемых сигналов к реальному времени. Этот результат достигается тем, что в устройство аналогово-цифрового преобразования (АЦП) добавляются локальные часы, которые регулярно синхронизируются с внешними часами, например так, как это описано в патенте RU 2015104938 «Способ синхронизации времени в процессорах и устройствах вычислительной машины». Поскольку часы локальные, то это исключает недетерминизм продолжительности чтения времени из внешних часов. В результате также отпадает необходимость прерывать центральный процессор аналого-цифровым преобразователем с целью фиксации момента времени, к которому относится величина аналогового сигнала.

Известно устройство для аналого-цифрового преобразования, описанное в US 2007/0001890, которое может регистрировать время поступления данных благодаря тому, что центральный процессор получает время из часов реального времени (RTC). Но точность регистрации времени в такой реализации не высока из-за того, что возникают недетерминированные задержки при передаче времени в шинах передачи данных. Кроме того, известные микросхемы RTC выдают время с точностью до секунды. По этой причине ограничена одной секундой точность регистрации времени прибором «Дата-логгер (регистратор аналоговых данных)» описанном в URL: http://cxem.net/mc/mc288.php опубл. 17.07.2014.

Патент US 20140089536 «ADC sequencing» предлагает записывать непосредственно в память результаты аналого-цифрового преобразования, не прерывая процессор, освобождая таким образом, процессор от рутинной работы. Недостатком данного способа является то, что теряется точность привязки полученных данных к реальному времени. В системах управления решения принимаются на основе прогнозирования, которое базируется на предшествующих изменениях параметров системы во времени. Поэтому точность регистрации времени очень важна.

В патенте «Audio event detection recording apparatus and method» US 20040264938 A1 часы реального времени служат для регистрации и записи в память момента возникновения аудио события по заданному пороговому значению аудиосигнала. Но временные метки не сопровождают все полученные цифровые данные, потому что авторы не ставят перед собой задачу регистрации точного динамического поведения входного сигнала. В данном патенте часы реального времени не являются локальными и, следовательно, продолжительность чтения времени из внешних часов не детерминирована. Кроме того, не предусмотрена поддержка точности хода часов.

В патенте «Analog-to-digital converter that preseeds memory with channel identifier data and makes conversions at fixed rate with direct memory access US 6701395 B1» делается предварительный захват канала памяти для того, чтобы темп записи был более детерминированным. Действительно постоянный темп преобразования и записи поможет точнее привязать записанные данные ко времени их получения, но никак не гарантирует точность такой привязки, поскольку частота работы устройства не стабилизирована.

В патенте «Mosaic image collector including an embedded atomic clock» US 7773126 B1 предлагается данные изображений, регистрируемые видеокамерой, сопровождать метками времени от встроенных атомных часов. Введение атомных часов в состав каждого внешнего устройства ЭВМ неоправданно дорого. А если атомные часы - общедоступные для всех устройств ЭВМ, то это отразится на недетерминированности чтения из-за конфликтов с другими читающими время устройствами.

Патент «DMA controller that restricts ADC from memory without interrupting generation of digital words when CPU accesses memory», US 7188199 B2, решает следующую проблему. Может оказаться, что процессор обратился за данными раньше, чем АЦП успел записать их. Для этого в памяти отмечается, что АЦП подготовил данные, но не успел записать их, и процессор должен повторить чтение. Повышение приоритета АЦП относительно приоритета процессора повышает постоянство темпа записи данных в память и соответственно точность привязки данных ко времени. Но если данные сопровождать меткой времени, как предлагается в данном изобретении, то более высокая точность привязки ко времени гарантирована.

В патенте «Signal preconditioning for analog-to-digital conversion with timestamps US 20040070529 A1», метка времени используется для реализации самого процесса аналогово-цифрового преобразования: опорный сигнал нарастает и запускается счетчик времени. Когда величины двух сигналов совпадают, выдается значение счетчика времени как результат АЦП. В память записывается только преобразованные данные без метки реального времени.

На фиг. 1 показана предлагаемая схема регистрации аналоговых данных и момента времени регистрации. АЦП, имея в своем составе локальные синхронизованные часы, записывает в память пару данных - время регистрации и величину преобразованных аналоговых данных.

Поскольку реальное время, выраженное в секундах и долях секунд (наносекундах, например, начиная от 1970 г.) занимает 64 разряда, то для экономии памяти в качестве метки времени можно использовать только младшие разряды реального времени, сообразуясь в выборе количества разрядов с периодичность осмотра процессором данных АЦП в оперативной памяти.

1. Устройство для аналого-цифрового преобразования с регистрацией времени, состоящее из центрального процессора, оперативной памяти, шин передачи данных и аналогово-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что указанный преобразователь имеет в своем составе периодически синхронизуемые с внешними часами локальные часы реального времени, показания которых на момент фиксации входного сигнала записываются в оперативную память вместе с полученными цифровыми данными.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью сокращения объема записываемой в память информации записываются только такое количество младших разрядов времени, которые необходимы для уникальной идентификации записываемой временной метки в пределах периода измерений.