Устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова

Устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 5629l6

Сон!э Советских

Солиалистическии

Республик!

61) Дополнительное к авт. свид-ву— !

22) Заявлено 02.06.75 (21) 2140653/21

51).Ч.1,л. - Н 03 К 13, 17 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.06.77. Бюллетень ¹ 23 (45) Дата опуолпкозания описания 14.09.77

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делаю изобретений и открытий

153) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

P. В. Агеев, В. В. Дорофеев, Ю. H. Овчаров, В. Н. Пушкин и А. С. Чефранов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАН И Я

АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА В КОДОВЫЕ СЛОВА

Изобретен;:, е отнооится к области автоматик l и !выч??сл?!тель HQ?1 техн?гки и может быть использовано, в частности, в цифровых анализаторах спект1ра, работаюшгих в реальном масштабе времен:.1, для амплитудно-времен !О. 0 квантования аналоговых;с игналов и преобразс1зяния выборок в кодовые слова.

Известны быстродействующие устройства, в которых осуществляется преоб1разование аналоговых сигналов в кодовые слова, содержаш??е компараторы, усилители, сумматоры 1 код?1руюш!ие схемы (1).

Для реализации известных устройств с высоким быстродействием требуются весьма iBBIсокочастотные элементы и введенгие специальной коррекции, что значительно усложняет устройство.

Из известных устройств, осушествляющ;?х

;: .алого-цифровое п!реомюр азован ие, .наиболее блгпз«Mм по технической сушност,;1 является сверхбыстродействующий аналого-ц!иф ровой преобразователь с фораирован!ным пе реходом по!рогов араввения. Соде!ржаший,два усилителя, два блока компараторов, две 1кодвруюш??е схемы, схемы,выч??тания и сумх!Ято р.

Входной аналоговый сигнал, подлежащий преобразованию, поступает одновременно на два а?Iaлоговых yc?lëèтеля. На второй вход первого усилителя, «!роме того, поступают форсируюцл?1е импульсы опроса, которые складываются с аналоговым сигналом и усиливаются.

С выхода первого усилителя смесь сигнала и фсрсируюших гимпульсов опроса подается на блок основных компараторов, содержащий 32 компаратора, опорные напряжения кото рык

«ратны напряжению ква нта. Эта же смесь сигнала с форсирующими импульсами опроса подается совместно с выходным аналоговым с:1. ня.lсм зтО р ого с?1.1?!Теля на схемч Вычи1б тан??я, что позволяет на выходе ее получить только форсируюшпе импульсы опроса. Эти импульсы затем подаются на блок вспомогательных компаратороз, содержащий 32 когмпаратоза. Ко;да под зоздей тзпсм фо!рсирующего импульса опроса про:!сходит pope?apoBB?Iное пересечение ол:,?жайшего опорчото напряжения, превышаюгцего текущее з??аче:?ие входно;о сгпгчала, первой кодгнруюшей схемой вы. пабатызается код (старшие !разряды кодовых слов) грубого отсчета текущего 3??ачения аналогово.-о сипнала.

Импульс опро:а имеет впд л?гнейно,возраста юlцего напр я же:-:??я. Поступая ?1 я блОк вс 1ох! Огятельн ь!и i Омп яр яTopов. ?I м пульс ВЫзывает последозятельнсе пересе-:ен??е ??х пороговых уровней. При пересечен?ги пороговых уроввей вторая «o1пруюшяя схема вырабатывает код, cooTBQTOTBуюш;?й младшим рааря+3M КОДОВЫХ С.10В. ЭТОТ КОД СОВМЕСтнО C кодО выхода первой код.?пу?оше!1 схемы подается

5сч20! 6 па суммaòco, с выхс ла которо,о снимается знаке.пие,кодового слова (2).

Метол п реобразова ния апаloroBo;o сигнала в кодовые слова, реализованный в данном у".тройстзе, предъявляет к его фу1нкциональI1bIlM узлам вы"окне требов,ния по точности.

Кроме того, для реализации известного устрой ства, пои временном интервале между соселними порогами компараторов вспомога" е-.IbrIого блока 0.3 нсек (скорость отработки ко мпаратэроз 0,3 нсек!разряд)1, требуются зсс1-мя Выс"кочавтотные эле.!ebb, а лля ло:т. н.ок:1я указанных параметров пакло иная

1асть форс11 рующих иипульсов опроса долж.:а Îблядать иеключителbHо высокой линейке:тью. Построение усилителя с линейной амH;BIIT$3Ho-частотной хярактерист1икой в широ«ой полосе ча тот (из-за палея гия форэир "10щих им пульсcB) требует введепня спец"1аль:. ой к ор р екци и.

Целью пзсбзстения является упрощение устройства преобразования аналогового сигналя в кодовые слоBà.

Поставленная цель достигается тем, что B устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова, содержащее усилитель, первый вход которо.-о полключеп к шине зхол .Iî."î à-!aëîãîçîãо сигнала, а выход которого через элеме.гг зяпержкл1 соединен с первым

BxG;r0ì блока вычитания, блок,компа раторов, 1ыхол кото1рсго соеличен с входом коди рующего устройства, и сумматор, введены лвя аналоговых ключа, усилитель-ограничитель, устрой"тзо вы1елевия овпбающей,сиг1лала, три r!реобразозателя кол —,напряже|ние, счетчик, коммутато р, ли с«!римиHBTGp, устройстВО OirleIIKII погреш ностги и синхронизатор, причем второй вход усилителя через первый преобразователь код — напряжение соединен с первым зхо.лом дискриминатора,,второй вход которого оелинен с выходом сумматора, а выход полключе:r к шине выходного сигнала, .и выходом

-..четчика, вход которого подкл10чеп к шяне .1ВОЛа залянного зяаЧЕНия кода, выход Усилителя соединен с первым входом коммутатора и первым выходом синхро|низатора, второй выход которого подключении к первому гхолу

;торого аналогового ключа и второму BK03ó коммутатора, а выход первого а налогового люча по лключен к пер вому входу б IGIKa ком:IapaTo!poB, a To!poH вход которого соедипен с зыхолом BTogiofo аналогового ключа, второй

Вхо3 к оторого через усилитель-ограаичитель оединен с выходом блока Bbl iiHTatIIIHIH, первый ход которого соединен с первым входом устройства оценки 1!GBpeHIíoñTH, второй вход которого соединен с выходом устройства вы;1елення огибающей си iHaëà, первый вход кото рого соелинен со вторым входом блока

ВЫ 1>итяния и !Gpca Второй IIIpeoбразОВятель ход — напряженио соединен с первым вхоло,r уммятора и первым выходом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом ко.щрующего уcTporllcTBa, а второй выход через

11ретий п|рсобразователь коЛ вЂ” напряжение со5

65 елинен co,вторым,входом устройства вылеления огибающей сивнала и непосредственно со вторым входом сум и а тор а.

На чертеже првлстявле на,структурная электрическая схема прелложенно."о устройства.

Устройство преобразования аналогового сигнала,B коловые слова co3ep>KIHT уоиллтель 1, первый вход 2 которого coe3H!Herr с шиной входного а налогового cHãíaëa. Выход усилителя 1 через элемент 8 залер>кки соединен с первым зходoм блока 4 вычитания и с первым входом устройства 5 оценки погрешности.

КрОме того, зыхo3 ус11л ителя 1 полключен к пер"ему входу перьвого аналогового ключа б, выход котс10ого соеллне1л с первым вхо-,ом блока 7 . мпяраторсз. Второй вход блока 7 компаратOipов сое.:.!HpII с выхолсм второго

a !! ÿ ë oà ñ B G Ã-О к л 10 ч я 8, первый В;. 0 л «0 T o p o To полключ= H ко Второму выходу синхронизатора 9 и второму входу ком. 1утатора 10, à BTGрой вхо 1 — к выходу усилителя-огр"-, r:.IHHTåля 11, ВХО3, которого соединен с выходом блока 4 вычита11кя, втоiporI зхол Iкекне соединен со вторым входом устройсТВа 18 вылелен ия огибающей сигнала, выхол, которого под ключен Ко второму входу устройстза 5 оце н к11 погрешности. Вход 20 счетчика 17 соединен с шиной ввода заданного значения кола, выход 21 лиск риминатора 1б сое311не11 с шиной выходного сигнала.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

Аналоговый сигнал поступает на вход 2 усилителя l. При этом, если осуществляется преобразование знакопеременных и отрицатель!rÛÕ а иалОгэвЫХ СИгНаЛОВ, тО, ЗНая 31гнампчсский диапазон;изменения сигнала, по вхо..у 20 в счетчик 17 записывается соответствующий код. Значение кола переписывается в л:1скр11минатор 1б и в преобразователь 18. На. ря кенис с выхола преобразователя 18 в качестве напряжения смещения подается на уалл птель 1. Аналоговый сигнал с заданным значением постоянной составляющей посту5

15

20 пает на первый вход ключа б,и че" ез элемент

8 за!дсрж ки, в качестве сигнала iKOIIIIBH на первые входы блцкя 4 вычитания и устройства 5 оценки ro.-реш IocT>I (нап!р!имер,:двухлучевой осциллограф). На второй вход !ключа б поступают первые управляющие, импульсы с синхрснизатсра 9, формирующего парные импульсы, временной интервал между которыми поставлен В соответствие с временем задержки элемента 8. Аналоговый сигнал ключом б преоб!разуется в решегчатую функцию, значения вы борок которой подаются на вход блока 7 компараторов. Число компаратззов,выбирается из заданной точности преобразова,ния 2", соответствующей числу уровней квантсзаiiия cèr!!àëii. Та!к, HàïpiIìåð, при п=12 чп=ло уровней квантования 4096. Необходимое число компараторов в блоке 7 равно 2"/-, т. е. для zai!I- ого И римера равно б4. Кодирование з IBRclEIий выборок осуществляется в реальном масштабе времен и. Это достигается благодаря тому, что если значение выборки превышает

ypoBc!fb квантования первого и второго ком. параторов, то в копирующем устройстве импульс с выхода, первого компаратора закрывается, а импульс с выхода второго компаратора кодируется в двоичном параллельном коде и через коммутатор 10, который первым импульсом HBlp устBíàâëHâàåòñÿ B исходное состояние, записывается В стядшие разряды сумматора 14. К роме того, этот код поступает на вход преобразователя 12 код †напряжен, с выхода которого напряжение поступает на первый вход устройства 18 выделения огибающей сигнала и на второй вход устройства 4 выч;!тания.

Разностный сигнал (погрешность квантоваIf!!sr) AU> с выхода блока 4 выч;!тания поступает,на усилитель-ограничитель 11, коэффициент передачи которого равен У, где Л вЂ” число компаратсров в бло!ке 7. Усиленньш разностный с. !гнал поступает на второй вход аналогового кл!Оча 8, на первый вход которого подаются вторые импульсы пар с синхронизатора 9. Вторые импульсы пар с синхронизатора 9, кроме того, по=тупают на второй вход коммутатора 10 и подключают к его Второму выходу преобразователь 15 и вход младших разрядов сумматора 14.

Выоорки с выхода ключа 8 подаются на второй вход блока компараторов 7, кодируются, записываются в младшие разряды сумматора 14 и в виде напряжения с преобразователя 15 поступают на второй вход устройства

18 выделения огибающей сигнала. Аналоговые сигналы с выходов элемента 8 задержки и устройства 18 Выделения огибающей сигнала по1аются на устройство 5 оцен ки по".::-шнoсти, при помо!!!! ко-орэ.о; Ожно оцг11ивать качество преоор азова.1л!я а налогового сигнала

В КОДО ВЫЕ СЛОВа.

Кодовые слова разрядностью и с выхода сумматора 14 по даются на второй вход дискрз1минатора 1б кодовых слов, срав; .IBBIOTcH c значением кода счетчика 17, соответствующим

Зз

65 зняченсию постоянной cocTBIBëÿþùåé с выхода усилителя 1, и !разностное значение кодов разрядностью n+1 (с учетом зна ка) поступает на

Выход 21 устро1!Стерва преобразования аналоГОВСГО СИИНЯЛЯ В i!(OPOBblo СЛОВЯ.

Таким образом, отсутствие в предлагаемом устройстве преобразования аналогового сигнала в кодовые слова идентичных по параметрам усилителей, вспомогательного блока компараторов и второго код11рующего устройства упрощает устройство в целом и повышает технологичность в эксплуатации. Кроме того. предлагаемое устройство при заданной точности преобразова ния по отношению к известному устро11ству прп тех нической реализации предьявляет менее высокие требования к частным сзо . 1 ствам элементов. Использование устрой,ства оценки погрешности позволяет оценить погрешность преобразозания и тем самым vliростить эксплуатацшо с истем с предлагаемым ст1зойствсм.

Формула изобретения

Устройство преобразования аналогового сигнала»oдoвьiе слова, соде;зжащее усилите.lb, первый вход которого подключен к шине входногÎ аналогового сигнала, à выхо.l которого через элемент задержки соединен с первым вхсдом блока вычитания, блок кo»1!apaТОРОВ ВЫХОЛ, ОТО ЗОГО СОЕ И1НЕН С ВХОДОМ КОднру:ощего устройства, и сумматор. о т;I и I аю щ е с с я тем, что, с цель!0 упрощения устР011СТВЯ, В нЕгО вВЕДЕНы два аиаЛОгОВых кЛЮча, усилитель-ограничитель, устройство выделенля or!.áàþùcé сигнала, тзи преобразователЯ ко-,— НЯпРЯжеп;Iе, счет 5!IK, коммз ТВТоР, дискри !Пнатор, устройство сце11ки погрешности и синхронизатор, п,зпчем второй вход усил:!толя ч "oåç и poьш пзеобразователь код— напряжение сосли1!ен с первым входом Д11скриминато а, второй вход котозого соед 11нсн с выходом сумматора, а выход подключен к

Ш :IНЕ ВЫХОДНОГО ОИГНЯЛЯ, И Вbl ОДОМ СЧЕТ !11КЯ, вход которого подключен к шипе ввода заданного значения кода. а выход усилителя соединен с первым входом первого аналогового ключа, второй вход которого соед!шен с первым входом, коммутатора и первым выходом синхронизатора, второй выход которого пол,клочеH к IIGpBoxI) входу второго аналогового ключа п BTopoìó входу коммутатора, а выход первого аналогового клоча подключен и первому входу блока компараторов. Второй вход которого соединен с выходом второго аналогового ключа, второй вход которого через ус .1литель-огра.шчитель соединен с выхолом блоКа ЗЬ,"., 1ТЯНПЯ, ПЕPBblH ВХОД КОТО)З ОГО СОЕДИНЕН с первым входом устройства 0 !енкп погрешнссти, 3TQ; ой вход которого соединен с выходом устройства выделен:1я огибающей сигнала, первьш Вход, которого соед.!не и со вторым гходом блоia вычитания и через второй преобразователь код — напряжение соединен с перьым входом сумматора и первым выходом ком562916 20

Составитель )). Стом

Те.;вел И. Каранда шова

Кг:аскто: В. Гутман

Рс:.актор О. Степина

Заказ 555/)41) 11зд Ла БО Тираж !080 Подписное

ЦНИИП)1 Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открь.тий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред, <Патент» мутатора, третий вход которого соединен с выходом,кодирующего устройства, а второй выход через третий преобразователь код — напряжен!ие соединен со вторым входом устройства выделения огибающей сигнала и непосредственно сО вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № Зб11350, кл. 340 — 347, 1971.

5 2. Патент СШЛ № 3623071, кл, 340 — 347, 1971.