Функциональный преобразователь аналог-код

Функциональный преобразователь аналог-код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1 i),739735

Союз Советских

Социалистических

Республик

1.=-::, -. -:

{51)M. Кл.

Н 03 К 13/17 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 24.02.78 (21) 2582715/18 — 21 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 05.06.80. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 05.06.80. по делам изобретений и открытий

{53) УДК681,325 (088.8) (72) Авторы изобретения

P. В. Агеев и Ю, Н, Овчаров (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ "АНАЛОà — КОД"

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в анализаторах спектра при логарифмическом квантовании сигналов с заданной абсолютной погрешностью во всем диапазоне их изменений.

Функциональные преобразователи "аналогкод", в частности, логарифмические преобразователи позволяют при наличии постоянной отностттельной погрешности преобразования эффективно испольэовать разрядную сетку кодовых слоев и заменить операцию умножения операцией сложения лри наложении весовой функции на исследуемый процесс. Однако при логарифмическом квантовании сигналов с увеличением преобразуемого сигнала растет абсолютная погрешность квантования. В связи с этим при приеме мощного сигнала необходимо татс организовать. структуру устройства, чтобы можно было оценивать с заданной абсолютной погрешностью тонкую структуру его огибающей при неравномерном квантовании входного . процесса.

Известен преобразователь "аналог-код" с неравномерным распределением уровней кванто2 вания, содержащий схему сравнения, генератор пилообразного напряжения, ключ, генератор импульсов, делитель частоты с шестью выходами, управляемые клапаны, управляющий регистр и кодирующий счетчик (1). Указанное устройство может использоваться в технике связи для кодирования речевых сигналов и преобразования аналоговых величин в функциональный двоичный код, соответствующий логарифмической характеристике компрессирования, Применение в известном устройстве принципа сравнения аналоговых величин со значением опорного пилообразного напряжения в совокупности с методом последовательного счета ограничивает скорость и, соответственно, класс обрабатываемых сигналов. Кроме, того, в указанном устройстве абсолютная погрешность преобразования изменяется с изменением величины сигнала.

Известен ттреобразователь "аналог-код", содержащий два аналоговых ключа, элемент задержки, блок вычитания, блок компараторов, усилитель-ограничитель, кодируюшее устройство, вторым выходом преобразователя, введены блок анализа и цифровой генератор, причем первый вход цифрового генератора соединен с четвертым входом блока опорных напряжений и с выходом блока анализа, первый вход. которого является входом преобразователя, а второй вход подключен к третьему выходу синхронизатора, четвертый выход которого связан со вторым входом цифрового генератора, выход которого соединен с третьим входом сумматора, причем второй выход элемента задержки связан со вторым входом второго аналогового ключа.

Сущность изобретения заключается в том, что весь динамический диапазон изменений сигналов поддиапазону ставится в соответствие логариф мическая шкапа со своим масштабом, так, которого соответствует данному поддиапазону, в масштабе соответствующей логарифмической

I шкалы имел абсолютную погрешность квантования, не превышающую заданной величины. Число разбиений динамического диапазона на поддиапазоны и масштаб каждой логарифмической шкалы выбирают исходя из заданного диапазона и абсолютной точности при условии минимизации аппаратурных затрат. В соответствии с выбранными шкалами вырабатывают наборы опорных напряжений раздельно для характеристики и для мантиссы, причем эти напряжения выбирают по сигналу масштабирования. Сигнал масштабирования указывает, какому поддиапазону соответствует квантуемое значение входного сигнала. Для получения однозначности кодовой информации кодовые слова преобра- ° зуются в соответствии с масштабом первой шкалы, для чего осуществляется сдвиг кода по разрядным ячейкам, что эквивалентно перЬ носу запятой в коде сигнала;

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Функциональный преобразователь "аналогкод" содержит элемент 1 задержки, вход которого соединен со входом преобразователя, а первый выход элемента 1 задержки подключен к первому входу блока 2 вычитания. Второй вход блока вычитания связан с первым входом сумматора 3, с первым выходом кодирующего устройства 4 и с первым входом коммутатора 5. Первый выход коммутатора соединен с первым входом блока 6 опорных напряжений, со вторым входом сумматора 3, выход которого является первым выходом преобразователя, и через преобразователь 7 "код- напряжение" — с третьим входом блока 2 вычитания.

Выход блока вычитания через усилитель-ограничитель 8 связан с первым входом аналогоГ

3 73973< 4. коммутатор, сумматор, преобразователь"коднапряжение", блок опорных напряжений и синхронизатор (2). Сущность работы указанного устройства заключается в том, что значения каждой выборки аналогового сигнала представляются в виде кодовых слов с фиксированной запятой, т.е. состоят из характеристики и мантиссы. При этом значения левой и правой частей кодовых слов формируются последовательно одним и тем же блоком компараторов.

Известное устройство позволяет формировать логарифмический двоичный код, т.е. в нем осуществляется преобразование с постоянной относительной погрешностью аналоговых сигналов в кодовые слова при изменении абсолютной погрешности преобразования. При анализе тон- разбивается-на ряд поддиапазонов. Каждому кой структуры огибающей сигналов в широком диапазоне их изменений необходимо устройство, позволяющее сохранить заданную» абсолютнуЫ чтобы логарифм входного сигнала, уровень погрешность при неравномерном квантовании входного процесса. В этом случае были бы реализованы преимущества логарифмического квантования при цифровом спектральном анализе сигналов и были бы исключены потери информации.

Целью изобретения является сохранение заданной абсолютной погрешности преобразования при неравномерном квантовании. входного процесса.

Цель достигается тем, что в известный функциональный преобразователь "аналог-код", содержащий элемент задержки, вход которого соединен со входом преобразователя, а первый выход элемента задержки подключен к первому входу блока вычитания, второй вход кото- 35 рого связан с первым входом сумматора, с первым. выходом кодирующего устройства и с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом блока опорных напряжений, со вторым входом сумматора, выход которого является первым выходом преобразователя, и через преобразователь

- "код-напряжение" — с третьим входом блока вычитания, выход которого через усилительограничитель связан с первым входом первого 4> аналогового ключа, второй выход которого подключен ко второму входу блока опорных напряжений, к первому входу синхронизатора и ко второму входу коммутатора, третий вход которого соединен с третьим входом блока опорных напряжений, ко второму выходу синхронизатора и к первому входу второго аналогового ключа, выход которого связан с первым входом блока компараторов, второй и трепкой входы которого подключены соответ ственно к выходам первого аналогового ключа и бло. ка опорных напряжений, а выход блока компа-. раторов соединен со входом кодирующего устройства, второй выход которого является ап .. к а

9735 сигнала

5 73 вого ключа 9, второй вход которого подключен .ко второму входу блока 6 опорных напряжений, к первому входу синхронизатора 10 и ко второму входу коммутатора 5. Третий вход коммутатора 5 соединен с третьим входом блока 6 опорных напряжений, ко второму выходу синхронизатора 10 и к первому входу аналогового ключа 11, выход которого связан с первым входом блока 12 компараторов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам аналогового ключа

9 и блока 6 опорных напряжений. Выход блока компараторов соединен со входом кодирующего устройства 4, второй выход которого является вторым выходом устройства. Первый вход цифрового геиератора 13 соединен с четвертым входом блока 6 опорных напряжений и с выходом блока 14 анализа, первый вход которого является входом преобразователя. Второй вход блока анализа подключен к третьему выходу синхронизатора 10, четвер.тый выход которого связан со вторым входом цифрового генератора 13, выход которого соединен с третьим входом сумматора 3. Второй выход элемента 1 задержки связан со вторым

I входом аналогового ключа 11.

Работа предлагаемого преобразователя заключается в следующем. Анализируемый сигнал поступает на вход блока 14 анализа и на вход элемента 1 задержки. Блок 14 анализа определяет, к какому из поддиапазонов, на которые разбит динамический диапазон изменений входного сигнала, принадлежит сигнал, и вырабатывает значение сигнала масштабирования, подаваемого в блок 6 опорных напряжений и в цифровой генератор 13. В блоке опорных напряжений формируются соответствую. щий набор и и опорных. напряжений, пода- ваемых на вход блока 12 компараторов.

Цифровой генератор 13 по масштабному сигналу подготавливается к генерации числа импульсов, поставленного в зависимость от значения масштабного сигнала. Входной сигнал, задержанный элементом 1 на время, определяемое временем формирования набора опорных напряжений, поступает на входы аналогового ключа 11 и блока 2 вычитания.

С выходов синхронизатора 10 на входы аналоговых ключей 9 и 11 поступают соответственно первый и второй импульсы из пары строб-импульсов, Выборка с выхода аналогового ключа 11 подается на вход блока 12 компараторов, в котором осуществляются сравнение их со значениями опорных напряжений и последующее формирование кодовых слов в кодирующем устройстве 4. При этом на выходе кодируюшего устрбйства 4, являющегося выходом преобразователя, формируют ся знак и код характеристики, а также знак

Значение кода характеристики через коммутатор 5 записывается в соответствующие разряды сумматора 3 и подается на входы блока 6 опорных напряжений и преобразователя

7 "код-напряжение". Значение напряжения с выхода преобразователя 7 подается на вход блока 2 вычитания. Разностное значение снгнала с выхода блока 2 через усилитель-ограничитель 8, параметры которого определяются динамическим диапазоном изменений сигнала, подается на вход аналогового ключа 9. На второй вход аналогового ключа с выхода синхронизатора 10 поступает второй из нары строб-импульс. Значение выборки с выхода аналогового ключа 9 подается. на вход блока

12 компараторов, опорные напряжения на который подаются с блока 6 опорных напряжений и определяются величиной характеристики и

" масштабирующим сигналом с выхода блока 14 анализа. Аналогично вышеизложенному происходит преобразование в блоке 12 компараторов и в кодирующем устройстве 4.

Вторым строб-импульсом коммутатор 5 устанавливается в положение, при котором значение выборки в двоичном коде записывается в младшие разряды сумматора 3 в качестве мантиссы. Таким образом, в сумматоре формируется логарифмический двоичный код с масштабом, соответствующим данному поддиапазоиуе с учетом знаков входноГо сигнала и характеристики. Соотношения между масштабами cooTBcTc гвующих поддиапазонов выбраны таким образом, чтобы коды одной и той же величины для различных масштабов отличались только положением запятой, отделяющей характеристику 0t мантиссы. Поэтому для получения выходного кода в эквивалентном масштабе по сигналу синхронизатора 10 цифровой генератор 13 подает на третий вход сумматора 3 число сдвиговых импульсов, соответствующих масштабируюшему сигналу.

При этом происходит сдвиг кода в суммато45 ре 3, что эквивалентно переносу запятой в коде логарифма. Отсюда видно, что на выходе преобразователя формируется двоичный логарифмический код сигнала в эквивалентном масштабе с учетом знака сигнала и характеристики. На выходе кодирующего устройства 4 формируется команда в том случае, если ни один из компараторов не сработал, т.е, входной сигнал идентифицируется с нулевым.

Отметим требования к выбору параметров

55 преобразователя и их взаимосвязь. Обозначим:

1 Р— число компараторов в блоке 12; — Е ЕЙЮИЬс - приведенный Пинамнческий диа1(/

0=

14, назон входного сигнала;

739735

U — эталонное напряжение; Вм Ъ 1 — требуемая абсолютная погрешо ность.

) х — выходной код величины х= @ О,„/U

Динамический диапазон делится на поддиа назонов напряжениями Е, E>,... Е „причем. Е =М,„11 1 таких, что, если сигнал ()в„прйнадлежит к-му поддиапазону,,то

E щ, р Для каждого поддиапак1, ах к л зона выбирается свой двоичный код хк, причем

К 1

Чк и поскольку О = 2

К где V r — целое число„1/ 0, то преобразование из кода х, в код 1 осуществляется простым переносом запятой влево. на U позиций. Масштаб опорных напряжений для каждого поддиапазона выбираем так, чтобы удовлетворить требования по абсолютной точности, и значения опорных напряжений до определения характеристики и мантиссы соответственно равны: о оп с о к (» Й V < Ь) (2 и Т O». k)percy — Исходя иэ требований к абсолютной точности можно показать, что для каждого полдиапазо1. 0 о

5 к и — Юоо -i. ак а g-Ок/n+3) Обозначим:

=мокс к рК=мин к

К аь

К О К-1 О

Тогда (пэ„ Оок „ к о Р 1 f

Минимальное потребное число компараторов для характеристики каждого поддиапазона „= „-РК,К=1,а,..., - 1, ("а"4 о Р4 где ЕЯ вЂ” целая часть числа и =но»сР„

При этом и иа».сР, причем желательно

9, чтобы уменьшить избыточность компараторов на этапе кодирования характеристики, Число t и коэффициенты а выбраны с учетом требования минимизации аппаратурных затрат, т.е. минимизация числа компараторов и,.

Например, для

9=2. =1. <= t и=26 о =2 а =,з - ц 2. а =Й

-ъ, -Ф. -5 а. ) - А

P =1i Р=24 Р=17 Р— 26.

2 Ъ %

10

l5

20 первым входом первого аналогового ключа, 40 второй вход которого подключен ко второму

Таким образом, наибольшая избыто щость компараторов на этапе формирования кода характеристики составляет. Иа».с(.п-P j = <5

Заметим, что при n - 26 P„> 26 п, При построении АЦП для заданных значений 0 ,и So в прототипе пришлось бы использовать

710 компараторов, т.е. более чем в 27 раз больше, чем в предлагаемом преобразователе, причем на этапе формирования кода характеристики использовалось бы не более 9 компараторов, Таким образом, данный функциональный преобразователь "аналог-код" обеспечивает заданную абсолютную точность преобразования при логарифмическом аналого-цифровом преобразовании и значительно меньших аппаратурных затрат.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь "аналогкод", содержащий элемент задержки, вход которого соединен со входом преобразователя, а первый выход элемента задержки подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого связан с первым входом сум1 матора, с первым выходом кодирующего устройства и с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом блока опорных напряжений, со вторым входом сумматора, выход которого явля ется первым выходом преобразователя, и через преобразователь "код-напряжение" — с третьим входом блока вычитания, выход которого через усилитель-ограничитель связан с входу блока опорных напряжений, к первому входу синхронизатора и ко второму входу .коммутатора, третий вход которого соединен с третьим входом блока опорных напряжений, ко второму выходу синхронизатора и к первому входу второго аналогового ключа, выход которого связан с первым входом блока компараторов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого аналогового ключа и блока опорных напряжений, а выход блока компараторов соединен со входом кодирующего устройства, второй выход которого является вторым выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью сохранения заданной абсолютной погрешности преобразования при неравномерном квантовании входного процес8а, в него введены блок анализа и цифровой генератор, 1О

Составитель В. Солодова

Техред Л.Теслюк Корректор И.Муска

Редактор Б. Федотов

Тираж 995 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2957/50

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

9 739735 10 причем первый вход цифрового генератора сое рой выход элемента задержки связан со вторым дииен с четвертым входом блока опорных входом второго аналогового ключа. ианряжеиий и с выходом блока анализа, пер- Источники информации, w% Вход которого является входом преобра- принятые во внимание при экспертизе эователя, а второй вход блока анализа подклю > 1. Авторское свидетельство СССР У 402147, чей к третьему выходу синхронизатора, четвер- кл. Н 03 К 13/20, 1970. тый выход которого связан со вторым входом 2. Авторское свидетельство СССР по заявке цифрового генератора, выход которого соеди- Р 2424185/18 — 21, кл. Н 03 К 13/17, 01.12,76 нен е третьим входом сумматора, причем вто- (прототип).