Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой

Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Сощиалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ ""750725

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву з (22) Заявлено 040675 (21) 2143375/18-21 (51) М. КЛ. с присоединением заявки № (23) Приоритет

Н 03 К 13/17

Гокударстаеяный комитет

СССР по «елам изооретеоий и откр ыти й

Опубликовано 230780. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описаиия230780 (53) УДК 681. 325 (088.8) (72) Лвторы изобретения

A. Н. Морозевич и В. Н. Ярмолик

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С ПЛАВАЮЩЕЙ ЗАПЯТОЙ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в качестве измерительного прибора, внешнего устройства для специализированных и универсальных электронных вычислительных машин, обеспечивающего преобразование аналоговых сигналов в цифровые в широком динамическом диапазоне.

Известны аналоговые преобразователи, содержащие регистр мантиссы, преобразователь код-напряжение мантиссы, датчик преобразуемого напряжения, блок сравнения, регистр порядка, блок управления, генератор тактов, дешифратор, преобразователь код-напряжение порядка, источник эталонного напряжения и комбинационную схему (1) .

Однако такой аналого-цифровой преобразователь имеет недостаточную точность преобразования.

Иэ известных устройств, наиболее близким по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий регистр порядка, блок

Формирования порядка, блок сравнения 30 блок формирования мантиссы, преобразователь код-напряжение, регистр памяти (2) .

Недостатком таких преобразователей с плавающей запятой является значительная погрешность квантования, максимальное значение которой достигает величина шага квантования по амплитуде.

Цель изобретения — увеличение точности.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий блок формирования порядка, вход которого соединен с шиной входного сигнала, аналоговый выход — с первым входом блока сравнения, а цифровые выходы— с входами регистра порядка, блок формирования мантиссы, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выходы — к входам регистра памяти, выходы последнего соединены с входами преобразователя код-напряжение, дополнительно введены сумматор напряжений и блок формирования напряжения смещения, входы которого сое.динены с выходами регистра поряцка, а выход — с первым входом сумматооа

750725 напряжений, второй вход которого подключен к выходу преобразователя коднапряжение, а выход — ко второму входу блока сравнения.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, 5 на фиг. 2 и 3 — графики, поясняющие его работу.

Характерная особенность аналогоцифровых преобразователей состоит в том, что преобразуемый ими сигнал

0 представляется числовым кодом КК,.

Максимальное число разрядов кода ограничено, поэтому Сигнал представляется с помощью дискретных уровней (квантов) с некоторым шагом квантования. 15

Квантование по уровню удобно рассматривать как процесс преобразования сигнала нелинейным звеном со ступенчатой характеристикой. Вид передаточной характеристики известных ана- 29 лого-цифровых преобразователей с плавающей запятой представлен на фиг. 1а для трехрязрядной мантиссы..Ошибкой квантования в преобразователях является разность функции кк-f(U<), представленной на фиг. 2а, и линейной функции К„ =U<. Величина погрешности, обусловлейной квантованием входного сигнала, изменяется от нуля до величины q цР, где m-номер младшего разряда кода мантиссы, q-основание системы счисления, р-код порядка (график этой зависимости приведен на фиг. 1 6).

Анализ характеристики К„ -Кх =f(U><) (см. фиг. 16) показывает, что для уменьшения максимального значения ошибки квантования при каждом значении кода порядка следует осуществлять смещение передаточной характеристики на некоторую величину L, явля-49 ющуюся функцией кода порядка, т. е. =1(р). Причем при = †q q P максимальное значение ошибки квантования становится минимально возможным. Зависимость величины Uz< от 45 кода порядка далее для кратности будет называться "следящее смещение" °

Следует подчеркнуть, что при смене величины кода порядка на единицу величины напряжения смещения Ц ме- 50

Г -п р Р) няется на величину Я -< ц, Передаточная характеристика предложенного преобразователя, реализующего новый метод "следящее смещение", позволяющий в два раза уменьшить максимальную ошибку квантования для любого значения кода порядка, изображена на фиг. 2 а. На фиг. 2 6 представлена зависимость погрешности квантования .ь (ь = К„ - К ).от величины входного сигнала UÄ. На фиг. 3 представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя с плавающей запятой. б5

Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой содержит последовательно включенные регистр порядка 1, блок формирования порядка 2, блок сравнения 3, блок формирования мантиссы 4, регистр мантиссы 5, преобразователь код-напряжение б, выход которого подключен ко второму входу сумматора напряжения 7, первый выход которого подключен к выходу блока формирования напряжения смещения 8, а выход — ко второму входу блока 3.

Функционирование преобразователя происходит следующим образом. Исследуемый сигнал U поступает на вход блока 2, который является входом устройства в целом. Блок формирования порядка 2 формирует необходимый код порядка, который фиксируется на регистре порядка 1. В соответствии со значением кода порядка блок 8 формирования напряжения смещения U однозначно формирует величину U „, равную половине шага квантования (определяется кодом порядка), С аналогового выхода блока 2 на первый вход блока сравнения поступает сигнал Uq . где q — основание системы счисления выходного кода, р — код порядка (может быть положительный и отрицатель ный). Блок сравнения 3 сравнивает величины U„ — q"è 0„+ U,ùи в зависимости от знака их разности формирует сигнал, соответствующий значениям логического нуля или единицы. Блок формирования мантиссы 4 на основе сигналов, поступающих с выхода блока сравнения 3, формирует код мантиссы, который фиксируется на регистре мантиссы 5. Преобразователь код-напряжение 6 вырабатывает компенсирующее напряжение

0К, которое, суммируясь (с учетом знаков) с величиной U поступает на второй вход блока сравнения 3. цикл преобразования U в кодовый эквивалент, записанный в форме с плавающей запятой, заканчивается после определения значения самого младшего разряда регистра мантиссы, После считывания информации с регистров порядка и мантиссы устройство устанавливается в исходное состояние.

Таким образом введение блока формирования напряжения смещения и сумматора напряжений, обеспечивающих использование метода "следящего смещения", позволяет уменьшить величину погрешности квантования с

q- qрдо . q m qp, т. е, в два раза.

Формула изобретения . Аналого-цифровой преобразователь с плавающей запятой, содержащий блок формирования порядка, вход которого соединен с шиной входного сигнала, 750725 аналоговый выход - с первым входом блока сравнения, а цифровые выходысо входами регистра порядка, блок формирования мантиссы, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а выходы — ко входам регистра памяти, выходы последнего соединены со входами преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности в него дополнительно введены сумматор напряжения и блок формирования напряжения смещения, входы которого coe"" динены с выходами регистра порядка, а выход -с первым входом сумматора напряжений, второй вход которого подключен к выходу преобраэо вателя код-напряжение, а выход — ко второму входу блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 364091, кл. Н 03 К 13/17, 1965.

2. Дубицкий Л. A., Швецкий В. И., Юзевич Ю. В. Пути обеспечения широкого динамического диапазона быстродействующего АЦП. Материалы регионального научно-технического семинара по статистическому анализу, моделированию и автоматизации контроля объектов с конструктивно сложной структурой. Выпуск 6. Вопросы преобразования информации, Таганрог, 1976 (прототип).

Фг

Составитель II. Назаров

Редактор П. Горькова Техред М.Петко Корректор Р). Макаренко

Заказ 4670/45 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ 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