Способ аналого-цифрового преобразования

Способ аналого-цифрового преобразования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

САНИЕ чтения 785991.У СВИДЕТЕЛЬСТВУ к нвт. свил-ву (5!)М. Кл.

7 9 (21 ) 2 7 1 1076/18-2 1

Н 03 К 13/20 вки .%

7. 12.80. Бюллетень Ж 45 (53) УДК 681.325 (088.8 ) ания описания 07. 12.80

Т. К. Исмаилов, Ф.. 1. Аллахвердов, Ю. В. Каллиников и Э. A. Вартапетов (72) Авторы изобретения .

Специальное конструкторское бюро радиофизического приборостроения Научного центра Каспий" АН Азербайджанской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛОГΠ— UHCPOBOI0 ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано fl IB уменьшен»я динамической погрешности аналого-цифровых преобразователей с промежуточным преобразованием входного

5 аналогового сигнала в частоту.

Известен. способ аналого-цифрового преобразования, заключающийся в прямо пропорциональном преобразовании BxoQHoro сигнала напряжения постоянного тока о в частоту следования импульсов и подсчете числа импульсов этой частоты эа образцовый интервал времени fl).

Этот способ, обладая высокой статической точностью и помехозащищенностью, характер»эуется низким быстродействием и большой динамической погрешностью.

Йзвестен также способ аналого-цифрового преобразования, эаклкчаюшийся в преобр азова нии напряжения постоя н ного тока в частоту следования »мпульсов, формировании непрерывной шкалы эталснлых меток времени, период следован»л которых равен образцовому интервалу времени,лодсчета за образцовый интервал времени ч»ела импульсов преобразованной частоты с фиксацией полученного числа импульсов на время следующего образцового интервала 72 .

Однако этот способ позволяет получить высокую точность преобразования входноГо сигнала в числовой эквивалент только для постоянных или медленно меняющихся во времени функций. При преобразовании сигналов, изменя юшихся во времени по функц»ям, характеризуемым проиэводнымн до ь -го порядка, возникают два вида динамических погрешностей, которые мо.гут немного превышать статические погрешности, Белью изобретения является уменьшение динамической погрешности преобразова ния.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, эаключакацемуся в

»р образовании входного аналогового сигна;IB в частоту следования импульсов, ,ормировании непрерывной шкалы эталон7855 ных меток Времени, период следования KGторых равен образцовому интервалу времени, и подсчета за образцовый интервал времени числа импульсов частоты, функционально связанной с входным сигналом, формируют импульсные последовательности, частоты следования которых пропорци-" ональны текущим приращениям входного сигнала от первого до д -го порядка за время образцового интервала времени, под- 10 считывают за время (, -го образцового интервала времени, и фиксируют число импульсов частоты, равной сумме преобразс ванной частоты и половины ее приращения первого порядка, затем зафиксированное число импульсов корректируют на текущем

0 (i +1)-ом образцовом интервале времени импульсами дополнительной последовательности, текущую частоту которой формируют по выражени{о:

20 с) 1 ф в моменты 1;, период следования которых равен образцовому интервалу Времени {

Зля компенсации первого вида динамической ошибки, связанной с интегрированием (усреднением) частоты входного сигнала, из преобразованной последовательности импульсов формируют вторую последовательность импульсов, сдвинутую по фазе на образцовый интервал времени. Из разности частот этих последовательностей образуют последовательность импульсов с частотой, равной приращению преобразованной часторы за время образцового интервала. Иэ полученной последовате JIL íîñò{{ импульсов и преобразованной последовательности формирую и вую последовательность импуль-, сов, частота следования которой равна сумме преобразова{ц{ой{ частоты и полорины приращения этой частоты на время образцового интервала, т.е.:

2 где,a5f (Т. ) — среднее значение прираще-

К I+4 ния 1 -го порядка преобразованной частоты за время (ч +1)-го образцового интервала;

1 — длительность образцового

0 интервала времени; — текущее время внутри (1+ 1)-го образцового интервала времени;

1 и . - начало и конец (1+1)-го

1 1Ф{ образцового интервала времени; — наивысший порядок прира- щения преобразованной частоты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен времен45 ной график изменения преобразованного кода, полученного известным и предлагаемым способами; на фиг.. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ.

Сущность способа заключается в сле- 50 дующем.

Входной аналоговый сигнал 0(х) t преобразуют сначала в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна входному сигналу (х)Ь =

К1)„(с) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Одновременно формируют непрерывную шкалу эталонных меток времени

По ученную частоту интегрируют (подсчитывают число импульсов) за время

5 -го образцового интервала. В конце

{I -ão интервала преобразования образуется числовой эквивалент входного сигнала, скорректированный по динамической ошибке преобразования, связанной с усреднением: где Й х (T„) — числовой эквивалент преоб-. разованной частоты внутри

j -го интверала преобразоВания1 ,Й N ().) — ч3{словоЙ эквиВалент прира х щения преобразованной частоты за время —. го интервала преобразования.

Вторая составляю{цая динамической погрешности, связанная со ступенчатой апроксимацией входного сигнала числовыми эквивалентами, зависит от скорости изменения входного сигнала и его производных более высокого порядка. LlJIsl компенсации этой составляющей погрешности формируют корректирующую последовательность импульсов, текущая частота которой учитывает характер изменения во времени входного сигнала, т.е. функционально связана с его производными. Тогда интегрирование этой последовательности на текущем интервале преобразования позволяет получить текущий числовой эквивалент, корректирующий значение кода " < {Т ), полуи к /-г.

785991 ченного в конце предыдущего интервала преобразования. Если функция изменения входного сигнала линейка или монотонна, то текущий числовой эквивалент, корректирующий код Й Т ) в GBBHGHMОсти От

K Г скорости изменения входного сигналя, получают текущим интегрированием ня текущем {(1+1)-ом интервале преобразования частоты, пропорциональной первой производной входного сигнала, т.е. 10

<1Ф«

ЬМ (Т„ )=" zK„И)М аУ,(„„H=

УХ 1+« . Х

6 " (Г ) — среднее значение второй

1(1+1 производной, преобразованной частоты внутри го интервала преобразования — текущее время между 6«. и t(, «сначалом и концом

t (a++i интервала преобразованияя; причем а 5 (Т„,„) .-а,„(Т; „)-ьК,, (Т„) где Ух (Ь) д у (т.,„) SS0 — текущее значение второй производной преобразованной частоты; — среднее значение приря55 щения второго порядка преобразованной частоты зя время (1 +1)-го интервала преобразования; где а f (T. ) — среднее значение при1«- ращения преобразованной частоты зя время ((+1)-го интервала преобразования;

f (T. ), Й (Т. ) — числовой эквивалент

К «+« Х 1+« первой производной преобразованной частоты внутри (1 +1 )-ГО интервала преобразования.

Значение корректирующей частоты на (4 +1 ) ом интервале будет равно текущему приращению преобразуемой частоты, т.е.

ГкО.)=Их{+) где t меняется от 4„ ЗО до 5..

1+1

В этом случае производится линейная апроксимация входного сигкаля его числовыми эквивалентами. для компенсации методической ошибки от усреднения и дина35 мической ошибки, связанной с изменением приращения входного сигнала, добавляют половину приращения от приращения второго порядка и текущее приращение, пропорциональное второй производной преобразованной частоты и полученное текущим ин1 тегрировянием второй производной преобразованной частоты на текущем интервале преобразования, т.е.

t„(t>= g " (.< кж=

Тогда корректирующая частота для этого случая запишется в виде: Х„.(т, ) (t(=+ f„(t (t — д (,(г .2- Ш«

Г

И результате интегрирования этой частоты на текущем (+1)-ом интервале преобразования получают текущее значение числового эквивалента корректирующего сигнала, учитывакацего первую и вторую производные входного сигнала:

2. 2 .

После суммирования кода p (T ), по1 Г лученного после окончания i -го интервала преобразования, с корректирующим кодом Ь и «,Т. ) получают текущее зкайх 1+1 чение числового эквивалента входного сигнала на (1 +1)-ом интервале преобразования: х(),(Т ) - — И „(Т,„Н.+, а(Ц,(Т;) и (1х Т1 1) (» (Т« 1)

Лналогичным образом для случая, когда функция входного сигналя содержит производные OT первого до т1 -го порядка, получают корректирующую частоту ня (1+1)-ом интервале преобразования.

После интегрирования этой частоты на текущем {.1+1)-ом интервале получают те кущее значение числового эквивалента корректирующего сигналя АNy (Т;+„) учитывающего характер изменения входного сигнала. После суммирования кода И (Г;)псах « лученного после окончания 4 -го интервала преобразования, с корректирующим кодом ЬМз (Т + ) получают текущее значе1+Ч ние откорректированного числового экви7859 валенте входного сигналя на (+1)-ом интервале преобразования:

b Nk ГГ„) и () = N (т„)+ (((т.

2. 2 . (и1

М г. (T„++„) и

И .

Как видно из фиг. 1, числовой эквивалент М„(характеризуется суш ственно меньшей динамической погрешностью, чем .дпя известного спо< оба

Одно из возможных устройств для реапизации этого способа содержит блок

1 преобразования аналогового входного сигнала в частоту следования импульсов, суммирую1ций счетчик 2, реверсивный счетчик 3, блок 4 формирования эталонных ,меток времени, блок 5 вычитания частот, линию 6 задержки, делитель 7 частоты на два, блок 8 суммирования частот, блок

9 формирования последовательностей импульсов, пропорциональных прирашепиям преобразованной частоты от второго до и -го порядка, вычислительный блок 10.

Выход блока 1 подключенного входом к

1 источнику входного сигнала, подкпючен к первым входам бпоков 5 и 3 непосредственно и через шнию задержки 6 ко второму входу блока 5, выход которого подкпючен к входу блоков 9 и 10 и через блок

7 ко второму входу блока 8, выход которого подключен к счетному входу счетчика 2. Выходы разрядов счетчика 2 подкпю- чены к входам разрядов реверсивного счетчика 3 через блок переноса кода, не показанный на схеме. Выходы блока 9 подключены к входам бпока 10, выход которого подключен к счетному входу счетчика 3, 46

Выход блока 4 подключен к входам обнуления счетчиков 2 и 3 и к входу блока 10.

Работает устройство спедуюшим образом.

91 8 этих последовательностей, и нв его выходе образуется последовательность импупьсов, равная прирашению b f (! преобрах эованной частоты за образцовый интервап времени Т, Эта частота делится на два в блохе 7 и поступает

8, на второй вход которого поступает преобразованная частотаф (+), В блоке 8 производится суммирование этих частот, и с выхода блока 8 на счетный вход счетчика

2 поступает последоватепьность импульсов с частотой F,(t). Ha сбросовый вход счетчика 2 поступают эталонные метки времени с блока 4 -с периодом следования, равным образцовому интервалу времени

То, За время i -го образцового интервала на выходах разрядов счетчика 2 образуется код N (T„) скорректированный по ,К

Ях методической ошибке усреднения. Код м К

И Т, после окончания -ro интерват. х ла преобразования переписывается в предварительно обнуленный счетчик 3., после чего счетчик 2 обнуляется и в нем производится очередной цикл преобразования частоты в код. B блоке 9 на основании

v..-tôîðìàöèH о приращении первого порядка Хх(J, поступаюшей с выхода блока 5, определяются приращения преобразованной частоты от второго до (-го порядка (например, с помощью последовательно соединенных линии задержки и блока вычитания, анапогичных блоков 5 и 6). С ! выходов блока 9 последовательности импульсов с частотами, пропорциональными приращениям преобразованной частоты от второго до и -го порядка, поступают на входы блока 10, в котором производится формирование корректирующей последовательности импупьсов. Импульсы корректируюшей частоты поступают HB счетный вход счетчика. 3 и в зависимости от знака этой частоты изменяют код в счетчике

3. На выходах разрядов счетчика 3 образуется текущий код числового эквивалента входного сигнала.

В блоке 1 производится преобразование входного аналогового сигнала U (t) в частоту следования импульсов х(Ь) мгновен) 50 ное значение которой пропорционально значению аналогового сигнала в середине соответствуюшего периода. Г1оследовательность импульсов с частотой (поступает на один вход блока 5, на второй вход которого поступает вторая последователь55 ность импульсов f (<- Т ) сдвинутая в лих о нии 6 задержки на время, равное Т, В блоке 5 производится вычитание частот

Формупа изобретения

Способ аналого-цифрового преобразования, заключаюшийся в преобразовании входного аналогового сигнала в частоту следования импульсов, формировании непрерывной шкалы эталонных меток времени, период следования которых равен образцовому интервалу времени, и подсчете за обР разцовый интервал времени числа импульсов частоты, функционально связанной с входным сигпалом, о т и и ч а ю ш и й—

9 785991 10

rae „{ ) — среднее значение прира3 щения 1 -го порядка преобразованной частоты эа время (» +1)-ro образцового интервала;

Т вЂ” длительность образцового интервала временн;

t — текущее время внутри (»+1)-го образцового интервала времени;

В ° и „. — начало и конец (i+1)-го образцового интервала времени;

И вЂ” наивысший порядок приращенйя преобразованной частоты.

Источники информации = принятые во внимание при экспертизе

1. Махнанов В. Д. и Мклохин Н. Т, Ь " - . - . j-» -4 х 1»,» - Устройства частотного и время-имлульсно1 ro преобразования. Энергия, 1970,с. 6-7.

2. Шущков Е. И. и Бодиков М. Б. Мно4 к(т»+») . гоканальные аналого-цифровые преобразова« г тели."Энергия", 1975, с. 55-56 (прототип). с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, формируют импульсные последовательности, частоты следования которых пропорциональны текущим приращениям входного сигнала от первого до n -ro порядка за время образцового интервала, подсчитывают за время » -го образцового интервала и фиксируют число импульсов частоты, равной сумме преобразованной частоты и половины ее прираще- »а ния первого порядка, затем зафиксированное число импульсов корректируют на текущем (1+1)-ом образцовом интервале времени импульсами дополнительной последовательности, текущую частоту которой >S формируют по выраженикх

785991

Составитель Ю. Богданов.

Редактор л . Рожкова Texpett А. Ач Корректор Н. Бабинец

Заказ 8863/59 Тираж 995 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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