Способ параллельно-последовательногоаналого-цифрового преобразования

Способ параллельно-последовательногоаналого-цифрового преобразования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическмн республик

< 819953 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 04.05.79(21) 2761246/18-21 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет— (51)М. Кл.

Н 03 К 13/03

Гввудврстввнню нвинтет

СССР

Ilo делам нзввретвннй н ввнрвпнй

Онубликовано 07.04.81. Бюллетень М 13 (53) УДК 681.325 (088. 8) Дата опубликования описания 10.04.81 (72) Авторы изобретения

А. И. Воителев и Л. М. Лукьянов (73) Заявитель (54) СПОСОБ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО

АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для создания аналого-цифровых преобразовате. лей параллельно-последовательного типа с повышенным быстродействием.

Известен способ параллельно-последовательного аналого-цифрового преобразования, заключающийся в том, что в первом такте входной аналоговый сигнал преобразуют путем сравнения с основны,ми эталонными сигналами в сигналы цвоичного кода, которые запоминают, а во втором и послецуюших тактах сигналы этого коца преобразуют в аналоговые сигналы обратной связи, которые затем масштабируют и суммируют, после чего из входного аналогового сигнала вычитают общий аналоговый сигнал обратной ,связи, этот разностный сигнал усиливают и преобразуют, как в первом такте, в сигналы цвоичного кода, которые также запоминают, (1 ).

Однако в этом способе время преобра; зования на кажцом такте определяется ... максимально-возможным. :диа пазоном изменения. усиленного сигнала разности межцу преобразуемым сигналом и сигна.лом обратной связи, что приводит к уве личению среднего времени преобразова5 ния.

Целью изобретения является повышение быстродействия аналого-цифрового преобразования.

Достигается это тем, что в способе параллельно-последовательного преобразования, заключающемся в том, что в первом такте входной аналоговый сигнал преобразуют путем сравнения с основными эталонными сигналами в сигналы цвоичного кода, которые запоминают, а во втором и последующих тактах этого кода преобразуют в аналоговые сигналы обратной связи, которые затем масштабируют суммируют, после чего из вхоцного аналогового сигнала вычитают общий аналоговый сигнал обратной связи, этот разI, костный сигнал усиливают и преобразуют как в первом такте, в сигналы двоичного

81995

55 кола, которые также запоминают, в начале второго и последующих тактов, изменяют весовые коэффициенты масштабирования аналоговых сигналов обратной связи, одновременно аналоговые сигналы обратной связи суммируют со вторым вспомогательным эталонным сигналом и изменяют на величину этого суммарного сигнала все основные эталонные сигнал, общий аналоговый сигнал обратной связи образуют путем суммирования сигналов обратной связи с первым вспомо га тельным эталонным сигналом, причем в начале третьего и последующих тактов изменяют вспомогательные эталонные сигналы.

В этом способе параллельно-последовательного аналого цифрового преобразования за счет введения операций изменения весовых коэффициентов масштабиро20 вания аналоговых сигналов обратной свяoN и добавления вспомогательного сигнала, который суммируют с входным сигналом, причем одновременно смещают шкалы эталонных сигналов, уровень выходно25 го сигнала после усиления раэностного сигнала остается неизменным, если значение послецнего пропорционально половине кванта шкалы данного такта цреобразования. Иля ос альных значений разностэо ного сигнала уровень усиленного сигнала может изменяться в пределах только половины возможного диапазона изменения.

Таким образом, изменение усиленного сигнала при переходе к очередному такту преобразования в цва раза меньше анало- 35 гичного изменения усиленного сигнала в указанном известном способе.

При реализации этого способа такое пРивоцит к пропорци 40 ональному уменьшению времени выполнения в каждом такте аналого-цифрового преобразования, т. е. к повышению его быстродействия, причем последнее достигается без изменения коэффициентов уси«

45 ления аналоговых сигналов и без повышения точности выполнения операции сравне ния аналоговых сигналов с эталонными.

На фиг. 1 пана блок-схема трехтактного аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма .его работы.

Блок-схема содержит аналоговый вы» читатель 1, усилитель 2 с управляемым коэффициентом усиления, преобразователь считывания 3, блок эталонных сигналов

4, секционный регистр-счетчик 5, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (UAH) 6 и 7, блок управления 8, 3

4 блок. 9 формирования вспомогательнык эталонных сигналов, первый и второй блоки масштабирования 10 и 11, первый и второй аналоговые сумматоры 12 и 13, шину аналогового входа 1 1, интерфейсные входы-выходы 15 блока управления

8.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 16 - импульс исходного состояния, формируемый на. одном иэ выкоцов блока управления, по которому начинает" ся преобразование; 17 и 18 - сигналы на выходах первого и второго UAH 6 и

7; 18 - сигнал на выходе усилителя 21

20 и 21 - начальный и конечный уровни выходного сигнала усилителя 2 на первом такте преобразования; 22 и 23конкретный и максимально-возможный интервалы времени, в течение которых происходит изменение сигнала на выходе усилителя 2; 24 - выходные импульсы блока 8, по которым выполняется считывание коца с выхода преобразователя 3 в регистр-счетчик 5; 25 и 26максимально-возможные интервалы времени, в течение к оторых м о гут проис хо» дить изменения выходного сигнала уси« лителя во втором и третьем тактах преобразования; 27 - импульсы на интерфейсном выходе 15 блока 8, по которым разрешается. передача кода результата преобразова ния.

Аналого-цифровое преобразование в этом преобразователе выполняется следующим образом. Сначала блок управления

8 вырабатывает импульс исходного состояния 16, которым гасятся счетчик 6 и блок формирования вспомогательнык эталонных сигналов 9, а в усилителе 2 устанавливается наименьший коэффициент усиления К =1. Так как выкоцные сиг-. налы UAH 6 и 7 в этот момент равны нулю и отсутствует сигнал на выходе блока 9, то входной, сигнал усилителя 2, поступающий с выхода аналогового вычитателя 1, равен входному аналоговому сигналу, поцаваемому на первый вход вычитателя 1 по входной аналоговой шине

14. В результате этого на выходе усилителя 2 выходной сигнал начинает изменяться от предыдущего значения (уровень 20) и устанавливается через интервал времени 22 на уровне 21, который соответствует вкоцному аналоговому сигналу.

Выходной сигнал усилителя 2 подается на вход преобразователя считывания 3, в котором преобразуется в сигналы парал.— i

819953 лельного двоичного кода. После истечения интервала времени 23 с момента появления сигнала 16, по сигналу 24, поступающему из блока 8, производится считывание этого двоичного кода и запись его в старшие разряды регистра-счетчика 5.

Если значение zo()a, считанного с выкодов преобразователя 3, отличается от нулевого, то начинает изменяться выходной сигнал 17 первого LIAII 6, который через некоторый момент времени устанавливается на уровне, соответствующем с точностью данного такта преобразования, входному аналоговому сигналу.

Одновременно со считыванием К-„разрядного кода в регистр-счетчик 5 блок 8 начинает подготавливать второй такт преобразования. При этом в усилителе 2 ус.танавливается коэффициент усиления в

2 раэ больший, чем в первом такте, открываются входы для считывания кода с выходов преобразователя 3 в средние разряды регистра-счетчика 5, коэффициент масштабирования в блоке 10 устанавливается равным (1 - 1/2" ), а в блоке 9 устанавливаются следующие значения вспомогательных сигналов: первого (для смещения выходного сигнала усилителя 2)

Ц =ьд (4- г") 12 и второго (для смешения шкалы блока 4) 0 =ьА=2" "

2 где < A = Ас /2" - вант вкодного аналогового сиг нала, Аф - диапазон изменения входного анал огового си гнала

Начинает изменяться сигнал на выходе преобразователя 6, а за ним начинает из» меняться и сигнал на выходе усилителя 2.При указанных выше значениях коэффици» ента масштабирования и первого дополнительного эталонного сигнала максимально-возможное изменение сигнала на вых.оде усилителя 2 сокращается вдвое по сравнению с изменением аналогичного сигнала в преобразователе, выполненном на основе известного способа и содержа щем аналоговый вычитатель, соединенный выходом через усилитель с управляемым коэффициентом усиления и преобразователь считывания с входами регистра, выходы которого через цифроаналоговый пре

2$

50 повышается быстродействие преобразователя. г

Через интервал времени 25, определяемый временем установления сигнала на выходе усилителя 2 при переходе к вто,рому такту при его максимально возможном изменении на Аф /2, производится считывание кода с выходов преобразоваобразователь соединены с первым входом аналогового вычитателя, второй вход которого соединен с шиной аналогового входа, причем выходы блока управления соединены с управляющими входами упомянутого усилителя и регистра. действительно, предположим, что вкод- ной сигнал имеет значение ЬА(М1+1/2), где N1

10 Анап q с учетом масштабирования будет равен b, А N4 (1 - 1/2 ). Тогда к для установившегося значения А))- (1, II) сигнала на выкоде усилителя 2 при переходе от первого к второму такту преобразования и наличии сигнала обратной связи AOG А п2 Ц.„можно на» писать следующее выражение:

А (1 %) =(А „-А ) 2 фА ())„

>)П)ам„(-)р )= ьАИ-()2 ) д) >

= h,A (N 1. iä)

Таким образом, при указанных значениях входного аналогового сигнала и общего. сигнала обратнвй связи изменения i сигнала на выходе усилителя 2 не происходит.

В том случае, когда входной аналоговый сигнал отличается от значения АА" (N4+1/2), т. е. находится в пределах от

М1 6. А до (И.(+1/2 ) ЬА или от (М.1+1/2) аА по (й1+1) ЬА, то изменение выходного сигнала при переходе от первого к второму такту не будет превышать А9 /2.

При входном сигнале М1 jh,A или

){Й1,+1) d. А будет наибольшее изменение выходного сигнала усилителя 2. Это изменение для А фх=(Й1+1) ° (I),A будет равно А„(I П)макс= А (I,II)þñiêñ-(й„+1)аА"

1 1

2 2 2Ф

- 4 . к- - йьА= =A> — hA

2 т.. е. практически в два раза меньше, чем в указанном преобразователе, основанном на известном способе. Уменьше ние диапазона изменения выходного сигнала приводит к эквивалентному уменьше- нию максимально-возможного времени установления сигнала на выходе усилителя такту преобразования, следовательно

7 81995 теля 3 в средние K разрядов регистра

Л..

Следует заметить, что этот интервал времени несколько больше аналогичного интервала 23 первого такта, так как

S при изменении коэффициента усиления усилителя 2 в 2" раэ изменяется также и скорость изменения сигнала на выходе усилителя. Объясняется это тем, что реальные усилители эквиваленты РС-звену, в котором одновременно с увеличением коэффициента усиления увеличивается значение сопротивления Р, что приводит к увеличению постоянной времени такого звена. 15

При подготовке третьего такте преобразования блок 8 устанавливает коэффи2К циент усиления усилителя 2 равным 2 а также- формирует сигналы, управляющие изменением коэффициента масштабирова ния в блоках 10 и 11 и изменением ви ходных сигналов блока 9.

Для .сохранения изменения выходного сигнала усилителя 2, не превышающего величины Ag /2, также и при переходе 5 к третьему такту, значение первого вспо могательного эталонного сигнала устанав. ливается равным 1/2к (1 1/2к ) а.А, коэффициенты масштабирования в блоках

10 и 11 устанавливаются равными соответственно (1 — 1/2 ) и (1» 1/2К), в значении второго вспомогательного эталонного сигнала устанавливается равным, А (Як +1)

В случае, если входной сигнал имеет значение

В этих выражениях h.A - квант на первом такте преобразования; й„- значение кодов преобразования на каждом

j-м такте;1=1, 2,..... (j -1);

К вЂ” число параллельно получаемым разрядов кода в каждом такте преобразования.

Таким образом, в И -тактном параллельно-последовательном преобразователе, выполненном на основе рассмотренного способа, в котором обеспечивается формирование сигналов Аос и Асм в соот ветствии с вышепривеценными формулами, достигается уменьшение максимально-возможного изменения выходного сигнала усилителя 2 на каждом такте преобразования в два раза по сравнению с вышеуказанным преобразователем, основанным на известном способе преобразования.

Это эквивалентно почти такому же сокрашению времени выполнения каждого такта преобразования, т.. е. практически двухкратному повышению. быстродействия преобразования.

При этом реализация вновь введенных операций не требует использования более быстродействующих элементов и узлов, чем те, на которык выполняется указанный известный преобразователь.

Формула изобретения

Способ параллельно-последовательного аналого-цифрового преобразования заключающийся в том, что в первом так. где Ng — код, полученный во втором такте преобразования, то выходной сигнал. усилителя 2 при переходе к третьему такту не будет.изменяться, аналогично тому, как это имеет место при переходе ко второму такту при значении входного сигнала, равного

6 А(NH+1/2) .

Через интервал времени 26, равный максимальному времени установления сигнала на выходе усилителя 2, которое определяется новым значением постоянной времени, изменившейся (увеличившейся) с с изменением коэффициента усиления при переходе от второго к третьему такту преобразования, выполняется запись кода с выхоцов преобразователя 3 в млацшие

К - разряды регистра 5. На этом процесс трехтактового аналого-цифрового преобразования заканчивается, и код ре30

S0

3 зультата преобразования с выходов р»гистра 5 может быть передан в микропроцессор по соответствующему сигналу готовности резульrara преобразования, перецаваемого иэ блока 8 по одному из выходов 15.

B общем случае цля И;-тактового преобразования по предложенному способу справедливо следующее выражение для сигнала обратной связи Аос ..1-го преобразования . =аА(1-)(g

"ОС )

1 4

lX4"„./2 -)/2 ), 5=2,Ъ....И, Здесь коэффициенты при l1 - определяют

1 значение масштабирующих коэффициентов блоков масштабирования, а послецний член выражения - значение сигнала смещения на кажцом такте преобразования.

Сигнал смещения эталонных уровней сравнения Ас„„, формируемый блоком

13, в рассмотренном преобразователе определяется следующим выражением: т-4

Асщ -=iА(2 N„.+()-<)(-2"-4+1)g )). те входной аналоговый сигнал преобразуют путем сравнения с основными эталонными сигналами в сигналы двоичного

Kogà, которые запоминают, à во втором и последующих тактах сигналы этого кода преобразуют в аналоговые сигналы обратной связи, которые затем масштабируют и:суммируют, после чего из входного аналогового сигнала вычитают общий аналоговый сигнал обратной связи, этот разностный сигнал усиливают и преобразуют, как в первом такте., в сигналы двоичного кода, которые также запоминают, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия аналого-цифрового преобразования, в начале второго и последующих тактов изменяют весовые коэффициенты масшта0953 10 бирования аналоговых сигналов обратной связи, одновременно аналоговые сигналы обратной связи суммируют со вторым вспомогательным эталонным сигналом и изменяют на величину этого суммарного сигнала все основные эталонные сигналы, общий аналоговый сигнал обратной связи, образуют путем суммирования сигналов обратной связи с первым вспомогательным

lO эталонным сигналом, причем, в начале третьего и последующих тактов изменяют вспомога тельные эталонные си гналы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15 1. Петров Г. М. Преобразование инфор- мации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах, М.; Машино- строение, 1973, с. 247 (прототип).

819953

Z7

Составитыь. Л. Беляева

Редактор E. Гончар Гехред H.Áàáóðêà Корректор Л. Иван

Заказ 1261/35 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

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