FR2497616A1 - Offset dither digital generator - has counter incremented for each repetition of analogue signal to be digitised, with counter output connected to D=A converter - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a trait au domaine des convertisseurs analogiques-numériques et plus particulièrement à un appareil et un procédé pour améliorer la précision et la résolution, ou pouvoir séparateur, d'un indicateur numérique. The present invention relates to the field of analog-digital converters and more particularly to an apparatus and a method for improving the precision and resolution, or separating power, of a digital indicator.
Au cours du processus de convertion de signaux analogiques en signaux numériques, certaines erreurs sont introduites dans le signal numérique de sortie. Des sources-type d'erreurs sont les erreurs bien connues dites de suppression, les erreurs de facteur de proportionalité, les erreurs de linéarité et de non-monotonicité. Une autre source d'erreur concerne le processus de quantification proprement dit. During the process of converting analog signals to digital signals, certain errors are introduced into the digital output signal. Typical sources of errors are the well-known suppression errors, proportionality factor errors, linearity and non-monotonicity errors. Another source of error concerns the quantification process itself.
Connue sous le nom d'erreur de quantification, cette erreur se produit lorsqu'on applique un signal continu à un dispositif quantificateur. Le signal continu est quantifié en le compartimentant en gammes discrètes. Toutes les valeurs analogiques qui se trouvent dans une gamme déterminée sont représentées par le même code numérique, qui correspond à une valeur d'entrée analogique de gamme nominale intermédiaire. Known as a quantization error, this error occurs when a continuous signal is applied to a quantizer. The continuous signal is quantified by compartmentalizing it into discrete ranges. All the analog values which are in a determined range are represented by the same digital code, which corresponds to an analog input value of intermediate nominal range.
Un point de coupure, désigné en n, est défini comme étant la tension d'entrée analogique à laquelle il est également probable que le code de sortie numérique sera soit n, soit n + 1. Par conséquent, il existe une erreur inhérente de quantification de - bit moins significatif (BMS) dans le processus de conversion analogique-numérique. Des méthodes antérieures visant à réduire cette tension d'erreur comportent l'accroissement du nombre de bits dans le code de sortie. A cutoff point, designated at n, is defined as the analog input voltage at which it is also likely that the digital output code will be either n or n + 1. Therefore, there is an inherent quantization error less significant bit (BMS) in the analog-to-digital conversion process. Previous methods of reducing this error voltage have involved increasing the number of bits in the output code.
Suivant la présente invention, un générateur de vibrations numériques produit une séquence d'états de vibration. Cette séquence d'états de vibration est transformée en tensions analogiques qui sont additionnées avec un signal analogique d'entrée avant que celui-ci soit transformé en un signal numérique par un quantificateur. Les états de vibration comportent deux caractéristiques exceptionnelles. La première est un schéma d'inversion de bit dans lequel la même séquence d'états de vibration est utilisée pour obtenir une résolution maximale du quantificateur. La seconde caractéristique réside dans l'inclusion d'un composant de vibration qui soit égal à l'équivalent analogique d'un nombre entier de BMS afin d'améliorer statistiquement la précision du quantificateur. In accordance with the present invention, a digital vibration generator produces a sequence of vibration states. This sequence of vibration states is transformed into analog voltages which are added with an analog input signal before it is transformed into a digital signal by a quantizer. Vibration states have two exceptional characteristics. The first is a bit inversion scheme in which the same sequence of vibration states is used to obtain maximum resolution of the quantizer. The second characteristic resides in the inclusion of a vibration component which is equal to the analog equivalent of an integer number of BMS in order to statistically improve the accuracy of the quantizer.
Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un moyen pour améliorer la précision d'un quantificateur. Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a means for improving the accuracy of a quantizer.
Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un moyen permettant d'améliorer la résolution d'un quantificateur. Another object of the present invention is to provide a means for improving the resolution of a quantizer.
L'invention, pour ce qui concerne tant son organisation que la méthode opérationnelle, ainsi que d'autres avantages et buts qui la caractérisent, sera mieux comprise si l'on se réfère à la description qui suit et au dessin annexé, donné à titre d'exemple. Toutefois, il est entendu que le mode de réalisation décrit ne vise nullement à limiter l'invention, car il n'est donné qu'à titre d'illustration pour permettre aux spécialistes dans l'art d'en comprendre totalement les principes et le mode d'ap plication dans un cas pratique déterminé, ce qui permet d'y apporter des modifications sans s'écarter desdits principes. The invention, with regard to both its organization and the operational method, as well as other advantages and aims which characterize it, will be better understood if reference is made to the description which follows and to the appended drawing, given by way of example. However, it is understood that the embodiment described in no way aims to limit the invention, because it is given only by way of illustration to allow those skilled in the art to fully understand the principles and the mode of application in a specific practical case, which allows modifications to be made without departing from said principles.
L'unique Figure du dessin annexé montre un schéma synoptique d'une disposition de circuit destinée à améliorer la précision et la résolution d'un indicateur numérique suivant la présente invention. The single Figure of the appended drawing shows a block diagram of a circuit arrangement intended to improve the precision and the resolution of a digital indicator according to the present invention.
Si l'on se réfère maintenant à l'unique Figure du dessin, on voit que le signal analogique que l'on doit convertir en signal numérique ou digital est introduit dans le système par une ligne d'entrée ioe qui l'applique à l'amplificateur sommateur ou additionneur 50. Ce signal d'entrée est également appliqué à un générateur 10 de signaux d'horloge qui engendre effectivement une impulsion d'horloge à la fin de chaque période répétitive du signal d'entrée. La sortie du générateur d'impulsions d'horloge 10 est appliquée à l'entrée d'horloge (CK) du compteur 30. If we now refer to the single Figure of the drawing, we see that the analog signal which must be converted into digital or digital signal is introduced into the system by an input line ioe which applies it to the summing amplifier or adder 50. This input signal is also applied to a generator 10 of clock signals which effectively generates a clock pulse at the end of each repetitive period of the input signal. The output of the clock pulse generator 10 is applied to the clock input (CK) of the counter 30.
Le compteur 30 reçoit également une impulsion de remise à zéro par la ligne d'entrée 20. L'impulsion de remise à zéro est appliquée à l'entrée de remise à zéro du compteur 3G de façon à permettre le démarra- ge du système. Cette impulsion de remise à zéro peut entre engendrée par un phénomène extérieur au système de numération ou de chiffrage, par exemple une séquence de mise en circuit. Le compteur 30 peut être par exemple un compteur classique à sortie binaire. on n'a représenté un compteur à cinq bits de type classique que dans un but explicatif.Dans le circuit représenté, la sortie QG est celle aU B.NE (bit le moins significa- tif), tandis que la sorte 24 est celle du BPS (bit le plus significatIf) du mot de sortie du compteur. The counter 30 also receives a reset pulse by the input line 20. The reset pulse is applied to the reset input of the 3G counter so as to allow the system to start up. This reset pulse can be caused by a phenomenon external to the numbering or encryption system, for example a circuiting sequence. The counter 30 can for example be a conventional counter with binary output. a classic five-bit counter has only been shown for explanatory purposes. In the circuit shown, the HQ output is that at AU B.NE (least significant bit), while the sort 24 is that of the BPS (most significant bit) of the counter output word.
Les sorties du compteur 30 sont reliées directement aux entrées des données du convertisseur numérique-analogique 40 (CNA). Ce convertis- seur CNA 4C peut être de tout type disponible dans le commerce, et le nombre de sorties qu'il comporte doit correspondre, naturellement, au nombre de bits du mot de sortie du compteur 3C. Par conséquent, on a représenté un C de 5 bits. La sortie de ce convertisseur C 40 est appliquée à une entrée d'un dispositif additionneur 50 dont 1 'autre sortie reçoit le signal analogique d'entrée original. Le dispositif additionneur 50 peut comporter un amplificateur opérationnel, un réseau résistif, ou des composants similaires. The outputs of the counter 30 are connected directly to the data inputs of the digital-analog converter 40 (DAC). This DAC converter 4C can be of any type commercially available, and the number of outputs which it comprises must naturally correspond to the number of bits of the output word of the counter 3C. Therefore, a 5-bit C is shown. The output of this converter C 40 is applied to an input of an adder device 50, the other output of which receives the original analog input signal. The adder device 50 may include an operational amplifier, a resistive network, or similar components.
La sortie de l'amplificateur additionneur 50 est appliquée à l'entrée d'un indicateur ou chiffreur de forme d'onde 60. Ce dernier peut être constitué par n'importe quel indicateur de forme d'onde de type classique, comportant un quantificateur, un générateur d'impulsions d'horloge et des accumulateurs appropriés destinés à accumuler précisément des échantillons successifs du signal quantifié. Dans un but uniquement d'illustration, on a utilisé un quantificateur à 8-bits dans l'indicateur de forme d'onde 60. The output of the adder amplifier 50 is applied to the input of a waveform indicator or coder 60. The latter can be constituted by any waveform indicator of conventional type, comprising a quantizer , a clock pulse generator and suitable accumulators for precisely accumulating successive samples of the quantized signal. For illustrative purposes only, an 8-bit quantizer was used in the waveform indicator 60.
Ce dernier affiche l'erreur de quantification mentionnée plus haut, soit h BMS. Le quantificateur à 8 bits proposé à titre d'exemple non-limitatif fonctionne sous une tension maximale d'entrée de 10 Volts. Dans un tel quantificateur, l'équivalent analogique d'entrée analogique en BMS du mot numérique de sortie est de 39,1 millivolts.The latter displays the quantization error mentioned above, ie h BMS. The 8-bit quantizer proposed as a non-limiting example operates at a maximum input voltage of 10 Volts. In such a quantifier, the analog input analog input in BMS of the digital output word is 39.1 millivolts.
Les lignes de sortie du compteur 30 sont reliées aux entrées du CN 40 de telle sorte que ce dernier produit des tensions de sortie conformément au Tableau ci-apres
Etat du compteur Sortie du CNA (en millivolts)
00000 0
00001 19,5 - F BMS
00010 9,8 - 1/4 BMS
00011 29,3 - 3/4 BMS
00100 4,9 - 1/8 BMS
00101 24,4 - 5/8 BMS
001io 14,7 - 3/8 BMS
00111 33,6 - 7/8 BMS
01000 78,2 - 2 BMS
01001 97,7 - 2 h BMS
01010 88,0 - 2 1/4 BMS
01011 107,5 - 2 3/4 BMS
01100 83,1 - 2 1/8 BMS
01101 102,6 - 2 5/8 BMS
01110 92,9 - 2 3/8 BMS
01111 111,8 - 2 7/8 BMS
10000 39,1 - 1 BMS
10001 58,6 - 1 4 BMS
10010 48,9 - 1 1/4 BMS
10011 68,4 - 1 3/4 BMS
10100 44,0 - 1 1/8 BMS
10101 63,5 - 1 5/8 BMS
10110 53,8 - 1 3/8 BMS
10111 72,7 - 1 7/8 BMS
11000 117,3 - 3 BMS
11001 136,8 - 3 e BMS
11010 127,1 - 3 1/4 BMS
11011 146,6 - 3 3/4 ssMS
11100 122,2 - 3 1/8 BMS
11101 141,7 - 3 5/8 BMS
11110 132,0 - 3 3/8 BMS
11111 150,9 - 3 7/8 BMS
Après avoir reçu une impulsion de remise à zéro, le compteur 30 se retrouve dans son état initial (00000). Au terme de chaque période de répétition du signal analogique continu d'entrée, une impulsion d'horloge est engendrée par le générateur de signaux d'horloge 10. Cette impulsion d'horloge est appliquée à l'entrée d'horloge du compteur binaire 30 qui produit les 32 états de compteur représentés dans le tableau ci-dessus.The output lines of the counter 30 are connected to the inputs of the CN 40 so that the latter produces output voltages in accordance with the table below.
Counter status DAC output (in millivolts)
00000 0
00001 19.5 - F BMS
00010 9.8 - 1/4 BMS
00011 29.3 - 3/4 BMS
00100 4.9 - 1/8 BMS
00101 24.4 - 5/8 BMS
001io 14.7 - 3/8 BMS
00111 33.6 - 7/8 BMS
01000 78.2 - 2 BMS
01001 97.7 - 2 h BMS
01010 88.0 - 2 1/4 BMS
01011 107.5 - 2 3/4 BMS
01100 83.1 - 2 1/8 BMS
01101 102.6 - 2 5/8 BMS
01110 92.9 - 2 3/8 BMS
01111 111.8 - 2 7/8 BMS
10,000 39.1 - 1 BMS
10001 58.6 - 1 4 BMS
10010 48.9 - 1 1/4 BMS
10011 68.4 - 1 3/4 BMS
10 100 44.0 - 1 1/8 BMS
10101 63.5 - 1 5/8 BMS
10110 53.8 - 1 3/8 BMS
10111 72.7 - 1 7/8 BMS
11000 117.3 - 3 BMS
11001 136.8 - 3 rd BMS
11010 127.1 - 3 1/4 BMS
11011 146.6 - 3 3/4 ssMS
11100 122.2 - 3 1/8 BMS
11101 141.7 - 3 5/8 BMS
11 110 132.0 - 3 3/8 BMS
11111 150.9 - 3 7/8 BMS
After receiving a reset pulse, the counter 30 returns to its initial state (00000). At the end of each repetition period of the continuous analog input signal, a clock pulse is generated by the clock signal generator 10. This clock pulse is applied to the clock input of the binary counter 30 which produces the 32 counter states shown in the table above.
Chaque répétition du signal d'entrée détermine une sortie individuelle discrète du convertisseur numérique-analogique 40. On peut constater d'après ce tableau que la sortie du convertisseur CNA 40 est amenee à passer par 32 états de vibration, chacun desquels est progressivement ajouté au signal d'entrée avant le processus de quantification de 8 bits qui se déroule dans l'indicateur ou chiffreur de forme d'onde 60.Each repetition of the input signal determines a discrete individual output of the digital-analog converter 40. It can be seen from this table that the output of the DAC converter 40 is caused to pass through 32 vibration states, each of which is gradually added to the input signal before the 8-bit quantization process that takes place in the waveform indicator or coder 60.
On comprendra plus clairement le fonctionnement du circuit suivant la présente invention si l'on se réfère à l'unique Figure du dessin annexé au cours de la lecture de la présente description. Le compteur est remis à zéro par un moyen extérieur quelconque (non représenté) et sa sortie reprend son état initial (00000). La répétition initiale du signal analogique est additionnée à la sortie du convertisseur cNA 40, qui est à zéro à cet instant, et chiffrée par le chiffreur ou indicateur de forme d'onde 60. Bien entendu, ce processus devrait produire un signal numérique de sortie basé sur la résolution et la précision du quantificateur à huit bits dudit indicateur ou chiffreur de forme d'onde 60. We will understand more clearly the operation of the circuit according to the present invention if we refer to the single Figure of the accompanying drawing during the reading of this description. The counter is reset to zero by any external means (not shown) and its output returns to its initial state (00000). The initial repetition of the analog signal is added to the output of the cNA converter 40, which is zero at this time, and encrypted by the encryptor or waveform indicator 60. Of course, this process should produce a digital output signal based on the resolution and accuracy of the eight-bit quantizer of said waveform indicator or encoder 60.
Ainsi, on a l'expression (A]
(D0] , où A désigne la séquence initiale des valeurs analogiques d'entrée et Do la séquence initiale des valeurs de sortie. Au terme de la première répétition du signal analogique d'entrée, le générateur 10 de signaux d'horloge engendre effectivement un signal d'horloge et l'applique au compteur binaire 30.So, we have the expression (A]
(D0], where A denotes the initial sequence of analog input values and D denotes the initial sequence of output values. At the end of the first repetition of the analog input signal, the generator 10 of clock signals effectively generates a clock signal and applies it to the binary counter 30.
La sortie de ce dernier augmente d'une unité pour passer à 00001. Comme le montre le tableau ci-dessus, le convertisseur numérique-analogique 40 transforme cette sortie de compteur en un équivalent analogique de h BMS du quantificateur du circuit. Cette valeur analogique est additionnée au signal analogique d'entrée dans l'additionneur 50 pour former la séquence CA + h 3MS) .Cette séquence est convertie en valeurs numériques afin de fournir la séquence numérique [D1] . Les séquences FD0i et tD13 peuvent être ajoutées l'une à l'autre pour constituer une nouvelle séquence D0+1]
L'effet produit par le processus ci-dessus réside essentiellement dans le fait qu'il double la résolution ou la définition du quantificateur à huit bits. On peut prouver, par une manipulation mathématique appropriée, que la nouvelle séquence tDC+13 est égale à la sortie numérique produite par un quantificateur à neuf bits fonctionnant sur la séquence analogique (A + 1/4 BMS .Le quantificateur possède maintenant 512 (29)
8 au lieu de 256 (2 ) niveaux de quantification efficace. Par conséquent, cette résolution a été doublée. Si cette séquence est répétée plusieurs fois, la sortie du quantificateur sera égale à la quantification à 10-bits de l'entrée analogique (A + 3/8 BMSJ . Il s'ensuit qu'après un nombre déterminé de répétitions (2R) le nombre de niveaux de quantification effective (Q) sera le suivant 2 2(M+R) (1)
où M = nombre de bits du quantificateur
R = exposant de la puissance de deux, égale au nombre de répétitions.The output of the latter increases by one unit to go to 00001. As shown in the table above, the digital-analog converter 40 transforms this counter output into an analog equivalent of h BMS of the quantizer of the circuit. This analog value is added to the analog input signal in adder 50 to form the sequence CA + h 3MS). This sequence is converted into digital values in order to provide the digital sequence [D1]. The FD0i and tD13 sequences can be added to each other to constitute a new D0 + 1 sequence]
The effect produced by the above process is essentially that it doubles the resolution or definition of the eight-bit quantizer. It can be proved, by appropriate mathematical manipulation, that the new sequence tDC + 13 is equal to the digital output produced by a nine-bit quantizer operating on the analog sequence (A + 1/4 BMS. The quantizer now has 512 (29 )
8 instead of 256 (2) effective quantification levels. Therefore, this resolution has been doubled. If this sequence is repeated several times, the output of the quantizer will be equal to the 10-bit quantization of the analog input (A + 3/8 BMSJ. It follows that after a determined number of repetitions (2R) the number of effective quantification levels (Q) will be as follows 2 2 (M + R) (1)
where M = number of bits of the quantizer
R = exponent of the power of two, equal to the number of repetitions.
Par exemple, dans un mode préféré de réalisation, la séquence ci-dessus est répétée huit fois pour donner
Répétitions = 2R
8 = 2R
R=3
Ainsi, le nombre de niveaux de quantification effective est le suivant
Q = 2 (M+R)
Q = 2 (8+3)
Q = 211
Par conséquent, le quantificateur original à 8 bits possède désormais la résolution effective d'un quantificateur à 11 bits. De mime, l1er- reur de quantification a été réduite de 9 BMS d'un quantificateur à 8 bits à
(1 - 2 ) BMS (2)
La présente invention compense également des erreurs survenant dans l'emplacement de chacun des points de coupure dans le quantificateur.For example, in a preferred embodiment, the above sequence is repeated eight times to give
Repetitions = 2R
8 = 2R
R = 3
So the number of effective quantification levels is as follows
Q = 2 (M + R)
Q = 2 (8 + 3)
Q = 211
As a result, the original 8-bit quantizer now has the effective resolution of an 11-bit quantizer. Similarly, the quantization error was reduced by 9 BMS from an 8-bit quantizer to
(1 - 2) BMS (2)
The present invention also compensates for errors occurring in the location of each of the cut points in the quantizer.
Par exemple, le premier point de coupure peut ne pas se produire à exactement + 4 BMS ou les différences entre des oo nts de coupure peuvent ne pas être égales ou changer de façon uniforme. La présente invention compense la séquence de vibrations sus-indiquée par des multiples entiers d'un BMS.On peut constater cela d'après le Tableau 1 où, après les huit premières répétitions, les huit répétitions suIvantes sont compensées par deux BMS, les huit suivantes sont ensuite compensées par 1 BMS et les dernières huit répétitions sont compensées par 3 PMS. Ainsi, dans le mode préféré de réalisation que montre l'unique Figure du dessin annexé, les erreurs d'emplacement des quatre points adjacents de coupure sont pesés ensemble dans la combinaison des 32 séquences numériques engendrées par le quantificateur. En supposant que les erreurs de points de coupure sont réparties au hasard, l'erreur efficace sera réduite par un facteur égal à la racine carrée du nombre de points de coupure traversés par le sigr.al compensé. Ainsi, dans l'exemple ci-dessus les erreurs sont réduites d'un facteur de 2.For example, the first cut point may not occur at exactly + 4 BMS or the differences between cut points may not be equal or change uniformly. The present invention compensates for the above-mentioned vibration sequence by integer multiples of a BMS. This can be seen from Table 1 where, after the first eight repetitions, the next eight repetitions are compensated by two BMS, the eight following are then compensated by 1 BMS and the last eight repetitions are compensated by 3 PMS. Thus, in the preferred embodiment shown in the single Figure of the appended drawing, the location errors of the four adjacent cut-off points are weighed together in the combination of the 32 digital sequences generated by the quantizer. Assuming that the cut point errors are randomly distributed, the effective error will be reduced by a factor equal to the square root of the number of cut points crossed by the compensated sigr.al. Thus, in the example above the errors are reduced by a factor of 2.
On remarquera dans la description qui précède que celle-ci n'a pas été surchargée par l'inclusion de grandes quantités de détails et d'informations concernant des sujets tels que la disposition des circuits, la temporisation, et similaires, attendu que de tels renseignements sont bien connus des spécialistes dans l'art. Par conséquent, il apparaîtra clairement à ces derniers que l'on peut apporter de nombreux changements et modifications au mode particulier de réalisation de l'invention qui a été décrit plus haut, sans s'écarter cependant des principes de base de l'invention, prise dans son aspect le plus large. It will be noted in the foregoing description that it has not been overloaded by the inclusion of large amounts of detail and information relating to subjects such as circuit layout, timing, and the like, since such information is well known to those skilled in the art. Consequently, it will be clear to the latter that many changes and modifications can be made to the particular embodiment of the invention which has been described above, without however departing from the basic principles of the invention, taken in its broadest aspect.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8100421A FR2497616A1 (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Offset dither digital generator - has counter incremented for each repetition of analogue signal to be digitised, with counter output connected to D=A converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8100421A FR2497616A1 (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Offset dither digital generator - has counter incremented for each repetition of analogue signal to be digitised, with counter output connected to D=A converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2497616A1 true FR2497616A1 (en) | 1982-07-09 |
FR2497616B1 FR2497616B1 (en) | 1983-07-08 |
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ID=9254039
Family Applications (1)
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FR8100421A Granted FR2497616A1 (en) | 1981-01-07 | 1981-01-07 | Offset dither digital generator - has counter incremented for each repetition of analogue signal to be digitised, with counter output connected to D=A converter |
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FR (1) | FR2497616A1 (en) |
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EP0184398A3 (en) * | 1984-12-03 | 1988-06-22 | Rca Licensing Corporation | Analog-to-digital conversion |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2497616B1 (en) | 1983-07-08 |
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