DE3240175A1 - ADAPTIVE ANALOG / DIGITAL CONVERTER SYSTEM - Google Patents
ADAPTIVE ANALOG / DIGITAL CONVERTER SYSTEMInfo
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Description
RCA 75993/Sch/Ro.
US-Ser.No. 316,658
AT: 30. Oktober 1981RCA 75993 / Sch / Ro.
US Ser. No. 316.658
AT: October 30, 1981
RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Adäptives AnalOg/Digital-Konvertersystem. RCA Corporation, New York , NY (V.St.A.) Adaptive Analog / Digital Converter System.
Die Erfindung bezieht sich auf die Abschätzung eines Analogsignals, welches dem Eingang eines Analog/Digital-Konverters (A/D-Konverter) in Form der hohen und niedrigen Pegelgrenzen, auf die der Konverter reagiert, zugeführt wird, wobei die Amplitude des Analogsignals (gemessen durch die Maximal- und Minimalwerte des Signals) sich zeitlich ändern kann. Die Erfindung eignet sich insbesondere für ein System, wo die Amplitude des Analogsignals oder der Mittelwert seiner Maximal- und Minimalpegel· (nachfolgend als mittlerer Gleichspannungspegel oder einfach Gleichspannungspegel· bezeichnet) oder auch beide hinsichtiich der Grenzen eines A/D-Konvertereingangs eingesteht werden durch Regelung eines regelbaren Verstärkers oder einer Gleichspannungspegel·regel·schal·tung (oder beider), weiche ein zugeführtes anaioges Eingangs-The invention relates to the estimation of an analog signal which is sent to the input of an analog / digital converter (A / D converter) in the form of the high and low level limits to which the converter reacts, supplied where the amplitude of the analog signal (measured by the maximum and minimum values of the signal) can change over time. The invention is particularly suitable for a system where the amplitude of the analog signal or the mean value of its maximum and minimum levels · (hereinafter referred to as the mean DC voltage level or simply referred to as DC voltage level) or both with regard to the limits of an A / D converter input are admitted by regulating a controllable amplifier or a DC voltage level regulating circuit (or both), soft a supplied analog input
signal durchläuft, ehe es zum Konverter gelangt.signal passes through before it reaches the converter.
Ein A/D-Konverter erzeugt über eine beobachtete zeitliche Länge eines Analogsignals Digitalwörter, deren Werte die Amplituden von Abtastwerten des analogen Eingangssignals darstellen, die über diese zeitliche Länge genommen wurden. Idealerweise ändern sich die Bereiche der Amplitude und des mittleren Gleichspannungspegels eines Analogsignals zeitlich nicht, und der Konverter ist so ausgelegt, daß die abgetasteten Amplituden des erwarteten Analogsignals innerhalb der Ober- und Untergrenzen des Konvertereingangsbereiches liegen (also hierauf abgestimmt sind) und daß beispielsweise die Mitte zwischen Ober- und Untergrenze des Bereiches bei dem erwarteten mittleren Gleichspannungspegel des Analogsignals liegt. Unter diesen Bedingungen braucht der Konverter kein digitales Wort eines Wertes (beispielsweise lauter Nullen oder lauter Einsen) zu erzeugen, um einen Analogsignalabtastwert wiederzugeben, der unter oder über der Grenze des Konvertereingangsbereiches liegt.An A / D converter generates over an observed time Length of an analog signal Digital words whose values represent the amplitudes of samples of the analog input signal represent that were taken over this length of time. Ideally, the ranges of amplitude and change of the mean DC voltage level of an analog signal does not temporally, and the converter is designed so that the sampled amplitudes of the expected analog signal within the upper and lower limits of the converter input range lie (i.e. are coordinated with this) and that, for example, the middle between the upper and lower limit of the range lies at the expected mean DC voltage level of the analog signal. Under these conditions the converter does not need a digital word of a value (for example all zeros or all ones) to represent an analog signal sample that is below or above the limit of the converter input range lies.
Ein Vorschlag zur Einstellung der Analogsignalamplitude in einem nichtidealen System zur Anpassung des Analogsignals an eine der Grenzen des Signalbereiches, auf welchen der A/D-Konverter anspricht, findet sich in der US-PS 3 947 806 (Erfinder: Corkhill et al, ausgegeben am 30. März 1976). In diesem Patent ist ein A/D-Konverter mit einer automatischen Verstärkungsregelschaltung beschrieben, welche nach oben oder unten die Amplitude des dem A/D-Konverter zugeführten Analogsignals in Übereinstimmung mit dem Wert des höchststelligen Bits der vom A/D-Konverter erzeugten Wörter einstellt. Dieses System paßt zwar die Maximalamplitude des Analogsignals der oberen Grenze des Eingangsbereiches des Konverters an, jedoch ist es nicht in der Lage, die Amplitude desA proposal for setting the analog signal amplitude in a non-ideal system for adapting the analog signal to one of the limits of the signal range which the A / D converter responds can be found in US Pat. No. 3,947,806 (inventor: Corkhill et al., issued on March 30, 1976). This patent describes an A / D converter with an automatic gain control circuit, which up or down the amplitude of the analog signal fed to the A / D converter in accordance with the value of the most significant bit of the words generated by the A / D converter. This system admittedly adapts the maximum amplitude of the analog signal to the upper limit of the input range of the converter, however, it is unable to measure the amplitude of the
Analogsignals zu vergrößern, wenn lückenlos auftretende Maxima in der Analogsignalamplitude unter die Untergrenze des Eingangsbereiches des Konverters fallen. Weiterhin spricht das in dieser Patentschrift beschriebene System auf jedes Digitalwort maximalen Wertes (welches von einem Analogsignalabtastwert, dessen Amplitude gleich oder größer als die Obergrenze des Konvertereingangsbereiches ist) abgeleitet ist, an, so daß die Verstärkungsregelschaltung auf jeden einzelnen Analogsignalabtastwert reagiert, der gleich oder größer als die Obergrenze des Eingangsbereichs des Konverters ist. Weiterhin sind bei diesem System keine Maßnahmen zur Regelung des mittleren Gleichspannungspegels des dem A/D-Konverter zugeführten Analogsignals vorgesehen.Increase the analog signal if there are no gaps Maxima in the analog signal amplitude fall below the lower limit of the input range of the converter. Farther the system described in this patent speaks to each digital word of maximum value (which of a Analog signal sample whose amplitude is equal to or greater than the upper limit of the converter input range is) derived, so that the gain control circuit on each individual analog signal sample that is equal to or greater than the upper limit of the input range of the converter. Furthermore are at this system does not take any measures to regulate the mean DC voltage level of the A / D converter supplied Analog signal provided.
Bei den hier angestellten Betrachtungen können die Werte der von einem Ä/D-Konverter erzeugten Digitalwörter auf ein Minimum (also lauter Nullen) abfallen oder auf ein Maximum (lauter Einsen) ansteigen, wenn die mittlere Amplitude des Analogsignals nicht den Grenzen des Eingangs des A/D-Konverters angepaßt ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Bemessung der Amplitude des Analogsignals im Hinblick auf die bekannten Unter- und Obergrenzen des Signalbereiches, auf welchen der A/D-Konverter reagiert, durch Bemessung der Werte der vom A/D-Konverter erzeugten Digitalwörter. Eine solche Bemessung erlaubt ihrerseits die Einstellung der Amplitude oder des mittleren Gleichspannungspegels (oder beider) des Analogsignals.In the considerations made here, the values of the digital words generated by an A / D converter can be a minimum (i.e. all zeros) fall or rise to a maximum (all ones) if the middle The amplitude of the analog signal is not adapted to the limits of the input of the A / D converter. The task of Invention consists in a dimensioning of the amplitude of the analog signal with regard to the known lower and lower Upper limits of the signal range to which the A / D converter reacts by measuring the values of the A / D converters generated digital words. Such a dimensioning in turn allows the amplitude to be adjusted or the mean DC voltage level (or both) of the analog signal.
Mehr formal ausgedrückt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bemessung der Amplitude und/oder des Grundpegels, die in einer gegebenen zeitlichen Länge des Analogsignals auftreten, wobei die Bemessung hinsichtlich der unteren und oberen Pegelgrenzen des ArbeitsbereichesExpressed more formally, the invention relates to a method for measuring the amplitude and / or the base level, which occur in a given length of time of the analog signal, the dimensioning with regard to the lower and upper level limits of the working range
eines A/D-Konverters erfolgt, dem das Analogsignal zugeführt wird. Wie beim Stande der Technik benutzt das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt der Feststellung des Auftretens eines Digitalwortes, während der gegebenen zeitlichen Länge, dessen Wert eine der Grenzen des A/D-Konverters darstellt, innerhalb einer Serie von Digitalwörtern, die während der gegebenen zeitlichen Länge von dem A/D-Konverter erzeugt wird.an A / D converter to which the analog signal is fed. As in the prior art, the invention uses The method includes the step of determining the occurrence of a digital word during the given time length, the value of which represents one of the limits of the A / D converter, within a series of digital words, which is generated by the A / D converter during the given length of time.
Erfindungsgemäß umfaßt dieser FeststellungsschrittAccording to the invention, this includes determining step
(a) die Feststellung innerhalb der gegebenen zeitlichen Länge sowohl(a) the finding within the given length of time both
(i) ein Auftreten einer ersten Anzahl von Digitalwörtern innerhalb der Serie, die einen ersten Wert haben (beispielsweise lauter Einsen), welcher die Obergrenze des Ansprechbereichs des A/D-Konverters darstellt, wobei die erste Anzahl gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist, und(i) an occurrence of a first number of digital words within the series that have a first value (for example all ones), which represents the upper limit of the response range of the A / D converter, where the first number is equal to or greater than a first threshold value, and
(ii) das Auftreten einer zweiten Anzahl von Digital-Wörtern innerhalb der Serie, welche einen zweiten Wert haben (hier lauter Nullen), welcher die üntergrenze des Ansprechbereichs des A/D-Konverters darstellt, wobei diese zweite Anzahl gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, so daß(ii) the occurrence of a second number of digital words within the series that have a second value have (here all zeros), which represents the lower limit of the response range of the A / D converter, where this second number is equal to or greater than a second threshold value, so that
(b) am Ende der gegebenen zeitlichen Länge das festgestellte erste oder zweite Auftreten die gewünschte Bemessung des Analogsignals ergeben.(b) at the end of the given length of time, the determined first or second occurrence, the desired dimension of the analog signal.
Das erfindungsgemäße Bemessungsverfahren für Analogsignale kann bei einem Verstärkungsregelverfahren zur Modifizierung der Analogsignalamplitude oder seines Gleichspannungspegels benutzt werden zur Einstellung der Grenzen des Analogsignals, so daß es zu den Ober- und Untergrenzen des A/D-Konverters paßt, oder zur Einstellung des Gleich-Spannungspegels des Analogsignals auf einen gewünschten Punkt innerhalb der Eingangsbereichsgrenzen des A/D-Konverters .The dimensioning method according to the invention for analog signals can be used in a gain control method to modify the analog signal amplitude or its DC voltage level to set the limits of the Analog signal so that it matches the upper and lower limits of the A / D converter, or for setting the DC voltage level of the analog signal to a desired point within the input range limits of the A / D converter .
In den beiliegenden Zeichnungen zeigenShow in the accompanying drawings
Fig» 1 das elektrische Blockschaltbild eines Analog/ Digital-Konvertersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; undFig »1 shows the electrical block diagram of an analog / Digital converter system according to a preferred embodiment the invention; and
Fig. 2 und 3 Tabellen zur Erläuterung der Betriebsweise einiger Schaltungsgruppen des in Fig, 1 dargestellten A/D-Konverters.- "FIGS. 2 and 3 are tables for explaining the mode of operation of some circuit groups of the one shown in FIG A / D converter. "
Gemäß Fig. 1 wird an einem Eingangsanschluß 14 einer üblichen A/D-Konverterschaltung 12 ein Eingangssignal S zugeführt. Beispielsweise kann der A/D-Konverter 12 eine 6-Bit-Einheit sein, die an ihrem Äusgangsanschluß 0, der mit dem Systemausgangsanschluß 16 verbunden ist, 6-Bit-Wörter liefert, die einen Bereich von lauter Nullen für ein Eingangssignal von weniger als 11 mV bis zu lauter Einsen für ein Eingangssignal von 700 mV überstreichen. Der A/D-Konverter 12 ist über ein mehradriges Kabel (mindestens sechs) mit einem Oberspitzen-Detektor und einem Unterspitzen-Detektor 20 verbunden. Das mehradrige Kabel ist durch einen die Leitung kreuzenden Schrägstrich 22 symbolisiert. Mit einem Takteingang C jeweils des A/D-Konverters 12, des Oberspitzen-Detektors 18 und des Unterspitzen-Detektors 20 ist eine Taktquelle 24 gekoppelt. According to FIG. 1, an input terminal 14 is a An input signal S is supplied to the usual A / D converter circuit 12. For example, the A / D converter 12 can be a Be a 6-bit unit, which is connected to its output terminal 0, which is connected to the system output terminal 16, Provides 6-bit words that have a range of all zeros for an input signal of less than 11 mV too loud ones for an input signal of 700 mV. The A / D converter 12 is multi-core Cables (at least six) with a top-tip detector and an under-peak detector 20 connected. The multi-core The cable is symbolized by a slash 22 crossing the line. With a clock input C each the A / D converter 12, the top-tip detector 18 and A clock source 24 is coupled to the underspeak detector 20.
Bei Auftreten jedes Taktimpulses, wie eines Impulses 26, erzeugt der A/D-Konverter 12 ein 6-Bit-Wort, dessen Wert die Amplitude des am Eingang 14 zugeführten Spannungssignals darstellt. Falls das resultierende Ausgangswort des A/D-Konverters 12 sechs Einsen enthält, erzeugt beim Beispiel eines 6-Bit-A/D-Könverters der Oberspitzen-Detektor 18, der im wesentlichen sechs Eingangs-NAND-Tore und Zeitschaltungen enthält, einen momentanen logischen O- Impuls , wie den Impuls 28, andernfalls erzeugt erWhen each clock pulse occurs, such as a pulse 26, the A / D converter 12 generates a 6-bit word whose value represents the amplitude of the voltage signal fed to input 14. If the resulting output word of the A / D converter 12 contains six ones, in the example of a 6-bit A / D converter, the top-tip detector generates 18, the essentially six input NAND gates and timing circuits, generates a momentary logic 0 pulse such as pulse 28, otherwise it generates
ein Signal vom Logikpegel 1. Wenn das. vom A/D-Konverter erzeugte Signal sechs Nullen enthält, dann erzeugt der Unterspitzen-Detektor 20^- der ähnlich wie der Oberspitzen-Detektor 18 aufgebaut ist, außer daß er sechs Eingangs-NOR-Tore enthält, und der auf sechs Nullen (anstatt auf sechs Einsen) reagiert <- einen momentanen logischen O-Impuls wie den Impuls 30, andernfalls erzeugt er ein Signal vom Logikpegel 1 .a signal of logic level 1. If that. from the A / D converter If the signal generated contains six zeros, then the lower-peak detector generates 20 ^ - which is similar to the upper-peak detector 18 except that it contains six input NOR gates, and that of six zeros (instead of six Ones) reacts <- a momentary logical O-impulse like the pulse 30, otherwise it generates a signal of logic level 1.
Der Detektor 18 ist mit dem Zähleingang A eines ersten Aufwärts-Zählers 40 gekoppelt. Dieser Zähler ist mit einem Oberspitzen-Detektor 42 mit zwei Schwellwerten verbunden, der zwei Ausgänge HP und HP hat. Der Detektor 42 arbeitet entsprechend den Zeilen 1 und 2 der Tabelle 1 (Fig. 2), wie später noch im einzelnen beschrieben werden wird. Er enthält im wesentlichen eine Vergleichsschaltung, welche zu ausgewählten Zeiten den Zählstand des Zählers 40 mit einem vorgewählten Satz oberer und unterer Zahlen vergleicht, und er enthält weiterhin Logikschaltungen mit Torschaltungen zur Erzeugung der in Tabelle 1 aufgeführten Ausgangssignale. Ähnlich ist der Detektor 20 mit einem zweiten Aufwärts-Zähler 46 gekoppelt, der wiederum mit einem Unterspitzen-Detektor 48 gekoppelt ist. Letzterer arbeitet gemäß den Zeilen 3 und 4 aus Tabelle 2 (Fig. 2) und ist ähnlich wie der Detektor 42 aufgebaut.The detector 18 is coupled to the counting input A of a first up counter 40. This counter is with a two-threshold upper-peak detector 42, which has two outputs HP and HP. The detector 42 operates according to lines 1 and 2 of Table 1 (Fig. 2), as will be described in detail later will. It essentially contains a comparison circuit which the count of the counter 40 at selected times with a preselected set of upper and lower numbers, and it still contains logic circuitry with Gate circuits to generate the output signals listed in Table 1. Similarly, the detector 20 is with a coupled to a second up-counter 46, which in turn is coupled to an under-peak detector 48. The latter operates according to lines 3 and 4 of table 2 (FIG. 2) and is constructed similarly to detector 42.
Der Ausgang HP des Detektors 42 ist mit einem Eingang von UND-Toren 50 und 52 verbunden, während der Ausgang HP mit einem Eingang von UND-Toren 54 und 56 verbunden ist. Der Ausgang LP des Detektors 48 ist mit einem zweiten Eingang der UND-Tore 50 und 56 gekoppelt, während der Ausgang LP~ mit einem zweiten Eingang der UND-Tore 52 und 54 gekoppelt ist. Eine Steuerschaltung 60 für den jeweils neuesten Stand ist mit den Takteingängen C der Detektoren 42 und 48 und über eine kurze Verzögerung D mit den Rücksetzeingängen RThe output HP of the detector 42 is connected to an input of AND gates 50 and 52 connected, while the output HP is connected to an input of AND gates 54 and 56. Of the The output LP of the detector 48 is coupled to a second input of the AND gates 50 and 56, while the output LP ~ is coupled to a second input of AND gates 52 and 54. A state-of-the-art control circuit 60 is connected to the clock inputs C of the detectors 42 and 48 and via a short delay D to the reset inputs R
der Zähler 40 und 46 und mit einem dritten Eingang jedes der UND-Tore 50, 52, 54 und 56 verbunden. Wie noch näher erläutert werden wird, erzeugt die Schaltung 60 zu geeigneten Zeitpunkten einen momentanen Impuls, wie den Impuls 62, um die Zählwerte in den Zählern 40 und 46 in Detektoren 42 bzw. 48 einzutakten und die Zähler dann zurückzustellen. Zur gleichen Zeit können die von den Detektoren 42 und 48 erzeugten Signale dazu dienen, eines der UND-Tore 50, 52, 54 oder 56, welches durch den Impuls 62 entsprechend Tabelle 2 in Fig. 3 vorbereitet ist, zu aktivieren, wie im einzelnen noch erläutert wird. Die UND-Tore 50 und 54 sind mit den Aufwärts- und Abwärts-Eingängen eines dritten Binärzählers, nämlich eines Aufwärts/Abwärts-Zählers 64 verbunden. Die UND-Tore 52 und 56 sind mit den Aufwärts/ Abwärts-Eingängen eines vierten binären Aufwärts/Abwärts-Zählers 66 verbunden.the counters 40 and 46 and connected to a third input of each of the AND gates 50, 52, 54 and 56. How even closer As will be explained, circuit 60 generates an instantaneous pulse, such as the pulse, at appropriate times 62 to get the counts in counters 40 and 46 in detectors 42 or 48 and then reset the counters. At the same time, those from detectors 42 and 48 signals generated serve to one of the AND gates 50, 52, 54 or 56, which by the pulse 62 accordingly Table 2 in Fig. 3 is prepared to activate how will be explained in detail later. AND gates 50 and 54 are connected to the up and down inputs of a third Binary counter, namely an up / down counter 64 tied together. AND gates 52 and 56 are connected to the up / down inputs of a fourth binary up / down counter 66 connected.
Der Zähler 64 ist mit dem Steuereingang C eines binär gewichteten geschalteten Dämpfungsgliedes 68 über ein mehradriges Kabel gekoppelt. Der Signaleingangsanschluß 70 des Systems, an welchem ein zu digitalisierendes Analogsignal zugeführt wird, ist mit einen Strompuffer 72 gekoppelt, dessen Ausgang an den Signaleingang des Dämpfungsgliedes 68 einer automatischen Verstärkungsregelschaltung geführt ist, welche außer dem Dämpfungsglied 68 einen Zähler 64 und einen Verstärker 76 fester Verstärkung enthält, mit dem der Ausgang des Dämpfungsgliedes 68 gekoppeltThe counter 64 is binary with the control input C. weighted switched attenuator 68 coupled via a multi-core cable. The signal input connector 70 of the system on which an analog signal to be digitized is fed, is coupled to a current buffer 72, the output of which is connected to the signal input of the attenuator 68 of an automatic gain control circuit is performed, which in addition to the attenuator 68 contains a counter 64 and an amplifier 76 of fixed gain, to which the output of the attenuator 68 is coupled
* ist. Das Dämpfungsglied 68 ist typischerweise ein 3:1-Dämpfungsglied« * is. The attenuator 68 is typically a 3: 1 attenuator «
Wenn der Zählwert des Zählers 64 durch Signale, welche das UND-Tor 50 durchlaufen, erhöht wird, dann wird die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 68 vergrößert, so daß die Spitzenamplitude des den Verstärker 76 durchlaufenden Signals abnimmt, also die Verstärkung zwischen demIf the count of the counter 64 is incremented by signals passing through the AND gate 50, then the Attenuation of the attenuator 68 is increased, so that the peak amplitude of the amplifier 76 passing through Signal decreases, so the gain between the
Eingang des Dämpfungsgliedes 68 und dem Ausgang des Verstärkers 76 herabgesetzt wird. Verringert sich umgekehrt der Zählwert des Zählers 64 infolge von Signalen vom UND-Tor 54, dann wird die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 68 herabgesetzt, so daß die Spitzenamplitude des den Verstärker 76 durchlaufenden Signals größer wird. Der Zähler 64 ist typischerweise ein 6-Bit-Zähler, so daß das Dämpfungsglied 68 auf aufeinanderfolgende Stufen der 64 Dämpfungsstufen eingestellt werden kann.Input of attenuator 68 and the output of amplifier 76 is reduced. Conversely, decreases the count value of the counter 64 as a result of signals from the AND gate 54, then the attenuation of the attenuator 68 is decreased so that the peak amplitude of the signal passing through amplifier 76 becomes larger. The counter 64 is typically a 6-bit counter so that the attenuator 68 operates on successive stages of the 64 damping levels can be set.
Der Zähler 66 ist mit einem Digital/Spannungs-Konverter gekoppelt, der seinerseits mit dem Plus-Eingang eines Operationsverstärkers 80 gekoppelt ist, dessen Minus-Eingang Signale vom Verstärker 76 zugeführt werden. Der Ausgang des Verstärkers 80 ist mit dem Eingang des A/D-Konverters 12 am Anschluß 14 gekoppelt.The counter 66 is coupled to a digital / voltage converter, which in turn is connected to the plus input of a Operational amplifier 80 is coupled, the minus input of which signals from amplifier 76 are fed. The exit of amplifier 80 is coupled to the input of A / D converter 12 at terminal 14.
Das Analog/Digital-Konvertersystem nach Fig. 1 ist so entworfen, daß es mit einer Folge von Analogsignalen veränderlicher Amplitude und einer gegebenen festen Dauer arbeitet, die am Anschluß 70 zugeführt werden, etwa mit der Folge von Analogsignalen, die aufeinanderfolgende Vollbilder mit Informationen von einer Fernsehkamera darstellen. Nachdem das Eingangssignal vom Verstärker 76 verstärkt worden ist und vom Verstärker 80 hinsichtlich seiner Amplitude versetzt worden ist, wie es noch beschrieben werden wird, dann gelangt es am Anschluß 14 zum A/D-Konverter 12, von dem es in digitale Form gebracht wird.The analog-to-digital converter system of Figure 1 is designed to be more variable with a sequence of analog signals Amplitude and a given fixed duration, which are supplied at terminal 70, approximately with the sequence of analog signals representing successive frames of information from a television camera. After the input signal has been amplified by amplifier 76 and by amplifier 80 with regard to it If the amplitude has been shifted, as will be described later, it then arrives at connection 14 to the A / D converter 12, from which it is brought into digital form.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Schaltung arbeitet folgendermaßen. Es sei angenommen, daßThe circuit illustrated in Figure 1 operates as follows. Assume that
(a) ein Analogsignal am Anschluß 14 zugeführt wird, welches von derselben festen Dauer wie ein am Anschluß 70 zugeführtes Signal ist, und(A) an analog signal is fed to terminal 14, which is of the same fixed duration as a signal applied to terminal 70, and
(b) daß das Signal am Anschluß 14 hinsichtlich seiner(b) that the signal at terminal 14 with regard to its
Spitzenamplitude und seines mittleren Gleichspannungspegels bezüglich der analogen Eingangssignale in einer noch zu beschreibenden Weise modifiziert wird. Vor der Zuführung des Analogsignals zum Eingang 14 taktet ein Impuls 62 von der Steuerschaltung 60 die Zählwerte der Zähler 40 und 46 in entsprechende Detektoren 42 und und konditioniert die UND-Tore 50, 52, 54 und 56 aus noch zu beschreibenden Gründen und setzt dann die Zähler 40 und 46 zurück.Peak amplitude and its mean DC voltage level with respect to the analog input signals in one is modified in a manner to be described. Clocks before the analog signal is fed to input 14 a pulse 62 from the control circuit 60 takes the counts of the counters 40 and 46 into respective detectors 42 and and conditions AND gates 50, 52, 54 and 56 for reasons to be described and then sets counters 40 and 46 back.
Der Taktgeber 24 erzeugt Impulse einer vorgegebenen festen Frequenz, beispielsweise von 4,8 MHz. Diese Taktimpulse werden dem A/D-Konverter 12 zugeführt, der auf jeden Taktimpuls hin ein 6-Bit-Digitalwort erzeugt. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, haben Teile des am Anschluß 14 zugeführten Analogsignals eine genügend große Amplitude, so daß der A/D-Konverter 12 einige Ausgangswörter von 6 Bits mit dem Logikwert 1 erzeugt. Ebenso können typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, Teile des am Anschluß 14 zugeführten Analogsignals eine genügend kleine Amplitude haben, so daß der A/D-Konverter 12 einige Ausgangswörter mit 6 Bits vom Logikwert 0 erzeugt. Wenn die am Anschluß 14 zugeführten Signale den von einer Fernsehkamera erzeugten Signalen entsprechen, dann gibt ein Zustand mit sechs logischen Einsen sehr helle Teile einer Szene wieder, während ein Zustand mit sechs logischen Nullen sehr dunklen Teilen der Szene entspricht.The clock generator 24 generates pulses of a predetermined fixed frequency, for example 4.8 MHz. These clock pulses are fed to the A / D converter 12, which generates a 6-bit digital word on each clock pulse. Typically, but not necessarily, parts of the analog signal fed to terminal 14 have a sufficiently large amplitude, so that the A / D converter 12 has some output words from 6 bits with the logic value 1 are generated. Likewise, parts of the at the terminal 14 supplied analog signal have a sufficiently small amplitude that the A / D converter 12 some Output words with 6 bits of logic value 0 generated. If the signals fed to terminal 14 are those from a television camera generated signals, then a state with six logical ones gives very bright parts of a Scene again, while a state with six logical zeros corresponds to very dark parts of the scene.
Für jedes Ausgangssignal des A/D-Konverters 12, in dem sämtliche Bits eine logische 1 darstellen, erzeugt der Detektor 18 einen Logikimpuls 0, etwa den Impuls 28, unter zeitlicher Steuerung durch den Taktgeber 24. Für jedes Ausgangssignal des A/D-Konverters 12 mit lauter logischen Nullen erzeugt der Detektor 20 unter Steuerung durch den Taktgeber 24 einen Impuls vom Logikwert 0, wie den Impuls 30.For each output signal of the A / D converter 12 in which all bits represent a logic 1, the detector 18 generates a logic pulse 0, such as the pulse 28, under time control by the clock generator 24. For each output signal of the A / D converter 12 with louder logic zeros, the detector 20 generates a pulse of the logic value 0, such as under the control of the clock generator 24 the pulse 30.
Der Zähler 40 zählt die Anzahl von Impulsen, die von dem Detektor 18, der den Zustand von lauter logischen Einsen feststellt, erzeugten Impulse, während der Zähler 46 die Anzahl von Impulsen zählt, welche vom Detektor 20 erzeugt werden, der den Zustand sämtlicher Nullen feststellt. Für ein Analogsignal gegebener Dauer und fester Taktimpulsfrequenz vom Taktgenerator 24 ist die Gesamtanzahl von Digitalwörtern, die vom A/D-Konverter 12 erzeugt werden, im voraus bekannt. Bei jeder Anwendung, wo der volle Dynamikbereich des A/D-Konverters 12 ausgenutzt werden soll, ist praktisch ein kleiner Prozentsatz oder Bruchteil der Gesamtzahl dieser Digitalwörter durch lauter logische Einsen und ein kleiner Prozentsatz oder Bruchteil durch lauter logische Nullen gekennzeichnet. Wenn keine Wörter mit lauter Einsen oder lauter Nullen auftreten, dann wird nicht der volle Digitalbereich des A/D-Konverters ausgenutzt. Wenn andererseits zuviele Wörter mit lauter Einsen und lauter Nullen auftreten, dann ist der A/D-Konverter überfordert, und es können bei der nachfolgenden Verwendung der vom A/D-Konverter 12 erzeugten Digitalwörter Verfälschungen auftreten. Bei den bereits angesprochenen Fernsehanwendungen hat es sich experimentell gezeigt, daß man die zufrxedenstellensten Bilder dann erhält, wenn ein Vollbildsignal zwischen 0,5 und 1,5% Wörter mit lauter Einsen und zwischen 1 und 2% mit lauter Nullen enthält. Da die Anzahl der vom A/D-Konverter 12 erzeugten Wörter für jedes aufeinanderfolgende Analogsignal bekannt und fest ist, sind die Zahlen, welche die verschiedenen Prozentsätze darstellen, ebenfalls bekannt und werden in entsprechenden Detektoren 42 und 48 entweder durch Verdrahtung wie in einem Zählerdecoder, oder in einem Speicher festgehalten.The counter 40 counts the number of pulses received by the Detector 18, which shows the state of all logical ones detects generated pulses, while the counter 46 counts the number of pulses generated by the detector 20 which detects the state of all zeros. For an analog signal of a given duration and fixed clock pulse frequency from clock generator 24 is the total number of digital words generated by A / D converter 12, known in advance. In any application where the full dynamic range of the A / D converter 12 can be used is practically a small percentage or fraction of the total number of these digital words due to louder logical ones and a small percentage or fraction indicated by logical zeros. if if there are no words with all ones or all zeros, then the full digital range of the A / D converter used. On the other hand, if there are too many words with all ones and all zeros, then the A / D converter is overwhelmed, and when the A / D converter 12 generated digital words falsifications occur. In the case of the television applications already mentioned, it has become it has been shown experimentally that the most satisfactory images are obtained when a frame signal is between Contains 0.5 and 1.5% words with all ones and between 1 and 2% with all zeros. Since the number of the A / D converter 12 generated words for each successive analog signal is known and fixed, are the numbers which represent the various percentages are also known and are located in corresponding detectors 42 and 48 either by wiring as in a counter decoder, or held in memory.
Es sei beispielsweise angenommen, daß jedes Analogsignal vom A/D-Konverter 12 in tausend Wörter digitalisiert werdenFor example, assume that each analog signal from A / D converter 12 is digitized into a thousand words
soll. Daher speichert der Detektor 42 die Werte 5 und 15, während der Detektor 48 die Werte 10 und 20 speichert. Nachdem das als Beispiel angesetzte Analogsignal dem Anschluß 14 zugeführt ist und digitalisiert wird und ehe das nächste Analogsignal auftritt, tritt ein Einleitungsimpuls, wie der Impuls 62, auf, welcher den im Zähler 40 enthaltenen Wert in den Detektor 42 eintastet und den im Zähler 46 enthaltenen Wert in den Detektor eintastet und die Zähler 40 und 46 löscht.target. Therefore the detector 42 stores the values 5 and 15, while the detector 48 stores the values 10 and 20. After the analog signal used as an example dem Terminal 14 is supplied and digitized and before the next analog signal occurs, an introductory pulse, such as pulse 62, occurs which corresponds to the im Counter 40 keyed in the value contained in the detector 42 and the value contained in the counter 46 in the detector keys and the counters 40 and 46 clears.
Im Detektor 42 wird die Zahl vom Zähler 40 mit den Zahlen verglichen, welche die Bruchteile 0,5 % und 1,5% darstellen. Wenn bei den Werten 5 und 15 und mit Bezug auf Tabelle 1 der Zählwert im Zähler 40 zu hoch ist, also über 15 liegt, dann wird der Anschluß HP auf den Logikpegel 1 gebracht und der Anschluß ΪΪΡ auf den Logikpegel 0; wenn der Zählwert nicht hoch genug ist (also unter 5 liegt), dann wird der Ausgang HP auf den Logikpegel 1 und der Ausgang HP auf den Logikpegel 0 gebracht. Andernfalls werden beide Ausgänge HP und HP auf den Logikpegel 0 gebracht. In the detector 42, the number is from the counter 40 with the numbers compared, which represent the fractions 0.5% and 1.5%. If at the values 5 and 15 and with reference to Table 1 the count value in the counter 40 is too high, i.e. above 15, then the connection HP is set to the logic level 1 brought and the connection ΪΪΡ to the logic level 0; if the count is not high enough (i.e. below 5), then the output HP is brought to the logic level 1 and the output HP to the logic level 0. Otherwise both outputs HP and HP are brought to logic level 0.
Der Detektor 48 und der Zähler 46 arbeiten in ähnlicher Weise entsprechend den Zeilen 3 und 4 in Tabelle 1.The detector 48 and counter 46 operate in a similar manner according to lines 3 and 4 in Table 1.
Nachdem die Detektoren 42 und 48 die obenbeschriebenen Operationen durchgeführt haben, bereitet der Impuls 62 von der Steuerschaltung 60 die ÜND-Tore 50, 52, 54 und vor. Das spezielle UND-Tor, welches gegebenenfalls aktiviert wird ( und höchstens ein UND-Tor wird aktiviert) wird entsprechend Tabelle 2 bestimmt. Wenn beispielsweise an den Ausgängen HP und LP logische Einsen erscheinen (Tabelle 2, Zeile 2) dann wird das Tor 50 aktiviert und gibt damit an, daß zuviel von dem Analogsignal bei oder oberhalb sowohl der oberen und unteren Grenze liegt,After detectors 42 and 48 perform the above-described Have performed operations, the pulse 62 from the control circuit 60 prepares the UND gates 50, 52, 54 and before. The special AND gate, which is activated if necessary (and at most one AND gate is activated) is determined according to Table 2. If, for example, logical ones appear at the outputs HP and LP (Table 2, line 2) then the gate 50 is activated and thus indicates that too much of the analog signal with or is above both the upper and lower limit,
welche der A/D-Konverter 12 verarbeiten kann. In diesem Falle wird gemäß Zeile 2 der Tabelle 2 der Zähler 64 (von dem angenommen werden kann, daß er anfangs auf irgendeinen willkürlichen Zählwert zwischen seinen oberen und unteren Extremwerten eingestellt ist je nach den vorangegangenen Korrekturbedingungen) um Eins vorgerückt. Daher wird die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 68 vergrößert, und die Ausgangsamplitude des Verstärkers 76 wird verringert, so daß die Verstärkung der Kombination des Dämpfungsgliedes 68 mit dem Verstärker 76 herabgesetzt wird. Wenn das nächste Analogsignal am Anschluß 70 ankommt, wird daher das resultierende Signal am Anschluß 14 in seiner Amplitude gegenüber demjenigen des vorangehenden Analogsignals herabgesetzt. Dabei wird angenommen, daß von einem Analogsignal zum nächsten keine oder nur eine ziemlich kleine Änderung auftritt, was im allgemeinen bei aufeinanderfolgenden Vollbildern, die von einer Fernsehkamera erzeugt werden, der Fall ist. Falls das Tor 54 anstelle des Tores 50 aktiviert wird (H? = logische 1, LP = logische 1), dann bedeutet dies, daß das Signal am Anschluß 14 keine oder zuwenig Ober- und UnterSpitzenanteile enthält. Daher wird der Zähler um Eins zurückgesetzt, das Dämpfungsglied 68 dämpft weniger, und die Signalamplitude am Ausgang des Verstärkers 76 wird vergrößert, so daß das nächste Analogsignal am Anschluß 70 mehr als das vorangegangene Signal verstärkt wird.which the A / D converter 12 can process. In this In the event of line 2 of Table 2, the counter 64 (which can be assumed to be initially on any arbitrary count is set between its upper and lower extreme values depending on the previous ones Correction conditions) advanced by one. Therefore, the attenuation of the attenuator 68 is increased, and the output amplitude of amplifier 76 is reduced so that the gain of the combination of the attenuator 68 with the amplifier 76 is reduced. When the next analog signal at terminal 70 arrives, the resulting signal at terminal 14 is therefore in amplitude compared to that of the preceding one Analog signal reduced. It is assumed that from one analog signal to the next none or only a fairly small change occurs, which is generally the case with consecutive frames that generated by a television camera, is the case. If the gate 54 is activated instead of the gate 50 (H? = Logical 1, LP = logical 1), then this means that the signal at connection 14 contains no or too few upper and lower peak components. Hence the counter reset by one, the attenuator 68 attenuates less, and the signal amplitude at the output of the amplifier 76 is enlarged so that the next analog signal at terminal 70 is more than the previous signal is reinforced.
Falls das Tor 52 aktiviert wird, bedeutet dies, daß die Gleichspannungsversetzung des Analogsignals zu hoch ist, so daß mehr als 1,5% der Digitalwörter vom A/D-Konverter lauter Einsen haben, während weniger als 1,0% sämtlicher Wörter vom A/D-Konverter 12 lauter Nullen haben. Daher wird der Zählstand des Zählers 66 um Eins erhöht, so daß die Ausgangsspannung des Konverters 78 niedriger wirdIf gate 52 is activated, it means that the DC offset of the analog signal is too high, so that more than 1.5% of the digital words from the A / D converter have all ones, while less than 1.0% of all Words from the A / D converter have 12 zeros. Therefore the count of the counter 66 is increased by one, so that the output voltage of the converter 78 becomes lower
und der Verstärker 80 so eingestellt wird, daß das nächste am Anschluß 70 zugeführte Signal eine geringere Gleichspannungsverschiebung erhält. Eine Aktivierung des Tores 56 bedeutet schließlich, daß die Gleichspannungsverschiebung des Analogsignals zu niedrig ist, so daß weniger als 0,5% der Digitalwörter vom A/D-Konverter 12 lauter Einsen haben, während mehr als 2% aller Wörter vom A/D-Konverter 12 lauter Nullen haben. Daher wird der Zählstand im Zähler 66 um Eins verringert, so daß die Ausgangsspannung des Konverters 78 erhöht wird und der Verstärker 80 so eingestellt wird, daß das nächste, am Anschluß 70 zugeführte Signal eine stärkere Gleichspannungsverschiebung erhält.and the amplifier 80 is set so that the next at the terminal 70 supplied signal receives a lower DC voltage shift. An activation of the gate Finally, 56 means that the DC offset of the analog signal is too low, so that less than 0.5% of the digital words from the A / D converter 12 are all ones while more than 2% of all words from the A / D converter have 12 all zeros. Hence the count in the counter 66 is reduced by one, so that the output voltage of the Converter 78 is increased and the amplifier 80 is set so that the next, at terminal 70 supplied Signal receives a stronger DC voltage shift.
Wenn der Zustand für das am Anschluß 14 zugeführte nächste Analogsignal fortdauert (also falls die Spitzenamplitude des Signals für eine zulange Dauer zu hoch oder zu niedrig ist, oder falls die Gleichspannungsverschiebung nicht richtig ist), dann wird das geeignete Tor der Tore 50-56 wiederum aktiviert, und einer der Zähler 64 oder 66 erhöht oder erniedrigt seinen Zählwert nochmals nach jedem aufeinanderfolgend am Anschluß 70 zugeführten Analogsignal, bis die Verhältnisse so sind, daß kein Tor aktiviert wird. Beide Zähler 64 und 66 sind von der Art, daß sie über ihren oberen Zählwert nicht erhöhen oder unter ihren unteren Zählwert nicht verringern. Falls also die Signale außerhalb des Bereiches liegen, der von dem System verarbeitet werden kann, dann liefert der A/D-Konverter 12 ein verfälschtes Signal. Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß durch die Natur der am Anschluß 70 zugeführten Signale und durch die Kalibrierung des Systems verhindert wird, daß Verfälschungszustände auftreten.If the state for the next supplied to terminal 14 Analog signal continues (i.e. if the peak amplitude of the signal is too high or too low for too long or if the DC offset is incorrect) then the appropriate port will be gates 50-56 activated again, and one of the counters 64 or 66 increases or decreases its count value again after each successively applied analog signal at terminal 70 until the conditions are such that no gate is activated. Both counters 64 and 66 are such that they do not increment above their high count or below theirs Do not decrease the lower count. So if the signals are outside the range processed by the system can be, then the A / D converter 12 delivers a corrupted signal. For the purpose of explaining the Invention it is assumed that by the nature of the signals applied to terminal 70 and by the calibration the system prevents corruption states appear.
Als nächstes seien die Zustände betrachtet, wo kein Tor aktiviert ist (Zeilen 1, 6, 7, 8 und 9 in Tabelle 2).Next, consider the states where there is no gate is activated (lines 1, 6, 7, 8 and 9 in Table 2).
Zeile 1 zeigt den Fall, in dem nicht zu viele und nicht zu wenige Digitalwörter mit lauter Nullen oder lauter Einsen erzeugt werden, so daß die Verstärker 76 und richtig eingestellt werden (also so, daß das am Anschluß 14 zugeführte Signal weder zu groß noch zu klein ist und auch nicht in unerwünschter Weise verschoben ist). Die Zeilen 6, 7, 8 und 9 zeigen Fälle, bei denen das dem A/D-Konverter zugeführte Signal zu viele bzw. zu wenige Wörter mit lauter digitalen Einsen bzw. zu viele oder zu wenige Wörter mit lauter digitalen Nullen erzeugen lassen. Im Falle der Zeile 1 der Tabelle 2 ändert weder der Zähler 64 noch der Zähler 66 seinen Wert, bis die aufeinanderfolgenden Analogsignale ihren Informationsgehalt soweit ändern, daß einer oder beide Verstärker 76 und 80 in der obenbeschriebenen Weise in ihrer Einstellung verändert werden müssen.Line 1 shows the case in which not too many and not too few digital words with all zeros or louder Ones are generated so that amplifiers 76 and 76 are properly set (i.e. so that that at terminal 14 is neither too large nor too small and is also not shifted in an undesirable manner). Lines 6, 7, 8 and 9 show cases where this The signal fed to the A / D converter too many or too few words with all digital ones or too many or generate too few words with lots of digital zeros. In the case of line 1 of table 2 changes neither the counter 64 nor the counter 66 its value until the successive analog signals their information content to the extent that one or both amplifiers 76 and 80 are adjusted in the manner described above need to be changed.
In den in den Zeilen 6 bis 9 der Tabelle 2 dargestellten Fällen passiert nichts. Wenn jedoch (a) ein Zustand in einer dieser Zeilen herrscht und dann das Signal sich verändert, um sich auf eine neue Amplitude oder einen neuen mittleren Pegel um die Gleichspannungsverschiebung am Ausgang des Verstärkers 80 einzustellen (und dies stellt einen der Zustände in den Reihen 2 bis 5 der Tabelle 2 dar), (b) dann beginnt das Konvertersystem in der obenbeschriebenen Weise zu arbeiten und bringt den Ausgang des A/D-Konverters 12 auf einen der Zustände, wie sie in einer der Zeilen 1, 6, 7, 8 und 9 der Tabelle beschrieben sind.In the cases shown in lines 6 to 9 of Table 2, nothing happens. However, if (a) a state in one of these lines prevails and then the signal changes to a new amplitude or a new mean level to set the DC voltage shift at the output of amplifier 80 (and this represents one of the states in rows 2 to 5 of Table 2), (b) then the converter system begins to operate in the manner described above and brings the output of the A / D converter 12 to one of the states as shown in one of the rows 1, 6, 7, 8 and 9 of the table are described.
Wenn das Analog/Digital-Konvertersystem nach Fig. 1 auch für den Fall beschrieben ist, daß das analoge Eingangssignal als eine Reihe von Bursts auftritt, so kann es doch auch mit einem kontinuierlichen Eingangssignal arbeiten, indem (a) den Detektoren 42 und 48 die tatsächlicheIf the analog / digital converter system of FIG. 1 is also described for the case that the analog input signal occurs as a series of bursts, it can also work with a continuous input signal, by (a) the detectors 42 and 48 the actual
Anzahl von Wörtern, die vom A/D-Konverter 12 erzeugt werden, zugeführt werden und (b) der Detektor so angepaßt wird, daß er tatsächlich periodisch Prozentsätze berechnet, etwa wenn der Eingangsimpuls 62 auftritt.Number of words generated by the A / D converter 12 are supplied and (b) the detector is so adapted is that it actually periodically calculates percentages, such as when the input pulse 62 occurs.
Als weiterer Alternative können die in den Detektoren 42 und 48 voreingestellten Zahlen so gewählt werden, daß sie zulässige Grenzen für eine Mehrzahl von Wörtern (beispielsweise 1000) vom A/D-Konverter 12 darstellten. Für diese Zustände kann ein (nicht dargestellter) Zähler benutzt werden, um die Zahl der vom A/D-Konverter 12 erzeugten Wörter zu zählen, und wenn dieser Zählwert erreicht ist, kann das Zähleraüsgangssignal zur Erzeugung des Einleitungsimpulses 62 benutzt werden.As a further alternative, those in the detectors can be used 42 and 48 preset numbers are chosen so that they are acceptable limits for a plurality of words (e.g. 1000) from A / D converter 12. A counter (not shown) can be used for these states can be used to count the number of words generated by the A / D converter 12, and if this count is reached, the counter output signal can be used to generate of the introductory pulse 62 can be used.
Claims (15)
(i) ein erstes oder zweites Signal (HP, HP) erzeugt wird, welche jeweils das erste Auftreten oder dessen Fehlen markieren und3.) The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the determining step
(i) a first or second signal (HP, HP) is generated, which respectively mark the first occurrence or its absence and
(i) ein erster Zählwert einer Anzahl von Wörtern des ersten Wertes und4.) The method according to claim 3, characterized in that in the determining step
(i) a first count of a number of words of the first value and
(i) die Verstärkung beim Auftreten sowohl der ersten und zweiten vorgegebenen Anzahl von Digitalwörtern herabgesetzt wird und7.) The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the amplitude of the analog signal to be measured is additionally regulated, the measured analog signal being derived by amplifying a supplied analog input signal (from 70), with a corresponding to the values of the digital words adjustable gain, and that in the gain control
(i) the gain is decreased upon occurrence of both the first and second predetermined numbers of digital words, and
(ii) bei Zuführung des zweiten und dritten Signals den Gleichspannungspegel des verstärkten Signals in Richtung auf die obere Pegelgrenze am Eingang des Analog/Digital-Konverters einstellt.(i) when the first and fourth signals are supplied, the DC voltage level of the amplified signal is set in the direction of the lower level limit at the input of the analog / digital converter and
(ii) when the second and third signals are supplied, the DC voltage level of the amplified signal is set in the direction of the upper level limit at the input of the analog / digital converter.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |