DE4110946A1 - ANALOG / DIGITAL CONVERSION SYSTEM WITH IMPROVED RESOLUTION - Google Patents
ANALOG / DIGITAL CONVERSION SYSTEM WITH IMPROVED RESOLUTIONInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Analog-/Digital-Konvertierungssystem und insbesondere auf ein System umfassend:The present invention relates to an analog / digital conversion system and in particular on a system comprising:
- - einen Eingang für ein analoges Signal, das in ein digitales gewandelt werden soll, und- an input for an analog signal to be converted into a digital, and
- - einen Analog/Digital-Wandler eingerichtet, um ein seinem Eingang zugeführtes Signal bei einer festgelegten Abtastfrequenz abzutasten und um eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit festgelegtem Quantisierungsbereich oder -band zu erzeugen.- An analog / digital converter set up to a signal supplied to its input to sample at a fixed sampling frequency and to provide a digital representation of the sampled values in a predetermined code with a fixed one Generate quantization range or band.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Analog-/Digital- Konvertierungssystem mit verbesserter Auflösung zur Verfügung zu stellen.The present invention is based on the problem of an analog / digital To provide conversion system with improved resolution.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch Mittel eines Analog-/Digital- Konvertierungssystem der zuvor beschriebenen Art gelöst, dessen wesentliches erfinderisches Charakteristikum darin liegt, daß das System ferner umfaßt:According to the invention, the problem is solved by means of an analog / digital Conversion system of the type described previously solved, its essential The inventive characteristic is that the system further comprises:
- - einen Generator zum Erzeugen eines periodischen Signals mit einer Frequenz niedriger als die Abtastfrequenz und einer Spitze-Spitze-Amplitude zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs des Analog-/Digital-Konverters und - A generator for generating a periodic signal with a lower frequency than the sampling frequency and a peak-to-peak amplitude at least equal to that Amplitude of the quantization range of the analog / digital converter and
- - Mittel zur Überlagerung des von dem Generator gelieferten periodischen Signals über das am Eingang angelegte analoge Signal und zum Anlegen des resultierenden Signals an den Eingang des Analog-/Digital-Konverters.- Means for superimposing the periodic signal supplied by the generator the analog signal applied to the input and for applying the resulting signal to the input of the analog / digital converter.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der das periodische Signal erzeugende Generator vorzugsweise ein Dreieckwellensignalgenerator.According to a further embodiment of the invention, this is the periodic signal generating generator preferably a triangular wave signal generator.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der detaillierten Beschreibung deutlich, die nachstehend unter Bezugnahme der Zeichnungen folgt, die nur als nicht einschränkendes Beispiel zu verstehen sind.Further details, advantages and features of the invention are not only apparent from the Claims, the features to be extracted from them - for themselves and / or in Combination - but also clear from the detailed description that Below follows with reference to the drawings, which are only as not restrictive example are to be understood.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Analog-/Digital- Konvertierungssystems gemäß der Erfindung verdeutlicht und Fig. 1 is a block diagram illustrating the structure of an analog / digital conversion system according to the invention and
Fig. 2 eine Reihe von erläuternden Graphen, die nützlich für das Verständnis sind, wie das erfindungsgemäße System arbeitet. FIG. 2 operates a series of illustrative graphs are useful for understanding how the present system.
Gemäß Fig. 1 hat ein allgemein mit dem Bezugszeichen (1) versehenes Analog-/Digital- Konvertierungssystem nach der Erfindung einen Eingang (2) für ein analoges Signal, das in digitale Form konvertiert werden soll, und einen Mehrleiterausgang (3), von dem die digitale Darstellung der abgetasteten Werte des Signals abgegeben werden.Referring to FIG. 1, a generally labeled with the reference numeral (1) analog / digital has conversion system according to the invention, an input (2) for an analogue signal to be converted into digital form, and a multi-conductor output (3), of the the digital representation of the sampled values of the signal are given.
Das System umfaßt einen Analog-/Digital-Konverter (4) bekannter Bauart, so z. B. eines Sägezahn-(single-slope) oder eines Gegenkopplungstyps. Im Betrieb tastet der Analog-/Digital-Konverter (4) ein seinem Eingang zugeführtes analoges Signal ab, und zwar bei einer Abtastfrequenz fc (z. B. 5 kHz), die von einem Oszillator (5) gesetzt ist, und erzeugt eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit einem festgelegten Quantisierungsbereich oder -band.The system comprises an analog / digital converter ( 4 ) of a known type, e.g. B. a sawtooth (single-slope) or a negative feedback type. In operation, the analog / digital converter ( 4 ) samples an analog signal supplied to its input, specifically at a sampling frequency f c (e.g. 5 kHz) set by an oscillator ( 5 ), and generates one digital representation of the sampled values in a predetermined code with a defined quantization range or band.
Ein mit dem Bezugszeichen (6) versehener Generator erzeugt ein periodisches Signal mit einer Frequenz f, die niedriger als die Abtastfrequenz fc ist und die eine Spitze- Spitze-Amplitude von zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs des Analog-/Digital-Konverters (4) besitzt. Der Generator (6) ist z. B. ein Generator bekannter Bauart, der ein Dreieckwellensignal, vorzugsweise - jedoch nicht notwendigerweise - mit einem Nullmittelwert erzeugt.A generator provided with the reference symbol ( 6 ) generates a periodic signal with a frequency f which is lower than the sampling frequency f c and which has a peak-to-peak amplitude of at least equal to the amplitude of the quantization range of the analog / digital converter ( 4 ) has. The generator ( 6 ) is, for. B. a generator of known type, which generates a triangular wave signal, preferably - but not necessarily - with a zero mean.
Das durch den Generator (6) bereitgestellte Signal wird dem dem Eingang (2) zugeführten Signal an einen Knoten oder Addierer (7) überlagert und das resultierende Signal wird an den Eingang des Konverters (4) angelegt.The signal provided by the generator ( 6 ) is superimposed on the signal fed to the input ( 2 ) to a node or adder ( 7 ) and the resulting signal is applied to the input of the converter ( 4 ).
Der Ausgang des Konverters (4) ist mit einer Speichereinrichtung (8) verbunden, die geeignet ist, die durch den Konverter (4) zugeführten digitalen Werte innerhalb eines Zeitintervalls vorher festgesetzter Dauer zu addieren. Die Einrichtung (8) kann z. B. Speicher und Addierer zum Halten - zu jedem Zeitpunkt - der letzten n digitalen Werte entsprechend der abgetasteten letzten n analogen Werte und zur Ausgabe einer Angabe der Summe oder des Mittelwertes dieser letzten n digitalen Werte umfassen.The output of the converter ( 4 ) is connected to a memory device ( 8 ) which is suitable for adding the digital values supplied by the converter ( 4 ) within a time interval of a predetermined duration. The device ( 8 ) can, for. B. memory and adder for holding - at any time - the last n digital values corresponding to the sampled last n analog values and for outputting an indication of the sum or mean of these last n digital values.
Das Überlagern des periodischen Signals, das von dem Generator (6) zugeführt wird, auf das analoge Signal, das in eine digitale Form konvertiert werden soll, verbessert die Auflösung der Konvertierung wie es nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 weiter erläutert wird. Superimposing the periodic signal supplied by the generator ( 6 ) on the analog signal to be converted to digital form improves the resolution of the conversion, as will be further explained below with reference to FIG. 2.
Fig. 2 zeigt rein beispielhaft eine Kurve (A) eines analogen Signals, das an den Eingang (2) des Konvertierungs- oder Umwandlungssystems (1) angelegt ist. Der Quantisierungsbereich des Analog-/Digital-Konverters (4) ist mit (Q) angegeben. Der Teil des in Fig. 2 gezeigten Signals (A) fällt vollständig in einen gewissen Quantisierungsbereich, von dem angenommen wird, daß er dem digitalen Wert "100" zugeordnet ist. Wenn das dargestellte Signal (A) an den Eingang des Konverters (4) angelegt ist, wird der Konverter (4) jeweils das Signal "100" ausgeben, da die Änderung des Signals mehr eingeschränkt ist als die Amplitude des Quantisierungsbereichs (Q), so daß das Signal nicht die benachbarten Quantisierungsbereiche kreuzt. Fig. 2 shows, purely by way of example a curve (A) of an analog signal, which is applied to the input (2) of the conversion or conversion system (1). The quantization range of the analog / digital converter ( 4 ) is indicated by (Q). The part of the signal (A) shown in Fig. 2 falls entirely within a certain quantization range, which is assumed to be associated with the digital value "100". If the signal (A) shown is applied to the input of the converter ( 4 ), the converter ( 4 ) will in each case output the signal "100" since the change in the signal is more restricted than the amplitude of the quantization range (Q), so that the signal does not cross the adjacent quantization areas.
Eine Kurve (B) des periodischen (Dreieckwellen) Sinals ausgegeben vom Generator (6) ist rein beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Die Frequenz f=1/T des Signals ist niedriger als die Abtastfrequenz fc des Konverters (4) und ist z. B. ungefähr 1/32 der Frequenz fc. Die Spitze-Spitze-Amplitude des Signals B - in Fig. 2 mit (a) angezeigt - ist (mindestens) gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs (Q).A curve (B) of the periodic (triangular wave) sine output by the generator ( 6 ) is shown in FIG. 2 purely by way of example. The frequency f = 1 / T of the signal is lower than the sampling frequency f c of the converter ( 4 ) and is z. B. about 1/32 of the frequency f c . The peak-to-peak amplitude of signal B - indicated by (a) in FIG. 2 - is (at least) equal to the amplitude of the quantization range (Q).
Weiterhin unter Bezugnahme zu Fig. 2 wird erkennbar, daß der Mittelwert des Signals A+B daher der Kurve des Signals A folgt. Das Signal A+B ist nicht vollständig innerhalb des Quantisierungsbereichs enthalten, in dem das Signal A verbleibt (im dargestellten Beispiel), jedoch, für ein Zeitintervall t₁, gelangt es in den darüberliegenden Bereich oder das Band, das dem digitalen Wert "101" zugeordnet ist, kreuzt diesen also, und für ein Zeitintervall t₂ gelangt es in den darunterliegenden Bereich oder das Band, das dem digitalen "011" zugeordnet ist.Still referring to FIG. 2, it is seen that the average of the signal A + B, therefore, follows the curve of the signal A. The signal A + B is not completely contained within the quantization range in which the signal A remains (in the example shown), however, for a time interval t 1, it arrives in the area above or the band which is assigned to the digital value "101" is, so crosses it, and for a time interval t₂ it gets into the area below or the band that is assigned to the digital "011".
Im Betrieb wandelt daher der Konverter (4) in dem Konvertierungssystem (1) das Signal A+B in eine digitale Form um. Weiterhin unter Bezugnahme auf die rein beispielhafte Darstellung der Fig. 2 wird erkennbar, daß dann, wenn das an den Eingang (2) angelegte Signal die mit A in Fig. 2 angegebene Kurve annimmt, der Konverter (4) nicht länger immer den Wert "100" ausgibt, sondern:During operation, the converter ( 4 ) in the conversion system ( 1 ) converts the A + B signal into a digital form. Furthermore, with reference to the purely exemplary representation of FIG. 2, it can be seen that when the signal applied to the input ( 2 ) assumes the curve indicated by A in FIG. 2, the converter ( 4 ) no longer always has the value " 100 ", but instead:
- - vor dem Zeitintervall t₁ wird der Wert "100",- Before the time interval t 1, the value "100",
- - während des Zeitintervalls t₁ wird der Wert "101",- During the time interval t 1, the value "101",
- - zwischen den Zeitintervallen t₁ und t₂ wird der Wert "100",- between the time intervals t 1 and t 2 the value becomes "100",
- - während des Zeitintervalls t₂ wird der Wert "011" und- During the time interval t₂, the value "011" and
- - nach dem Intervall t₂ wird der Wert "100" wieder- After the interval t₂, the value "100" again
zur Verfügung gestellt.made available.
Es wird aus den zuvor wiedergegebenen Erläuterungen deutlich, daß als Ergebnis der Überlagerung des Signals B auf das Signal A die von dem Konverter (4) ausgegebenen Werte eine wiedergabentreuere Darstellung des Verhaltens des Signals A, das in eine digitale Form gewandelt werden soll, bilden und daher eine bessere Auflösung erreichen als die Darstellung, die bei einem unmittelbaren Eingeben des Signals A an den Eingang des Konverters (4) erzeugt werden würde.It is clear from the explanations given above that as a result of the superimposition of the signal B on the signal A, the values output by the converter ( 4 ) form a more faithful representation of the behavior of the signal A, which is to be converted into a digital form, and therefore achieve a better resolution than the display that would be generated if signal A were input directly to the input of converter ( 4 ).
Das periodische Signal, das dem in digitale Form zu konvertierenden analogen Signal überlagert wird, muß nicht notwendigerweise einen Nullmittelwert haben; ein Mittelwert anders als 0 bewirkt nur das Auftreten einer konstanten Komponente, d. h. eines konstanten "Offset"-Wertes in den von dem Konvertierungssystem abgegebenen Werten, der leicht in bekannter Weise eliminiert werden kann.The periodic signal that corresponds to the analog signal to be converted into digital form superimposed does not necessarily have to have a zero mean; an average other than 0 only causes a constant component to occur, i.e. H. one constant "offset" value in the values given by the conversion system, which can be easily eliminated in a known manner.
Ungeachtet dessen können die von dem Analog-/Digital-Konverter des erfindungsgemäßen Systems abgegebenen Signale auf andere als der gezeigten Weise gehandhabt werden, um Mittelwerte der Menge der Signale oder Untergruppen davon in konventioneller mathematischer Technik zu extrahieren.Regardless of that of the analog / digital converter of the System emitted signals according to the invention in other ways than shown are managed to average the amount of signals or subsets thereof extract using conventional mathematical technology.
Selbstverständlich bleibt das Prinzip der Erfindung das gleiche, wobei die Ausführungsformen und Details des Aufbaus in bezug auf die beschriebenen und dargestellten rein als nicht beschränkendes Beispiel verändert werden können, ohne daß hierdurch der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.Of course, the principle of the invention remains the same, with the Embodiments and details of the structure with respect to the described and shown as a non-limiting example can be changed without this leaves the scope of the present invention.
Claims (5)
einen Eingang (2) für ein in eine digitale Form umzuwandelndes analoges Signal (A),
einen Analog-/Digital-Konverter (4) ausgelegt um seinem Eingang zugeführte Signale bei einer festgelegten Abtastfrequenz (fc) abzutasten und um eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit einem festgelegten Quantisierungsbereich oder -band zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß das System ferner umfaßt:
einen Generator (6) zum Erzeugen eines periodischen Signals mit einer Frequenz (f) niedriger als die Abtastfrequenz (fc) und einer Spitzen-Spitzen-Amplitude (a) von zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereich (Q) des Analog-/Digital-Konverters (4), und
Mittel (7) zur Überlagerung des von dem Generator (6) bereitgestellten periodischen Signals (B) auf das an den Eingang (2) aufgelegte analoge Signal (A) und Anlegen des resultierenden Signals (A+B) an den Eingang des Analog-/Digital-Konverters (4).1. An analog / digital conversion system comprising:
an input ( 2 ) for an analog signal (A) to be converted into a digital form,
an analog / digital converter ( 4 ) designed to sample signals fed to its input at a fixed sampling frequency (f c ) and to generate a digital representation of the sampled values in a predetermined code with a defined quantization range or band,
characterized in that the system further comprises:
a generator ( 6 ) for generating a periodic signal with a frequency (f) lower than the sampling frequency (f c ) and a peak-to-peak amplitude (a) of at least equal to the amplitude of the quantization range (Q) of the analog / digital Converter ( 4 ), and
Means ( 7 ) for superimposing the periodic signal (B) provided by the generator ( 6 ) on the analog signal (A) applied to the input ( 2 ) and applying the resulting signal (A + B) to the input of the analog / Digital converter ( 4 ).
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