NL8105461A

NL8105461A - Analoog/digitaal-omzetschakeling.

Info

Publication number: NL8105461A
Application number: NL8105461A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS5793726A; DE3147578C2; CA1171966A; GB2089606A; DE3147578A1; ATA507481A; GB2089606B; FR2495421B1; AT379718B; FR2495421A1; US4398179A

Description

• i* } C/Ca/eh/1339 Λ-

Analoog/digitaal-omzetschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een analoog/digitaal-omzetschakeling, en meer in het bijzonder op een dergelijke schakeling voor vorming van een digitaal videosignaal met hoge nauwkeurigheid.

5 Bij een kleurenvideosignaal, bijvoor beeld een kleurenvideosignaal van het NTSC-type, wordt gewoonlijk een bemonsterfrequentle ter waarde 4f toegepast, waarbij f de kleurhulpdraaggolfsignaalfrequentie is, terwijl ieder aldus verkregen monster in 8 bits wordt omgezet. Wanneer 10 de nauwkeurigheid van een op een aldus gevormd digitaal videosignaal gebaseerd videobeeld onvoldoende blijkt te zijn, wordt veelal een hogere bemonsterfrequentle gekozen en wordt ieder verkregen monster omgezet in uit meer bits bestaande informatie, waardoor een digitaal kleurenvideosignaal met een geringere 15 kwantificeringsfout, dat wil zeggen een nauwkeuriger signaal, wordt verkregen. —

De onderhavige uitvinding’stelt zich ten doel een analoog/digitaal-omzetschakeling te verschaffen, welke in staat is tot vorming van een dergelijk digitaal video-20 signaal van hoge nauwkeurigheid.

Voorts stelt de uitvinding zich ten doel, een analoog/digitaal-omzetschakeling te verschaffen, welke bij'hoge snelheid kan worden gedreven en, ondanks toepassing van N-bits omzetting, een oplossend vermogen van N+l 25 bits heeft.

Daartoe verschaft de uitvinding een analoog/digitaal-omzetschakeling, welke wordt gekenmerkt door: a) een eerste en een tweede analoog/di-gitaal-omzetter met kwantificeringsstappen ter grootte Δ V voor 30 vorming en afgifte van binair gecodeerde N-bits informatie, b) een eerste en een tweede bemonsteren -houdschakeling voor bemonstering en vasthouding van een ingangssignaal, c) een kloksignaalbron voor levering 35 van twee groepen klokimpulsen met een vooraf bepaalde herha- lingsperiode en een onderling faseverschil van een halve her- 8105461 rs ,, · . * ; t * ... . > · 2 ^ halingsperiode , d) een parallel/serie-omzetter voor optelling of overschakeling van de uitgangssignalen van de eerste * en de tweede analoog/digitaal-omzetter, en door 5 e) middelen voor instelling van een span ningsniveau, zodanig, dat tussen de kwantificeringsstappen van de eerste en de tweede analoog/digitaal-omzetter een niveauverschil van 1/2bestaat.

De uitvinding zal worden verduidelijkt 10 in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening van een uitvoeringsvoorbeeld, waartoe' de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: fig^L een principeblokschema van een uitvoeringsvoorbeeld van ë^^pmzetschakeling volgens de uit-15 vinding, ^ fig. 2 enige golfvormen ter verduidelijking van de werking van het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 1, fig. 3 een blokschema van een digitaal/ 20 analoog-omzetter voor toepassing bij het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 1, en fig. 4 enige golfvormen ter verduidelijking van de werking van de omzetter volgens fig. 3.

Het in fig. 1 weergegeven uitvoerings-25 voorbeeld van een omzetschakeling volgens de uitvinding krijgt aan een ingangsaansluiting 1 een analoog ingangssignaal, zoals een kleurenvideosignaal, toegevoerd. Dit analoge ingangssignaal wordt via een laagdoorlaatfilter 2 toegevoerd aan zowel een aftrekschakeling 3 als een bemonster- en houdschakeling 4b.

30 Het uitgangssignaal van de aftrekschakeling 3 wordt toegevoerd aan een bemonster- en houdschakeling 4a. De respectieve uitgangssignalen van de schakelingen 4a en 4b worden toegevoerd aan de respectieve analoog/digitaal-omzetters 5a en 5b, welke steeds ieder ontvangen monster in 8-bits parallelle vorm coderen. 35 De aldus gedigitaliseerde uitgangssignalen van de omzetters 5a en 5b worden beide toegevoerd aan een parallel/serie-omzetter 6, waarvan het gedigitaliseerde uitgangssignaal ter beschikking komt aan een uitgangsaansluiting 7. De aftrekschakeling 3 8105461 fr* « * ; - 3 - dient voor niveauverlaging of verzwakking van het analoge ingangssignaal met een bedrag 1/2&V, waarin £V gelijk is aan één kwantificatiestap van de beide omzetters 5a en 5b.

Bij het hier beschreven uitvoerings-5 voorbeeld is het ook mogelijk, de aftrekschakeling 3 weg te laten en in plaats daarvan het vergelijkingsniveau van de beide omzetters 5a en 5b met een bedrag 1/2AV te verschuiven.

Aan de ingangsaansluiting 8 van de schakeling volgens fig. 1 worden klokimpulsen CLK met een im-10 pulsherhalingsfrequentie f van bijvoorbeeld 50 MHz toegevoerd. Deze klokimpulsen CLK worden toegevoerd aan een frequentie-tweedeler 9, welke bemonsterimpulsen SP met een impulsfre- cl quentie l/2f afgeeft voor de bemonster- en houdschakeling J» 4a en de analoog/digitaal-omzetter 5a. De bemonsterimpulsen 15 SP worden bovendien toegevoerd aan een omkeerschakeling 10, welke op zijn beurt bemonsterimpulsen SPfa voor de bemonsteren houdschakeling 4b en de analoog/digitaal-omzetter 5b afgeeft. Daarbij brengt de omkeerschakeling 10 een faseverschuiving over een halve periode tussen de bemonsterimpulsen SPa en SP^ 20 terecht. De klokimpulsen CLK worden bovendien toegevoerd aan de parallel/serie-omzetter 6, zodat de digitale uitgangssignalen van de analoog/digitaal-omzetters 5a en 5b afwisselend met een periode van i/f door de parallel/serie-omzetter 6 cp.

worden gekozen en aan de uitgangsaansluiting 7 worden toegevoerd.

25 De werking van het in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding zal nu worden verduidelijkt voor het geval, waarin een analoog ingangssignaal met betrekkelijk geleidelijk toenemend niveau, zoals weergegeven in fig. 2A, aan de ingangsaansluiting 1 verschijnt. In fig. 2A 30 vertegenwoordigen V^, ,.... de verschillende vergelijkings- » niveaus voor de in de analoog/digitaal-omzetters 5a en 5b uitgevoerde kwantificering; tussen aangrenzende vergelijkings-niveaus heerst een niveauverschil ter grootte

Aan de uitgangszijde van de aftrekscha-35 keling 3 verschijnt een analoog signaal 8a, dat is verkregen door niveauverschuiving van het analoge ingangssignaal 8b met een bedrag -1/2 &V, zoals fig. 2A laat zien. Fig. 2B toont de 8105461 yf-'V .

• c . 7 / - - 4 - tijdsrelatie tussen de klokimpulsen CLK; en de bemonsterim-pulsen SPa en SP^. Wanneer het analoge signaal 8a door de bemonsterimpuls SPa van de bemonster- en houdschakeling 4a wordt bemonsterd en vèrvolgens door de analoog/digitaal-om-5 zetter 5a wordt gekwantificeerd, wordt door de omzetter 5a een gekwantificeerd, uitgangssignaal 9a afgegeven, dat in fig.

2D met een gebroken lijn is weergegeven. Op soortgelijke wijze zal de bemonstering van het analoge ingangssignaal 8b door de bemonsterimpulsen SPb in de bemonster- en houdschakeling 10 4b en de daarop volgende kwantificering door de analoog/digi-taal-omzetter 5b.tot gevolg hebben, dat de omzetter 5b een gekwantificeerd uitgangssignaal 9b afgeeft, dat in fig. 2D met een volle lijn is. weergegeven. In fig. 2D zijn de niveaus van de gekwantificeerde uitgangssignalen 9a en 9b van de res-15 pectieve omzetters 5a en 5b terwiile van een duidelijk onderscheid enigs2ins verschoven ten opzichte van de respectieve vergelijkingsniveaus getekend. Deze gekwantificeerde uitgangssignalen van de omzetters leveren respectievelijk daarmede overeenkomende 8-bits codes.

20 De parallel/serie-omzetter 6 wordt door de klokimpulsen CLK zodanig bestuurd, dat hij gedurende iedere in fig. 2C gearseerd getekende periode 5B de in serievorm verschijnende uitgangscode van de omzetter 5b afneemt, doch tijdens de in fig. 2C ongearseerd getekende periode 5A cfe is.

25 serievorm verschijnende uitgangscode van de omzetter 5a ~ afneemt. Deze uitgangscodes van de beide omzetters 5a en 5b, 3 welke 90° in fase ten opzichte van elkaar verschoven opereren, worden derhalve afwisselend met de periode van de klokimpulsen CLK afgegeven en vormen derhalve het uitgangssignaal van een 30 met de periode van de klokimpulsen CLK uitgevoerde analoog/ digitaal-omzetting.

Indien het aan de uitgangsaansluiting 7 verschijnende, digitale uitgangssignaal in een analoog signaal wordt omgezet, zoals fig. 2E laat zien, zal niet alleen een 35 met de kwantificeringsstap overeenkomende, stapsgewijze niveau-verandering optreden, doch bovendien het verschijnsel, dat enige malen afwisselend twee niveaus optreden, bijvoorbeeld de niveaus

Di+1 en Vi+2 * 81 0 5 4 6 1 - 5 - Λ t t r y l

Het door het in hét voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding afgegeven, digitale uitgangssignaal wordt op gebruikelijke wijze aan digitaal/analoog-omzetting onderworpen en via een laagdoorlaat-5 filter als analoog signaal afgegeven. Bij het hier beschreven uitvoeringsvoorbeeld heeft het aan digitaal/analoog-omzetting onderworpen signaal de gedaante volgens fig. 2E, dat wil zeggen een PAM-golfvorm, aangezien het aan schakelwerking is onderworpen. Wanneer het aan digitaal/analoog-omzetting onderworpen 10 signaal door het laagdoorlaatfilter gaat, verschijnen analoge uitgangssignalen van de respectieve niveaus V^' (= + 1/2-4.V) ,

Vi+1' (= V1+1 + 1/24V), ....volgens fig. 2E. Dit wil zeggen, dat niet slechts de bij kwantificering door 8 bits maximaal

Q

voorstelbare 2 vergelijkingsniveaus vi+1/-··· worden 15 verkregen, doch bovendien de 2® niveaus ', v^+1',......

welke ieder met een bedrag 1/2.4 V ten opzichte van de respectievelijk bijbehorende vergelijkingsniveaus zijn verschoven en eveneens als vergelijkingsniveaus voor de kwantificering dienen, hetgeen overeenkomt met een 9-bits kwantificering.

20 Zoals in het voorgaande is uiteengezet, vindt volgens de onderhavige uitvinding toepassing plaats van 2N-bits analoog/digitaal-omzetters, waardoor een omzetsnelheid mogelijk wordt, welke tweemaal zo groot is als dié van de af-, . -zonderlijke omzetters, terwijl bovendien het effect van (N+l)- 25 bits omzetting wordt verkregen. Dit wil zeggen, dat de uitvinding in het bijzonder geschikt is voor toepassing bij de digitalisering van een kleurenvideosignaal met hoge nauwkeurigheid? de uitvinding verschaft dan een omzetting bij hoge snelheid en aanzienlijk oplossend vermogen.

30 Volgens de uitvinding komt de in het voor gaande beschreven, effectieve vergroting van het aantal bits in het bijzonder tot zijn recht bij omzetting van een analoog ingangssignaal met een geleidelijk veranderend niveau.

Aangezien de kwantificenngsfout, welke 35 optreedt in een uit een digitaal videosignaal zichtbaar gemaakt beeld, in het bijzonder zichtbaar wordt in beelddelen, waar de beeldhelderheid een geleidelijke verandering ondergaat, leent de 8105461 *? ί - :;: . . ' ‘ -ϊί-γ '': SiA'^ I - -. .· .· ·- · " .. - - ·.··' ' ··'; · ; -· ; ;·.-. ·5·· · . ·;.;. :\;·'. -.- ϊ·;- .w-::j'.'·-· : · ‘ - '· '·........... -....... · "‘r .·' ”' :ΤΓ\. '·.··· ;'v' ;, - 6 - onderhavige uitvinding zich derhalve in het bijzonder voor de bewerking van een videosignaal.

Zoals reeds is opgemerkt, vertoont het analoge uitgangssignaal, dat door digitaal/analoog-omzet-5 ting van een door middel van de uitvinding gevormd digitaal signaal wordt verkregen, een gelijkspanningsniveauverschuiving ten opzichte van het oorspronkelijke analoge signaal. Deze gelijkspanningsniveauverschuiving kan worden gecorrigeerd door middel van een digitaal/analoog-omzetter volgens fig. 3.

10 Deze krijgt bijvoorbeeld aan zijn ingangsaansluiting 110 het aan de uitgangsaansluiting 7 van de omzetschakeling volgens fig. 1 verschijnende uitgangssignaal toegevoerd, dat vervolgens door een digitaal/analoog-omzetter 111 wordt omgezet in een analoog uitgangssignaal volgens fig. 2E, dat ook in fig. 4 15 met een gebroken lijn is weergegeven. Dit analoge uitgangssignaal van de omzetter 111 wordt toegevoerd aan een optel-schakeling 112 voor toevoeging van een gelijkspanningsniveau ter grootte 1/2AV., Het analoge uitgangssignaal van de optel-schakeling 112, dat aan niveauterugverschuiving is onder-20 worpen, is in fig. 4 met een volle lijn getekend en kan via een laagdoorlaatfilter 13 als analoog signaal aan de uitgangs-.aansluiting 114 worden afgenomen.

Zoals in de vorige alinea is beschreven, kan de door de omzetschakeling volgens de uitvinding veroor-25 zaakte gelijkspanningsniveauverschuiving worden gecorrigeerd.

Hoewel een dergelijke gelijkspanningsniveauverschuiving in het geval van meetinformatie een probleem kan vormen, zal het echter duidelijk zijn, dat een desbetreffende gelijkspannings-verschuiving in het geval van video-informatie kan worden ge-30 corrigeerd door spanningsniveaufixatie, bijvoorbeeld door een dergelijke fixatie van het stoepniveau van het videosignaal, in een dergelijk geval is de toepassing van een afzonderlijke gelijkspanningsniveauverschuivingscorrectie derhalve overbodig.

De uitvinding beperkt zich niet tot het 35 in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uit-voeringsvoorbeeld. Verschillende wijzigingen kunnen in de beschreven componenten en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden. 8105461

Claims

1. Analoog/digitaal-omzetschakeling, gekenmerkt door: a) een eerste en een tweede analoog/ digitaal-omzetter met kwantificeringsstappen ter grootte 5 Δν voor vorming en afgifte van binair gecodeerde N-bits informatie, b) een eerste en een tweede bemonsteren -houdschakeling voor bemonstering en vasthouding van een ingangssignaal, 10 c) een kloksignaalbron voor levering van twee groepen klokimpulsen met een vooraf bepaalde her-halingsperiode en een onderling faseverschil van een halve herhalingsperiode, d) een parallel/serie-omzetter voor 15 optelling of overschakeling van de uitgangssignalen van de eerste en de tweede analoog/digitaal-omzetter, en door e) middelen voor instelling van een spanningsniveau, zodanig, dat tussen de kwantificeringsstappen van de eerste en de tweede analoog/digitaal-omzetter een 20 niveauverschil van 1/2 Δν bestaat. .

2. Omzetschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor instelling van een spanningsniveau worden gevormd door een spanningsverschuiver voor verschuiving van het niveau van het ingangssignaal met een 25 bedrag 1/2 Δν.

3. Omzetschakeling volgens conclusie 1, waarbij de analoog/digitaal-omzetters zijn uitgevoerd als, respectievelijk zijn voorzien van, spanningsvergelijkings-schakelingen voor vergelijking van het spanningsniveau van het 30 ingangssignaal met een vooraf bepaalde referentiespanning, met het kenmerk, dat de middelen voor instelling van een spanningsniveau worden gevormd door een spanningsverschuiver voor verschuiving van het niveau van de referentiespanning m de ene van de analoog/digitaal-omzetters. 3105461