NL8402003A

NL8402003A - Meerkanaalsversterkerstelsel met voorspellende versterking.

Info

Publication number: NL8402003A
Application number: NL8402003A
Authority: NL
Original assignee: Analogic Corp
Priority date: 1984-01-31
Filing date: 1984-06-25
Publication date: 1985-08-16
Also published as: FR2558998A1; US4739307A; JPS60177712A; NL190431B; JPH0418723B2; IL72113A0; IL72113A; NL190431C; DE3423206A1; FR2558998B1; DE3423206C2

Description

• · — L· ^ % N.0. 32.600 1

Meerkanaalsversterkerstelsel met voorspellende versterking.

De uitvinding heeft betrekking op een meerkanaalsversterkerstelsel 5 met voorspellende versterking/ en betreft in het bijzonder een dergelijk stelsel voor het optimaliseren van de versterking voor signalen van elk kanaal voor het opeenvolgend bemonsteren en toevoeren aan een A/D-omzet-ter.

Achtergrond van de uitvinding 10 Bij de gebruikelijke adaptieve omzetterstelsels ontstaat er een probleem omdat de versterker dikwijls naar verzadiging wordt gedreven.

Als een versterker naar verzadiging wordt gedreven is een betrekkelijk lange tijdperiode voor herstel noodzakelijk/ gelegen in het gebied van 2 tot 4 mikrosekonden. De tegenwoordig gebruikelijke data-acquisitietoe-15 passingen/ zoals gecomputeriseerde tomografiescanners gebruikt bij cardiovasculaire onderzoekingen voor het verschaffen van hartstilstandsimu-laties, vereisen snelheden van de orde van 1 mikrosekonde per woorddoor-voer. Dergelijke stelsels waarin verzadiging kan optreden en een herstel tij dvertraging van de orde van 2 tot 4 mikrosekonden introduceren 20 zijn derhalve ontoelaatbaar.

Samenvatting van de uitvinding

Een van de doeleinden van de onderhavige uitvinding is derhalve het verschaffen van een verbeterd/ met hoge snelheid werkend meerkanaalsversterkerstelsel met voorspellende versterking voor gebruik bij adaptieve 25 omzetters.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijk stelsel waarin vertragingen door verzadiging van de versterkers worden voorkomen.

Nog een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een 30 dergelijk stelsel met een grotere totale datadoorvoersnelheid.

De uitvinding resulteert uit het inzicht dat een werkelijk effek-tief meerkanaalsversterkerstelsel met voorspellende versterking en adaptieve omzetter onder toepassing van een dergelijk stelsel kan worden verkregen door het opeenvolgend schakelen van inkomende signalen tenein-35 de eerst de gewenste versterking voor dat signaal vast te stellen en vervolgens het signaal te versterken met deze versterking teneinde ver-sterkingsverzadiging te voorkomen en door het zogenaamde pijplijnen van de uitgangssignalen ter vergroting van de datawoorddoorvoersnelheid of -verwerkingskapaciteit.

40 De uitvinding verschaft een meerkanaalsversterkerstelsel met voor- 8402003 2 . * 0 spellende versterking. Er zijn middelen voor het ontvangen van ingangsgegevens vanuit een eerste kanaal en vanuit een tweede kanaal. Er is een versterker met variabele versterking en een schakeling voor het instellen van de versterking van de versterker met variabele versterking.

5 Schakelmiddelen die reageren op het ingangssignaal van het eerste en het tweede kanaal verbinden achtereenvolgens elk kanaal, eerst met de schakeling met instelbare versterking voor het bepalen van de gewenste versterking voor dat kanaal en vervolgens met de versterker met variabele versterking die op de gewenste versterking is ingesteld.

10 De uitvinding verschaft bovendien een meerkanaals adaptief omzet- stelsel voorzien van het meerkanaals versterkingsstelsel met voorspellende versterking in kombinatie met middelen voor het bemonsteren en het vasthouden van sequentiele signalen van het eerste en het tweede kanaal van de versterker met variabele versterking. Er is een analoog-digitaal-15 omzetter, die reageert op de middelen voor het bemonsteren en vasthouden voor het omzetten van de digitale signalen in analoge signalen van het eerste en het tweede kanaal. De middelen voor het bemonsteren en het vasthouden kunnen zijn voorzien van eerste en tweede bemonster- en houd-schakelingen voor het bemonsteren en vasthouden van de signalen van het 20· eerste respektievelijk het tweede kanaal. Er kunnen uitgangsschakelmid-delen zijn voor het achtereenvolgens doorlaten van de bemonsterde en vastgehouden signalen van het eerste respektievelijk het tweede kanaal.

De ontvangmiddelen kunnen zijn voorzien van eerste en tweede in-gangsaansluitingen, een verbonden met elk kanaal en kunnen bovendien 25 eerste en tweede bufferversterkers omvatten, een behorende bij elke in-gangsklem. De schakeling voor het instellen van de versterking kan zijn voorzien van een referentieschakeling voor het vaststellen van verschillende versterkingsniveaus, een schakeling voor het besturen van de versterking voor het instellen van de versterkingsniveaus van de versterker 30 met variabele versterking, vergelijkingsmiddelen, die reageren op de referentieschakeling en op een signaal uit het eerste en het tweede kanaal voor het kiezen van een van de verschillende versterkingsniveaus die door de schakeling voor het sturen van de versterking moeten worden ingesteld.

35 Beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen

Andere doeleinden, bijzonderheden en voordelen zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm en de bijgaande tekeningen, waarin: fig. 1 een vereenvoudigd blokschema is van een meerkanaalsverster-40 kerstelsel met voorspellende versterking volgens de uitvinding? 8402003 f 3 fig· 2 een meer gedetailleerd schema toont van een meerkanaalsver-sterkerstelsel met voorspellende versterking volgens fig. 1 in een adaptief omzetstelsel volgens de uitvinding; fig· 3 een tijddiagram toont van de werking van het stelsel volgens 5 fig. 2; fig. 4 een meer gedetailleerde schakeling toont van het stelsel volgens fig. 2; en fig· 5 een meer gedetailleerd schema toont van de vergelijkerscha-keling en de referentieschakeling volgens de fig. 2 en 4.

10 In fig· 1 is een meerkanaalsversterkerstelsel 10 met voorspellende versterking volgens de uitvinding weergegeven· Analoge ingangssignalen, bijvoorbeeld afkomstig van de detektoren van een gecomputeriseerde tomo-grafiescanner, worden geleverd aan een aantal kanalen, bijvoorbeeld de kanalen 21 en B, en aan bepaalde ingangsmiddelen 12· De kanalen A en B 15 worden ontvangen door de schakelketen 14, die de signalen van elk kanaal eerst levert aan een versterkinginstelschakeling 16 voor het bepalen van de gewenste versterking voor dat kanaal, en vervolgens aan een versterker 18 met variabele versterking, die is ingesteld op de versterking bepaald door de versterkingsinstelschakeling 16. De versterkingsinstelling 20 is de hoogste waarde van de versterking beschikbaar voor het- signaal zonder de versterker 18 in de verzadiging te drijven. De versterkte signalen van de kanalen A en B worden tenslotte toegevoerd aan de uitgang van de versterker 18«

Het meerkanaals adaptief omzetstelsel 20, fig. 2, omvat een meer-25 kanaalsversterkerstelsel 10 met voorspellende versterking, gekombineerd met een bemonster- en houdschakeling 22 en een A/D-omzetter 24. Ingangs-middelen 12 kunnen zijn voorzien van ingangsklemmen 30 en 32. De klem 30 ontvangt de signalen A-j, Aj, A3, ..., in kanaal A en de klem 32 ontvangt de signalen B-j, B2, B3, .·., in kanaal B. De ontvangmid-30 delen 12 kunnen ook worden voorzien van bufferversterkers 34 en 36. De schakelketen 14 omvat een paar schakelaars 38 en 40, die respektievelijk de uitgangssignalen van de versterkers 34 en 36 sturen naar de versterker 18 met variabele versterking en een paar schakelaars 42 en 44, die de uitgangssignalen van de versterkers 34 en 36 respektievelijk sturen 35 naar de vergelijker 46 in de schakeling 16 voor het instellen van de versterking. De vergelijkerschakeling 46 vergelijkt het inkomende signaal van schakelaar 42 of 44 met signalen van de referentieschakeling 48 teneinde een versterking in te stellen in de versterkingsstuureenheid 50 voor het instellen van de versterking in de versterker 18 met variabele 40 versterking. Het uitgangssignaal van de versterker 18 met variabele ver- ___ 8402003 4 f , sterking wordt afwisselend bemonsterd door bemonster- en houdschakelin-gen 52 en 54, die afwisselend via schakelaars 56 en 58 hun uitgangssignalen respektievelijk leveren aan de A/D-omzetter 24#

De werking van het adaptieve omzetstelsel 20 zal duidelijker worden 5 begrepen aan de hand van het tijdschema volgens fig. 3, dat horizontaal is onderverdeeld in intervallen van 2 mikrosekonden, beginnende met nul en doorgaande tot 26 mikrosekonden, waarbij de signalen worden getoond die op verschillende tijdstippen optreden in de vergelijker 46, de versterker 18, de bemonster- en houdschakelingen 52 en 54, en de A/D-omzet-10 ter 24. Tijdens bedrijf als het signaal Ai aan versterker 34 wordt geleverd, wordt schakelaar 38 geopend en schakelaar 42 gesloten zodat het signaal Ai wordt gevoerd naar de vergelijker 46, waar de juiste instelling voor de versterker 18 met variabele versterking voor de amplitude van het signaal Ai wordt vastgesteld. Als deze vaststelling is 15 uitgevoerd wordt de versterkingsinstelling opgeborgen in de verster-kings stuur eenheid 50. Deze werkperiode wordt voorgesteld door het vak Ai in het eerste en het tweede segment van de kaart voor vergelijker 46 in fig. 3. Vervolgens wordt de versterkingsinstelling gevormd in de versterkingsstuureenheid 50 ingesteld in de versterker 18 en wordt scha-20 kelaar 38 gesloten·. Schakelaar 42 wordt geopend en schakelaar 44 gesloten, zodat nu gedurende de tijdperiode van 2-4 mikrosekonden, de vergelijker 46 Bi ontvangt en de juiste versterkingsinstelling hiervoor bepaalt, terwijl versterker 18 het signaal Ai ontvangt, waarvoor de versterking reeds vooraf is ingesteld. Voor dezelfde periode bemonstert de 25 bemonster- en houdschakeling 52 het signaal A-j. Gedurende de volgende tijdsleuf van 4-6 mikrosekonden, wordt het tweede signaal in kanaal A, signaal A2, door versterker 34 en schakelaar 42 naar vergelijker 46 gevoerd om de noodzakelijke versterking te bepalen. 'Tegelijkertijd wordt het signaal Bi van versterker 36 nu via schakelaar 40 gevoerd naar i 30 versterker 18, die met de juiste versterking voor signaal Bi is ingesteld. Gedurende dezelfde tijdperiode van 4-6 mikrosekonden houdt nu de bemonster- en houdschakeling 52 het signaal Ai vast, terwijl het signaal Bi wordt bemonsterd door de bemonster- en houdschakeling 54. Tegelijkertijd wordt het signaal Ai dat is vastgehouden in de bemonster-35 en houdschakeling 52, via schakelaar 56 geleverd aan de A/D-omzetter 24, die dat signaal digitaliseert, terwijl schakelaar 58 is geopend. In de volgende tijdsleuf van 6-8 mikrosekonden wordt het signaal B2 via schakelaar 44 geleverd aan vergelijker 46, terwijl het signaal A2 via schakelaar 38 wordt geleverd aan versterker 18. Het signaal A2 wordt 40 nu door de bemonster- en houdschakeling 52 bemonsterd, terwijl het sig- 8402003 5 naai B-j door de bemonster- en houdschakeling 54 wordt vastgehouden. Het signaal B-j wordt nu via schakelaar 58 aan de A/D-omzetter 24 geleverd/ terwijl de schakelaar 56 geopend is. Het stelsel blijft op deze wijze werken, zodat er elke 2 mikrosekonden een signaal wordt geleverd 5 aan de A/D-omzetter 24: als gevolg van het pijplijneffekt door het achtereenvolgens werken van de schakelaars 38, 40, 42 en 44, zal er slechts elke twee mikrosekonden een signaal in de uitgang verschijnen, waarbij de helft van de normale periode van 4 mikrosekonden voor een signaal noodzakelijk is om van elk kanaal door het stelsel te lopen. Ge-10 durende elke schakelcyclus wordt het nieuwe signaalniveau dat in de versterker 18 is ingesteld, in de versterkingsstuureenheid 15 opgeborgen, zodat een versterking van de eenheid in versterker 18 kan worden ingesteld voor de korte periode, waarin de toestandsverandering plaatsvindt van de schakelaars 38, 40, 42 en 44, teneinde de potentiaal te minimali-15 seren van alle transiënten, die de versterker 18 in verzadiging zouden kunnen drijven.

Een meer gedetailleerd schakelingsschema van het adaptieve omzet-stelsel 20 in fig. 2 is in fig. 4 weergegeven, waar de bufferversterkers zijn uitgevoerd als operationele versterkers 34a en 36a. De schakel-20 ketens 14a omvatten de schakelaars 38, 40, 42 en 44 en de synchronisa-tieschakeling 45, die deze schakelaars evenals de schakelaars 56 en 58 elke 2 sekonden bedient en de tijdbesturing verzorgt voor de verschillende andere komponenten van het stelsel.

De versterker 18 met variabele versterking omvat twee versterker-25 trappen 57, 59, elk voorzien van een versterker 60, 62 en bij versterker 60 hoort een eerste ingangsweerstand 64 en een eerste terugkoppelweer-stand 66, alsmede een tweede ingangsweerstand 68 en een tweede terugkop-pelweerstand 70. Het verbindingspunt van de weerstanden 64 en 66 is verbonden met de inverterende ingang van versterker 60 via schakelaar 72. 30 Het verbindingspunt van de weerstanden 68 en 70 is eveneens verbonden met de inverterende ingang van versterker 60 via schakelaar 74. De niet inverterende ingang is met de aarde verbonden. Ter kompensatie van de off-setfout van de versterker wordt een automatische nulinstelschakeling 76 toegepast. Bij versterker 62 horen op overeenkomstige wijze de weer-35 standen 64a, 66a, 68a en 70a, alsmede de schakelaars 72a en 74a. Ook hier is er een automatische nulinstelschakeling 76a. Het ingangssignaal van schakelaars 38 en 40 wordt aan de trappen van de versterker 18 met variabele versterking toegevoerd via een extra bufferversterker 78. Elke versterkingstrap is tot een aantal verschillende versterkingen in staat. 40 In dit specifieke voorbeeld kan elke trap met een eenheid versterken of 8402003 » f , 6 een versterking van 1 en een versterking van 8· Als schakelaar 72 gesloten is en schakelaar 74 geopend is, is de versterking 1; als schakelaar 74 gesloten is en schakelaar 72 geopend is, is de versterking 8» Aldus kan het uitgangssignaal van elke versterker 60 en 62 elk een eenheid 5 zijn. Versterker 60 kan een eenheidversterking leveren en versterker 62 een versterking van 8; of versterker 60 kan een versterking van 8 leveren en versterker 62 een versterking van een eenheid; of heide versterkers kunnen een versterking 8 leveren. Het gekombineerde uitgangssignaal zou dan een versterking geven van ofwel een eenheid, 8, 8, of 64. Een 10 van de schakelaarpatroons zou niet worden gebruikt, zodat er drie versterkingen beschikbaar zouden zijn: een eenheid, 8 en 64. De verster-kingswaarden worden niet tot 8 of veelvouden daarvan beperkt. Elke versterking is mogelijk, bepaald door de keuze van de weerstanden 64 en 66. De versterkingen 8 en 64 worden hier gekozen omdat zij machten van 2 15 zijn, die gemakkelijker door een binair stelsel kunnen worden verwerkt. De uitvinding is niet tot twee versterkingstrappen beperkt: ook kunnen er drie of meer worden toegepast.

De versterkingsstuureenheid 50 omvat vier OF-poorten 80, 82, 84 en 86, die de schakelsignalen leveren voor de schakelaars 72, 74, 72a en 20 74a. Bij ontvangst van een signaal van de vergelijker 46 bepaalt de stuurschakeling 88 de juiste versterking, in het onderhavige voorbeeld ofwel de eenheid, 8 of 64. Vervolgens voert deze schakeling de schakelsignalen toe aan de juiste OF-poorten 80, 82, 84 en 86 teneinde de juiste weerstandsparen met elke versterker te verbinden voor het verkrijgen 25 van die versterking. Als een versterking gelijk aan de eenheid wordt opgeroepen door de uitgang van de vergelijker 46 of door de synchronisa-tieschakeling 45, waarmee wordt aangeduid dat een scbakelcyclus gaat op- i treden, stuurt 88 de eenheidinstelschakeling 90 om de OF-poorten 80, 82, 84 en 86 te signalen dat de schakelaars 72 en 72a moeten worden gesloten 30 en de schakelaars 74 en 74a geopend. De stuureenheid 88 zorgt er' ook voor dat de momentele versterking wordt gestuurd naar het versterkings-geheugen 92, waar het gedurende 4 mikrosekonden wordt opgeborgen. De vertraging van 4 mikrosekonden is noodzakelijk omdat het 2 mikrosekonden duurt voor de schakelingcyclus en een extra 2 mikrosekonden voor de be-35 monster- en houdcyclus, zodat het signaal dat nu door de schakelaars wordt bestuurd pas 4 mikrosekonden later de uitgang van de A/D-amzetter 24 bereikt. Op dat moment wordt aan de computer de versterking toegevoerd die hoort bij het speciale gedigitaliseerde signaal dat nu van het uitgangskoderegister 100 wordt gevraagd, waarin eveneens het uitgangs-40 signaal van de A/D-omzetter 24 is opgeborgen. Het versterkingsgeheugen 8402003 3 ‘ $ 7 92 introduceert een vertraging, die bepaald wordt door de snelheid van het stelsel. Omdat de onderhavige uitvoeringsvorm een stelsel is met twee mikrosekonden en met twee kanalen is er een vertraging van vier mikrosekonden. Het uitgangskoderegister 100 kan worden uitgevoerd als 5 een grendelschakeling, die zowel het signaal als de vastgestelde versterking voor dat signaal opbergt voor acquisitie door de computer. Door het kombineren van twee van dergelijke versterkers met spanningbestuurde versterking kan een 1-mikrosekonde-per-woord-doorvoer worden bereikt met slechts een stel grendels.

10 De referentieschakeling 48, fig. 5, omvat een referentiespannings- bron 102 en een spanningsdeler 104, die de referentiespanning in twee referentiespanningen L-|, L2 onderverdeelt. Deze spanningen L-j, I12 worden aan de vergelijker 46 toegevoerd, die vergelijkingsschake-lingen 106, 108 omvat. Hun uitgangssignalen worden toegevoerd aan de 15 versterkingsstuureenheid 50, die een aantal zones vormt, dat wil zeggen zone 1, zone 2, zone 3, die gebruikt moeten worden voor het respektieve-lijk instellen van de versterking op 1, 8 en 64.

Andere uitvoeringsvormen kunnen worden ontworpen door de deskundige op het gebied van de onderhavige aanvrage en zullen eveneens liggen bin-20 nen het kader van de uitvinding, zoals is aangegeven in de hierna volgende conclusies.

V

_____ Λ 8402003

Claims

2. Stelsel volgens conclusie 1, verder voorzien van middelen voor het bemonsteren en vasthouden van de op elkaar volgende signalen uit het eerste en het tweede kanaal afkomstig van de versterker met variabele versterking.
3. Stelsel volgens conclusie 2, verder voorzien van analoog/digi- taalomzettermiddelen die reageren op de genoemde middelen voor het bemonsteren en vasthouden voor het omzetten van de digitale signalen naar analoge signalen uit het eerste en het tweede kanaal.
4. Stelsel volgens conclusie 2, waarin de genoemde middelen voor 25 het bemonsteren en vasthouden zijn voorzien van eerste en tweede bemonster- en houdschakelingen voor het bemonsteren en vasthouden van de signalen uit het genoemde eerste respektievelijk tweede kanaal.
5. Stelsel volgens conclusie. 4, waarin de genoemde middelen voor het bemonsteren en vasthouden verder uitgangsschakelmiddelen omvatten 30 voor het achtereenvolgens doorlaten van de bemonsterde en vastgehouden signalen uit het eerste respektievelijk het tweede kanaal.
6. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de genoemde ontvangmiddelen zijn voorzien van eerste en tweede ingangsaansluitorganen waarvan er een samenwerkt met elk kanaal.
7. Stelsel volgens conclusie 6, waarin de genoemde ontvangmiddelen eerste en tweede versterkers omvatten, waarvan er een hoort bij elk in-gangsaansluitorgaan.
8. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de genoemde versterkingsinstelschakeling een jreferentieschak'eling omvat voor het instellen van 40 meerdere spanningsdrempelwaarden, een’ versterkingsstuurschakeling voor 8402003 het instellen van het versterkingsniveau van de genoemde versterker met variabele versterking en vergelijkermiddelen die reageren op de genoemde referentieschakeling en reageren op een signaal uit een van de genoemde eerste en tweede kanalen voor het kiezen van een van de meerdere ver-5 sterkingsniveaus die door de versterkingsstuurschakeling moeten worden ingesteld.
9. Meerkanaalsadaptief omzetstelsel, gekenmerkt door: middelen voor het ontvangen van ingangssignalen uit een eerste kanaal en een tweede kanaal; 10 een versterker met variabele versterking, een versterkingsinstelschakeling voor het instellen van de versterking van de genoemde versterker met variabele versterking; schakelmiddelen die reageren op de genoemde ingangssignalen uit het eerste en het tweede kanaal voor het achtereenvolgens verbinden van elk 15 kanaal met eerst de genoemde versterkingsinstelschakeling voor het vaststellen van de gewenste versterking voor dat kanaal en vervolgens met de genoemde versterker met variabele versterking teneinde de gewenste versterking in te stellen; middelen voor het bemonsteren en vasthouden van de achtereenvolgens 20 optredende signalen uit het eerste en het tweede kanaal van de genoemde versterker met variabele versterking; en analoog/digitaalomzettermiddelen die reageren op de genoemde bemonster- en vasthoudmiddelen voor het omzetten naar digitale signalen van de analoge signalen uit het eerste en het tweede kanaal. ***** __:__Λ 8402003