RU1783610C - Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit - Google Patents

Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit

Info

Publication number
RU1783610C
RU1783610C SU904907340A SU4907340A RU1783610C RU 1783610 C RU1783610 C RU 1783610C SU 904907340 A SU904907340 A SU 904907340A SU 4907340 A SU4907340 A SU 4907340A RU 1783610 C RU1783610 C RU 1783610C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
unit
analog
scale
Prior art date
Application number
SU904907340A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Сергеевич Яновский
Николай Иванович Барнатович
Original Assignee
Минский радиотехнический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Минский радиотехнический институт filed Critical Минский радиотехнический институт
Priority to SU904907340A priority Critical patent/RU1783610C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1783610C publication Critical patent/RU1783610C/en

Links

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  быстроизмен ющихс  сигналов в цифровой код, а также дл  сопр жени  цифровых вычислительных машин с аналоговыми канала/7 ми, имеющими большой динамический диапазон . Цель изобретени  - повышение скорости преобразовани  при одновременном расширении динамического диапазона. Устройство содержит блок 1 масштаба, аналоговое запоминающее устройство 2, аналого-цифровой преобразователь 3, арифметико-логический блок 4, блок 5 выбора масштаба, блок 16 синхронизации. Введение в устройство 12 анализа скорости и установление-новых св зей в блоке 5 выбора масштаба позвол ет обеспечить за счет анализа мгновенных значений и скорости изменени  напр жени  сигнала управление коэффициентом передачи блока 1 масштаба с целью обеспечени  минимальней приведенной погрешности и исключени  перегрузки АЦП при данной скорости изменени  входного сигнала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л СThe invention relates to a digital information measuring technique and can be used to convert rapidly changing signals into a digital code, as well as to interface digital computers with analog channels / 7 having a large dynamic range. The purpose of the invention is to increase the conversion speed while expanding the dynamic range. The device comprises a scale unit 1, an analog storage device 2, an analog-to-digital converter 3, an arithmetic logic unit 4, a scale selection unit 5, a synchronization unit 16. The introduction of speed analysis into the device 12 and establishing new connections in the scale selection unit 5 allows, by analyzing the instantaneous values and the rate of change of the signal voltage, the transmission coefficient of the scale unit 1 to be controlled in order to ensure the minimum reduced error and eliminate the ADC overload at a given speed input signal changes. 2 s.p. f-ly, 2 ill. (L C

Description

SJSj

00 GJ О00 gj o

Изобретение относитс  к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  быстроизмен юицихс  сигналов в цифровой код, а также дл  сопр жени  цифровых вы- числительных машин с аналоговыми каналами , имеющими большой динамический диапазон сигнала.The invention relates to a digital information and measurement technique and can be used to convert rapidly changing signals to a digital code, as well as to interface digital computers with analog channels having a large dynamic range of the signal.

Известно устройство дл  аналого-цифрового преобразовани , основанное на ав- тематическом управлении напр жени  смещени , подаваемого на вход аналого- цифрового преобразовател  совместно с входным сигналом, что позвол ет расширить динамический диапазон входных сигналов и увеличить точность преобразовани . Это устройство содержит блок изменени  координаты положени , выполненный на суммирующем усилителе и ключах , аналого-цифровой преобразователь, посто нное запоминающее устройство, блок управлени , выполненный на двух посто нных запоминающих устройствах и регистре пам ти.A device for analog-to-digital conversion is known, based on the automatic control of the bias voltage supplied to the input of the analog-to-digital converter together with the input signal, which allows to expand the dynamic range of the input signals and increase the accuracy of the conversion. This device comprises a position coordinate changing unit executed on a summing amplifier and keys, an analog-to-digital converter, a read-only memory, a control unit made on two read-only memory devices and a memory register.

Данное устройство обеспечивает высо- кую скорость преобразовани , однако, не позвол ет обеспечить высокую точность при малых значени х напр жени  сигнала и тем самым существенно расширить динамический диапазон, так как расширение ра- бочего диапазона происходит только в области больших напр жений, превышающих верхний предел работы аналого-цифрового преобразовател .This device provides a high conversion speed, however, it does not provide high accuracy at low signal voltages and thereby significantly expand the dynamic range, since the expansion of the operating range occurs only in the region of high voltages exceeding the upper limit work of the analog-to-digital converter.

Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению  вл етс  устройство дл  аналого-цифрового преобразовани  с автоматическим выбором предела измерений , принцип работы которого основан на автоматическом управлении коэффициен- том передачи блока масштаба путем пред- варительной оценки уровн  входного сигнала и вычислени , исход  из этого, такого значени  коэффициента передачи блока масштаба, которое обеспечит наименьшее значение приведенной погрешности . Устройство содержит блок аналогового запоминани , блок масштаба, аналого-цифровой преобразователь, блок выбора масштаба, включающий посто нное запоминающее устройство, цифровой делитель , а также регистр, блок синхронизации, арифметико-логический блок, регистр масштаба , элемент ИЛИ, таймер.The closest in technical essence to the invention is a device for analog-to-digital conversion with automatic selection of the measurement limit, the principle of operation of which is based on automatic control of the transmission coefficient of the scale unit by a preliminary assessment of the input signal level and calculation, based on this , such a value of the transfer coefficient of the scale block, which will provide the smallest value of the reduced error. The device comprises an analog storage unit, a scale unit, an analog-to-digital converter, a scale selection unit including a read-only memory device, a digital divider, as well as a register, a synchronization unit, an arithmetic logic unit, a scale register, an OR element, and a timer.

Это устройство характеризуетс  высо- кой точностью преобразовани , однако оно обладает малым быстродействием и не позвол ет существенно расширить динамический диапазон устройства. Эти недостатки обусловлены тем, что каждое преобразование производитс  за два цикла; в первом цикле - предварительное преобразование и вычисление коэффициента передачи блока масштаба, а во втором - собственно точное преобразование, что увеличивает соответственно полное врем  преобразовани  в 2 раза. Включение на входе устройства аналогового запоминающего устройства не позвол ет обеспечить линейность характеристики преобразовани  при малых уровн х сигнала и тем самым ограничивает динамический диапазон входных сигналов.This device is characterized by high conversion accuracy, however, it has low speed and does not significantly expand the dynamic range of the device. These disadvantages are due to the fact that each conversion is performed in two cycles; in the first cycle, preliminary conversion and calculation of the transfer coefficient of the scale block, and in the second, the exact conversion itself, which increases the total conversion time by a factor of 2, respectively. The inclusion of an analog storage device at the input of the device does not allow linearity of the conversion characteristics at low signal levels and thereby limits the dynamic range of the input signals.

Целью изобретени   вл етс  повышение скорости преобразовани  при одновременном расширении динамического диапазона.The aim of the invention is to increase the conversion speed while expanding the dynamic range.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство аналого-цифрового преобразовани  с автоматическим выбором предела измерени , содержащее блок масштаба, аналоговое запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, арифметико-логический блок, блок в ыбора масштаба и блок синхронизации, при этом первый выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к первому входу арифметико-логического блока и к первому входу блока выбора масштаба, второй вход аналогового запоминающего устройства и второй вход аналого-цифрового преобразовател  соединены с шиной Запуск, а выход арифметико-логического блока  вл етс  выходной шиной устройства, введен блок анализа скорости, при этом первый вход блока анализа скорости подключен к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого подключен к третьему входу блока выбора масштаба, вход блока синхронизации подключен к второму выходу аналого-цифрового преобразовател , второй вход блока анализа скорости соединен с вторым выходом блока выбора масштаба, выход блока анализа скорости подключен к второму входу блока выбора масштаб, третий вход блока формировани , первый вход блока масштаба и второй вход арифметико-логического блока подключены к первому выходу блока выбора масштаба, первый вход аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, первый вход которого подключен к выходу блока масштаба, второй вход блока масштаба  вл етс  входной шиной устройства, при этом блок выбора масштаба выполнен на преобразователе кода, первым ПЗУ, регистре, сумматоре, втором ПЗУ и элементе И-НЕ, первый вход сумматора подключен к выходу первого ПЗУ, а второй вход сумматора и первый вход второго ПЗУ подключены к выходу регистра, выход сумматора подключен к первому входу регистра , второй вход регистра подключен к выходу элемента И-НЕ, выход регистра  вл етс  первым выходом блока, первый вход первого ПЗУ подключен к выходу преобразовате- л  кодов, второй вход первого ПЗУ  вл етс  вторым входом блока, вход преобразовател  кодов  вл етс  первым входом блока, выход первого ПЗУ подключен к второму входу второго ПЗУ и  вл етс  вторым выхо- дом блока, первый вход элемента И-НЕ подключен к выходу второго ПЗУ, второй вход эл-змента И-НЕ  вл етс  третьим входом блока, блок анализа скорости выполнен на ПЗУ, с маторе и регистре, причем пер- вый вход регистра подключен к выходу сум- , матора, а выход регистра подключен к второму входу сумматора, второму входу ПЗУ и  вл етс  выходом блока, первый вход сумматора подключен к выходу ПЗУ, пер- вый вход которого  вл етс  вторым входом блока, второй вход регистра  вл етс  первым входом блока.This goal is achieved by the fact that in the device of analog-to-digital conversion with automatic selection of the measuring range, containing a scale unit, an analog storage device, an analog-to-digital converter, an arithmetic-logic unit, a scaler and a synchronization unit, while the first output is analog- the digital converter is connected to the first input of the arithmetic-logical unit and to the first input of the scale selection unit, the second input of the analog storage device and the second input of the analog-to-digital converter the developer is connected to the Start bus, and the output of the arithmetic-logical unit is the output bus of the device, a speed analysis block is introduced, while the first input of the speed analysis block is connected to the first output of the synchronization block, the second output of which is connected to the third input of the scale selection block, the input of the block synchronization is connected to the second output of the analog-to-digital converter, the second input of the speed analysis unit is connected to the second output of the scale selection unit, the output of the speed analysis unit is connected to the second input of the unit select the scale, the third input of the forming unit, the first input of the scale unit and the second input of the arithmetic-logical unit are connected to the first output of the scale selection unit, the first input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the analog storage device, the first input of which is connected to the output of the scale unit, the second the input of the scale unit is the input bus of the device, while the scale selection unit is made on a code converter, a first ROM, a register, an adder, a second ROM and an NAND element, the first adder input n is connected to the output of the first ROM, and the second input of the adder and the first input of the second ROM are connected to the output of the register, the output of the adder is connected to the first input of the register, the second input of the register is connected to the output of the AND-NOT element, the output of the register is the first output of the block, the first input of the first The ROM is connected to the output of the code converter, the second input of the first ROM is the second input of the block, the input of the code converter is the first input of the block, the output of the first ROM is connected to the second input of the second ROM and is the second output of the block, the first input The AND-NOT element is connected to the output of the second ROM, the second input of the AND-NOT element is the third input of the block, the speed analysis unit is made on the ROM, with a mat and register, and the first input of the register is connected to the output of the sum, mat and the register output is connected to the second input of the adder, the second input of the ROM and is the output of the block, the first input of the adder is connected to the output of the ROM, the first input of which is the second input of the block, the second input of the register is the first input of the block.

Предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом, обеспечивает возмож- ность повышени  скорости преобразовани  и расширени  динамического диапазона измер емых сигналов за счет введени  блока анализа скорости, нового алгоритма управлени  блоком масштаба, основанного на анализе мгновенных значений входного сигнала и скорости изменени  входного сигнала , что позвол ет организовать адаптивное управление блоком масштаба, при котором величина приведенной погрешно- сти зависит от скорости изменени  входного напр жени .The proposed device, in comparison with the prototype, provides the possibility of increasing the conversion speed and expanding the dynamic range of the measured signals by introducing a speed analysis unit, a new scale block control algorithm based on the analysis of the instantaneous values of the input signal and the rate of change of the input signal, which allows It is possible to organize adaptive control of the scale unit, at which the magnitude of the reduced error depends on the rate of change of the input voltage.

На фиг.1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временна  диаграмма его работы.Figure 1 presents a structural diagram of the proposed device; figure 2 is a timing diagram of its operation.

Устройство аналого-цифрового преобразовани  с автоматическим выбором предела измерени  (фиг.1) включает блок 1 масштаба, аналоговое запоминающее устройство 2, аналого-цифровой преобразова- тель 3, арифметико-логический бло к 4, блок 5 выбора масштаба, включающий преобразователь кодов 6, первое ПЗУ 7, сумматор 8, регистр 9, второе ПЗУ 10, элемент И-НЕ 11, а также блок 12 анализа скорости, включа- ющий ПЗУ 13, сумматор 14, регистр 15, а также блок синхронизации 16, входную клемму запуска 17, выходную клемму 18 и входную клемму 19. Первый выход аналого- цифрового преобразовател  3 подключен к первому входу арифметико-логического блока 4 и первому входу блока 5 выбора масштаба, а второй вход аналогового запоминающего устройства 2 и второй вход ана- лого-цифрового преобразовател  3An analog-to-digital conversion device with automatic selection of the measurement limit (FIG. 1) includes a scale unit 1, an analog storage device 2, an analog-to-digital converter 3, an arithmetic logic unit to 4, a scale selection unit 5, including a code converter 6, first ROM 7, adder 8, register 9, second ROM 10, AND-NOT element 11, and a speed analysis unit 12 including ROM 13, adder 14, register 15, as well as synchronization unit 16, trigger input terminal 17, output terminal 18 and input terminal 19. First analog-to-digital output reobrazovatel 3 is connected to the first input of the arithmetic logic unit 4 and the first input of ratio selection unit 5 and the second input of the analog storage device 2 and a second input of analog-to-digital converter 3

подключены к шине 17 запуска. Выход арифметико-логического блока 4  вл етс  входной шиной 19 устройства. Первый выход блока 12 анализа скорости подключен к первому выходу блока 16 синхронизации, второй выход которого подключен к третьему входу блока 5 выбора масштаба, а вход блока 16 синхронизации подключен к второму выходу аналого-цифрового преобразовател  3. Второй вход блока 12 анализа скорости соединен с вторым выходом блока 5 выбора масштаба.connected to the start bus 17. The output of the arithmetic logic unit 4 is the input bus 19 of the device. The first output of the speed analysis unit 12 is connected to the first output of the synchronization unit 16, the second output of which is connected to the third input of the scale selection unit 5, and the input of the synchronization unit 16 is connected to the second output of the analog-to-digital converter 3. The second input of the speed analysis unit 12 is connected to the second the output of block 5 select the scale.

Выход блока 12 анализа скорости подключен к второму входу блока 5 выборамас- штаба, г первый вход блока 1 масштаба и второй вход арифметико-логического блока 4 подключены к первому выходу блока 5 выбора масштаба. Первый вход аналого- цифрового преобразовател  3 соединен с выходом аналогового запоминающего устройства 2, первый вход которого подключен к выходу блока 1 масштаба, а второй вход блока 1 масштаба  вл етс  входной клеммой 19 устройства.The output of the speed analysis block 12 is connected to the second input of the scale head unit 5, and the first input of the scale block 1 and the second input of the arithmetic logic block 4 are connected to the first output of the scale block 5. The first input of the analog-to-digital converter 3 is connected to the output of the analog storage device 2, the first input of which is connected to the output of the scale unit 1, and the second input of the scale unit 1 is the input terminal 19 of the device.

Первый вход сумматора 8 и первый входThe first input of the adder 8 and the first input

второго ПЗУ 10 подключены к выходу регистра 9. Второй вход регистра 9 подключен к выходу элемента И-НЕ 11, выход регистра 9  вл етс  первым выходом блока 5 выбора масштаба, Первый вход первого ПЗУ 7  вл етс  вторым входом блока 5 выбора масштаба , вход преобразовател  кодов 6  вл етс  первым входом блока 5 выбора масштаба. Выход первого ПЗУ 7 подключен к второму входу второго ПЗУ 10 и  вл етс  вторым выходам блока 5 выбора масштаба. Первый вход элемента И-НЕ 11 подключен к выходу второго ПЗУ 10, а второй вход элемента И-НЕ 11  вл етс  третьим входом блока 5 выбора масштаба.the second ROM 10 is connected to the output of the register 9. The second input of the register 9 is connected to the output of the NAND element 11, the output of the register 9 is the first output of the scale selection unit 5, The first input of the first ROM 7 is the second input of the scale selection unit 5, the input of the converter codes 6 is the first input of the scale select unit 5. The output of the first ROM 7 is connected to the second input of the second ROM 10 and is the second outputs of the scale select unit 5. The first input of the AND-NOT 11 element is connected to the output of the second ROM 10, and the second input of the AND-NOT 11 element is the third input of the scale selection unit 5.

Вход регистра 15 подключен к выходу сумматора 14. а выход регистра 15 подключен к второму входу сумматора 14, второму входу ПЗУ 13 и  вл етс  выходом блока 12 анализа скорости. Первый вход сумматора 14 подключен к выходу ПЗУ 13, первый вход которого  вл етс  вторым входом блока 12 анализа скорости, второй вход регистра 15  вл етс  первым входом блока 12 анализа скорости.The input of the register 15 is connected to the output of the adder 14. and the output of the register 15 is connected to the second input of the adder 14, the second input of the ROM 13 and is the output of the speed analysis unit 12. The first input of the adder 14 is connected to the output of the ROM 13, the first input of which is the second input of the speed analysis unit 12, the second input of the register 15 is the first input of the speed analysis unit 12.

Практическа  реализаци  всех охарактеризованных функциональных блоков устройства аналого-цифрового преобразовани  с автоматическим выбором предела измерени  на более низком структурном уровне, чем это показано на фиг.1 и изложено выше, известна.The practical implementation of all the described functional blocks of the analog-to-digital conversion device with automatic selection of the measurement limit at a lower structural level than that shown in Fig. 1 and set forth above is known.

Блок 1 масштаба представл ет собой программируемый усилитель, Блок 2 аналогового запоминающего устройства можетThe scale unit 1 is a programmable amplifier; the analog storage unit 2 can

быть реализован на интегральной микросхеме К1100СК2. Блок 16 синхронизации может быть реализован на ждущем мультивибраторе К155АГЗ. ПЗУ 7, 10 и 13 могут быть выполнены на любом интегральном ПЗУ с организацией 256 х 4 (например, К556РТ4), преобразователь б кодов может быть выполнен на интегральном ПЗУ с организацией не менее 4096 х 4 или реализован на комбинационной схеме дешифрации. В качестве сумматоров 8, 14 может быть использован арифметический 4-разр дный сумматор К155ИМ1, в качестве регистров 9 и 15 - регистры К155ИР15.be implemented on the integrated circuit K1100SC2. Block 16 synchronization can be implemented on a standby multivibrator K155AGZ. ROMs 7, 10, and 13 can be performed on any integrated ROM with an organization of 256 x 4 (for example, K556RT4), code converter 6 can be executed on an integrated ROM with an organization of at least 4096 x 4 or implemented on a combination decryption scheme. As adders 8, 14, the arithmetic 4-bit adder K155IM1 can be used, as registers 9 and 15 - registers K155IR15.

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем. С точки зрени  обеспечени  наименьшей приведенной погрешности аналого-цифрового преобразовани  управление коэффициентом передачи блока масштаба должно осуществл тьс  таким образом, чтобы при любых значени х входного сигнала на входе устройства значение напр жени  на входе аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 3 находилось как можно ближе к верхнему пределу рабочего диапазона АЦП. Разбивают весь диапазон входных напр жений АЦП на п интервалов, где п - количество разр дов АЦП, и считают, что некотора  1-  выборка с весом старшего разр да к находитс  в k-м интервале квантовани . Чем выше находитс  интервал квантовани  выборки, тем меньшее значение имеет приведенна  погрешность, и с точки зрени  пор дкового номера интервала квантовани  можно оценивать приведенную погрешность квантовани .The invention is as follows. From the point of view of ensuring the smallest reduced error of the analog-to-digital conversion, the gain of the scale block must be controlled so that for any value of the input signal at the input of the device, the voltage at the input of the analog-to-digital converter (ADC) 3 is as close as possible to the upper limit of the operating range of the ADC. The entire range of ADC input voltages is divided into n intervals, where n is the number of ADC bits, and it is believed that some 1-sample with the highest order weight k is in the kth quantization interval. The higher the sample quantization interval, the smaller the reduced error is, and from the point of view of the sequence number of the quantization interval, the reduced quantization error can be estimated.

Управление коэффициентом передачи блока масштаба осуществл етс  таким образом , чтобы кажда  текуща  выборка находилась в самом верхнем интервале. С этой целью после каждого такта аналого-цифрового преобразовател  осуществл етс  анализ значени  полученной выборки и определ етс  соответствующий ей интервал квантовани . Затем вычисл етс  новое значение коэффициента передачи блока 1 масштаба таким образом, чтобы следующа  выборка, вз та  через посто нное значение времени дискретизации, оказалась в n-м интервале квантовани . Очевидно, что при бы- строизмен ющемс  напр жении на входе устройства за врем  между двум  соседними выборками она может выйти за верхний предел п-го интервала квантовани  и, соответственно , за рабочий диапазон АЦП, и в этом случае значение такой выборки будет искажено. С целью предотвращени  перегрузки блока АЦП осуществл етс  анализ скорости изменени  входного напр жени . Чем выше скорость изменени  напр жени ;The transmission coefficient of the scale block is controlled so that each current sample is in the uppermost interval. To this end, after each clock cycle of the analog-to-digital converter, the value of the obtained sample is analyzed and the corresponding quantization interval is determined. A new value of the gain of the scale unit 1 is then calculated so that the next sample, taken through a constant value of the sampling time, is in the nth quantization interval. Obviously, at a fast voltage at the input of the device during the time between two adjacent samples, it can go beyond the upper limit of the nth quantization interval and, accordingly, beyond the working range of the ADC, in which case the value of such a sample will be distorted. In order to prevent overload of the ADC unit, an analysis of the rate of change of the input voltage is carried out. The higher the rate of change of voltage;

тем более низким должен быть выбран рабочий интервал квантовани , т.е. такой интервал , в котором должны находитьс  все текущие выборки сигнала. По мере изменени  скорости изменени  сигнала измен етс , соответственно, и рабочий интервал квантовани . Таким образом, осуществл етс  адаптивное управление коэффициентом передачи блока масштаба с целью обеспечени  минимальной приведенной погрешности преобразовани  и исключени  перегрузки АЦП при данной скорости изменени  входного сигнала,the lower the working quantization interval, i.e. the interval in which all current signal samples should be. As the rate of change of the signal changes, the corresponding quantization interval also changes. Thus, adaptive control of the transmission coefficient of the scale block is carried out in order to ensure the minimum reduced conversion error and eliminate the ADC overload at a given rate of change of the input signal.

Включение блока 1 масштаба непосредственно на вход устройства позвол ет увеличить динамический диапазон, так как в этом случае динамический диапазон определ етс  диапазоном значений коэффициента передачи блока 1 масштаба, точностью установки коэффициента передачи и шумовыми свойствами блока масштаба и может быть достаточно большим,Turning on the scale unit 1 directly to the input of the device allows increasing the dynamic range, since in this case the dynamic range is determined by the range of the transmission coefficient of the scale unit 1, the accuracy of setting the transmission coefficient and the noise properties of the scale unit and can be quite large.

Устройство работает следующим образом . По приходу очередного импульса запу- сга по шине 17 производитс  фиксаци  выходного напр жени  блока 1 масштаба в аналоговом запоминающем устройстве 2 и преобразование его в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 3. Блок 1 масштаба управл етс  4-разр дным кодом и обеспечивает изменение коэффициента передачи от 1 до 215, при этом коэффициент. передачи может принимать значени  из следующего р да: 1, 2, 4, 8, 16, 32... 32768. Результат аналого-цифрового преобразовани  поступает на вход преобразовател  кодов б, где осуществл етс  кодирование текущего интервала квантовани  двоичным 4-разр дным кодом (табл. 1). С выхода преобразовател  б кодов код интервала поступает на первый вход ПЗУ 7, на второй вход которого с блока 12 анализа скорости подаетс  4-разр дный код рабочего интервала, в котором должна находитьс  текуща  выборка . ПЗУ 7 осуществл ет формирование 4- разр дного кода коррекции коэффициента передачи блока 1 масштаба. Прошивка ПЗУ 7 приведена в табл, 2. Код коррекции с выхода ПЗУ 7 поступает на второй вход сумматора 8, на первый вход которого подаетс  код коэффициента передачи блока 1 масштаба , который хранитс  в регистре 9. В этом случае, если текуща  выборка попала в интервал квантовани , который на данныйThe device operates as follows. Upon the arrival of the next start pulse on the bus 17, the output voltage of the scale unit 1 is fixed in the analog memory 2 and converted into a digital code by an analog-to-digital converter 3. The scale unit 1 is controlled by a 4-bit code and provides a change in the transfer coefficient from 1 to 215, with the coefficient. Transmission can take values from the following series: 1, 2, 4, 8, 16, 32 ... 32768. The result of the analog-to-digital conversion is fed to the input of code converter b, where the current quantization interval is encoded with a binary 4-bit code (tab. 1). From the output of the code converter b, the interval code is fed to the first input of the ROM 7, to the second input of which from the speed analysis unit 12, a 4-bit operating interval code is supplied in which the current sample should be located. The ROM 7 generates a 4-bit gain code for the gain of the scale block 1. The firmware for ROM 7 is shown in Table 2. The correction code from the output of the ROM 7 is fed to the second input of the adder 8, the first input of which is supplied with the transmission coefficient code of the scale unit 1, which is stored in register 9. In this case, if the current sample falls into the interval quantization which at this

5 момент определен как рабочий, то формируемый код коррекции равен 0000; таким образом , после суммировани  в сумматоре 8 с коэффициентом передачи блока 1 масштаба в регистр 9 будет переписано то же значение . Если интервал квантовани  текущей5, the moment is defined as working, the generated correction code is 0000; thus, after summing in the adder 8 with the transfer coefficient of the scale unit 1, the same value will be written to register 9. If the quantization interval of the current

00

55

00

55

00

55

00

55

00

выборки оказалс  ниже рабочего интервала , например, на один интервал, это значит, что коэффициент передачи блока 1 масштаба должен быть увеличен в два раза и формируемый код коррекции ПЗУ 7 будет равен 0001. Если интервал квантовани  текущей выборки на один интервал выше рабочего интервала, то в ПЗУ 7 формируетс  код 1111, который представл ет собой дополнительный код числа - 1 и, будучи просумми- рован в сумматоре 8 со значением кода коэффициента передачи, уменьшит его на 1, что соответствует уменьшению коэффициента передачи в 2 раза. Код коэффициента передачи с регистра 9 поступает на второй вход блока 1 масштаба и определ ет тем самым требуемый коэффициент передачи, который должен быть установлен к приходу следующего импульса запуска АЦП 3 и аналогового запоминающего устройства 2. За- пись в резистор 9 осуществл етс  сигналом с блока 16 синхронизации,the sample turned out to be lower than the working interval, for example, by one interval, this means that the transmission coefficient of the scale unit 1 should be doubled and the generated correction code of the ROM 7 will be 0001. If the quantization interval of the current sample is one interval higher than the working interval, then in ROM 7, a code 1111 is generated, which is an additional code of the number - 1 and, if summed in adder 8 with the value of the transmission coefficient code, it will be reduced by 1, which corresponds to a reduction in the transmission coefficient by 2 times. The code of the transfer coefficient from register 9 is fed to the second input of the scale unit 1 and thereby determines the required transfer coefficient, which should be set by the next ADC start pulse 3 and the analog storage device 2. The input to the resistor 9 is carried out by the signal from the block 16 sync

Блок 16 синхронизации запускаетс  сигналом окончани  преобразовани  АЦП этом сигнал на втором выходе блока 16 синхронизации по вл етс  с задержкой относительно сигнала на первом выходе на величину, равную времени установлени  в логических элементах блока 5 выбора масштаба . Сигнал на первом выходе блока 16 по вл етс  соответственно с такой же задержкой относительно входного сигнала.The synchronization unit 16 is triggered by the signal to end the ADC conversion. This signal at the second output of the synchronization unit 16 appears with a delay relative to the signal at the first output by an amount equal to the settling time in the logic elements of the scale selection unit 5. The signal at the first output of block 16 appears, respectively, with the same delay with respect to the input signal.

Код коррекции с выхода ПЗУ 7 поступает на первый вход ПЗУ 10, на второй вход которого подаетс  код коэффициента пере- дачи с выхода регистра 9. Прошивка ПЗУ 10 приведена в табл. 3. ПЗУ 10 формирует сигнал запрета записи, который подаетс  на первый вход элемента И-НЕ 11, в результате чего сигнал окончани  преобразовани  с второго выхода АЦП не проходит на вход записи регистра 9. Формирование сигнала запрета записи осуществл етс  следующим образом. При значени х кода коэффициента передачи, близких к крайним значени м 0000 и 1111 при некоторых значени х кода коррекции, отличных от 0000, возможно получение инверсных значений кода коэффициента передачи, что приведет к неработоспособности устройства, Дл  исключени  этого в ПЗУ 10 производитс  анализ текущего значени  кода коэффициента передачи и кода коррекции, и при коде коррекции, большем некоторого значени  дл  данного кода коэффициента передачи, на выходе формируетс  сигнал низкого уровн . Так, например, если код коэффициента передачи ра вен 1101, то при значении кода коррекции 0011, 0100, 0101 и более прохождение сигнала записи будет заблокировано, так какThe correction code from the output of the ROM 7 is supplied to the first input of the ROM 10, the second input of which is supplied with the code of the transfer coefficient from the output of the register 9. The firmware of the ROM 10 is shown in Table. 3. The ROM 10 generates a write inhibit signal, which is supplied to the first input of the AND-11 element, as a result of which the signal to end the conversion from the second ADC output does not pass to the write input of register 9. The write inhibit signal is generated as follows. When the transmission coefficient code values are close to the extreme values of 0000 and 1111, for some correction code values other than 0000, inverse values of the transmission coefficient code can be obtained, which will lead to device inoperability. To exclude this, in ROM 10, the current value is analyzed a transmission coefficient code and a correction code, and when a correction code is greater than a certain value for a given transmission coefficient code, a low level signal is generated at the output. So, for example, if the transmission coefficient code is equal to 1101, then with the value of the correction code 0011, 0100, 0101 and more, the passage of the recording signal will be blocked, since

на выходе сумматора 8 произойдет переполнение . Аналогично происходит формирование сигнала блокировани  записи при переходе через нижний предел диапазона изменени  кода коэффициента передачи.the output of the adder 8 will overflow. Similarly, a write-lock signal is generated when crossing the lower limit of the range of variation of the transmission coefficient code.

Код коэффициента передачи с первого выхода блока 5 выбора масштаба поступает на второй вход арифметико-логического блока 4, в котором осуществл етс  преобразование данных с учетом коэффициента передачи блока масштаба. При этом код блока 3 АЦП представл ет собой мантиссу числа, а код коэффициента передачи - пор док по основанию 2.The transmission coefficient code from the first output of the scale selection unit 5 is fed to the second input of the arithmetic logic unit 4, in which data is converted taking into account the transmission coefficient of the scale unit. In this case, the code of block 3 of the ADC is the mantissa of the number, and the code of the transmission coefficient is the order in base 2.

Код коррекции текущего интервала с второго выхода блока 5 выбора масштаба подаетс  на второй вход блока 12 анализа скорости, в котором осуществл етс  формирование кода рабочего интервала. Код коррекции коэффициента передачи с выхода ПЗУ 7 поступает на первый вход ПЗУ 13, на второй вход которого подаетс  код рабочего интервала с выхода регистра 15. ПЗУ 13 формирует код коррекции рабочего интервала , который подаетс  на первый вход сумматора 14, в котором, в свою очередь, происходит его суммирование с кодом рабочего интервала. Прошивка ПЗУ 13 приведена в табл. 4.The correction code of the current interval from the second output of the scale selection unit 5 is supplied to the second input of the speed analysis unit 12, in which the working interval code is generated. The correction factor code from the output of the ROM 7 is fed to the first input of the ROM 13, the second input of which is supplied with the working interval code from the output of the register 15. The ROM 13 generates a correction code for the working interval, which is fed to the first input of the adder 14, in which , it is summed with the code of the working interval. Firmware ROM 13 is given in table. 4.

Как видно из данных табл. 4, устанавливаемое значение кода рабочего интервала определ етс  кодом коррекции текущего интервала (т.е. скоростью изменени  напр жени  на входе устройства) и значением кода рабочего интервала на предыдущем такте преобразовани , При больших значени х кода коррекции текущего интервала, т.е. при большой скорости изменени  на- пр  жени  рабочий интервал устанавливаетс  в середине диапазона рабочих интервалов квантовани  АЦП. При малых скорост х изменени  код рабочего интервала становитс  равным 10, что обеспечит один защитный интервал квантовани . При по влении в этом случае на входе устройства положительного скачка напр жени  ео скоростью нарастани  не более 6 дБ за период аналого-цифрового преобразовани  перегрузка блока 3 АЦП будет исключена.As can be seen from the data table. 4, the set value of the working interval code is determined by the correction code of the current interval (i.e., the rate of change of the voltage at the input of the device) and the value of the working interval code at the previous conversion step. For large values of the correction code of the current interval, i.e. at a high rate of change of voltage, the working interval is set in the middle of the range of the working intervals of the ADC quantization. At low rates of change, the working interval code becomes 10, which will provide one guard quantization interval. If in this case a positive voltage jump appears at the input of the device with a slew rate of not more than 6 dB during the analog-to-digital conversion period, the overload of block 3 of the ADC will be eliminated.

Так как сначала производитс  запись кода рабочего интервала в регистр 15, а затем запись кода текущего интервала в регистр 9, то формирование кода текущего интервала осуществл етс  в следующей последовательности. На l-м такте аналого- цифрового преобразовани  производитс  формирование в ПЗУ 7 кода коррекции текущего интервала на основании кода рабочего интервала,,сформированного на (Ы) такте. Затем по сформированному кодSince the working interval code is first written to register 15, and then the current interval code is written to register 9, the current interval code is generated in the following sequence. At the l-th clock of analog-to-digital conversion, a correction code for the current interval is generated in ROM 7 based on the working interval code generated on the (S) clock. Then the generated code

рекции текущего интервала формируетс  и записываетс  в регистр 15 новый код рабочего интервала. После этого формируетс  и записываетс  в регистр 9 значение кода текущего интервала квантовани ,которое уже будет соответствовать новому значению кода рабочего интервала.A current interval code is generated and recorded in the register 15. After that, the code value of the current quantization interval, which will already correspond to the new value of the working interval code, is generated and written into register 9.

Максимальное значение скорости изменени  напр жени  на входе устройства составл ет 36 дБ за один такт аналого-цифрового преобразовани . Врем  аналого- цифрового преобразовани  сокращено в 2 раза по сравнению с прототипом. Кроме того, в отличие от прототипа точность преобразовани  при малых значени х сигнала определ етс  только точностными характеристиками блока масштаба и ограничиваетс  его уровнем шумов. В прототипе минимальное значение преобразуемого сигнала определ етс  линейностью аналогового запоминающего устройства и при современной компонентной базе не менее чем на 1-2 пор дка выше, чем в предлагаемом устройстве.The maximum value of the rate of change of voltage at the input of the device is 36 dB per analog-to-digital conversion cycle. The time of analog-to-digital conversion is reduced by 2 times compared with the prototype. In addition, unlike the prototype, the conversion accuracy at low signal values is determined only by the accuracy characteristics of the scale unit and is limited by its noise level. In the prototype, the minimum value of the converted signal is determined by the linearity of the analog storage device and with a modern component base is not less than 1-2 orders of magnitude higher than in the proposed device.

Claims (3)

Формула изобретени  1. Устройство аналого-цифрового преобразовани  с автоматическим выбором предела измерени , содержащее блок масштаба , блок аналогового запоминающего устройства, арифметико-логический блок, блок выбора масштаба, блек синхронизации и аналого-цифровой преобразователь, информационный выход которого соединен с первым входом арифметико-логического блока и с первым входом блока выбора масштаба , входы запуска аналогового запоминающего устройства и аналого-цифрового преобразовател   вл ютс  шиной Запуск, зыход арифметико-логического блока  вл етс  выходной шиной, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  скорости преобразовани  при одновременном расширении динамического диапазона, в него введен блок анализа скорости, первый вход которого подключен к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого соединен с вторым входом блока выбора масштаба, а вход - подключен к выходу Конец преобразовани  аналого-цифрового преобразовател , второй вход блока анализа скорости соединен с первым выходом блока выбора масштаба, выход блока анализа скорости подключен к третьему входу блока выбора масштаба, первый вход блокаSUMMARY OF THE INVENTION 1. An analog-to-digital conversion device with automatic measurement limit selection, comprising a scale unit, an analog storage unit, an arithmetic logic unit, a scale selection unit, a black synchronization unit, and an analog-to-digital converter, the information output of which is connected to the first input of an arithmetic logic block and with the first input of the scale selection block, the input inputs of the analog storage device and the analog-to-digital converter are the bus Start, exit arithmetic co logical block is an output bus, characterized in that, in order to increase the conversion speed while expanding the dynamic range, a speed analysis block is introduced into it, the first input of which is connected to the first output of the synchronization block, the second output of which is connected to the second input of the block scale selection, and the input is connected to the output. The end of the conversion of the analog-to-digital converter, the second input of the speed analysis unit is connected to the first output of the scale selection unit, the output of the speed analysis unit and connected to the third input of the scale selection block, the first input of the block масштаба и второй вход арифметико-логического блока подключены к второму выходу блока выбора масштаба, информационный вход аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, информационный вход которого подключен к выходу блока масштаба , второй вход которого  вл етс  входной шиной.scale and the second input of the arithmetic logic unit are connected to the second output of the scale selection unit, the information input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the analog storage device, the information input of which is connected to the output of the scale unit, the second input of which is the input bus. 2. Устройство поп.1,отличающеес   тем, что блок выбора масштаба выполнен на преобразователе кода, первом и втором посто нных запоминающих устройствах , регистре, элементе И-НЕ и сумматоре , первый вход которого подключен к2. Device pop. 1, characterized in that the scale selection unit is made on a code converter, first and second read-only memory devices, a register, an NAND element and an adder, the first input of which is connected to выходу первого посто нного запоминающего устройства, объединен с первым входом второго посто нного запоминающего устройства и  вл етс  первым выходом блока, а второй вход сумматора и второй вход второго посто нного запоминающего устройства подключены к выходу регистра, который  вл етс  вторым выходом блока, выход сумматора подключен к первому входу регистра , второй вход которого подключен кthe output of the first read-only memory, combined with the first input of the second read-only memory and is the first output of the block, and the second input of the adder and the second input of the second read-only memory are connected to the output of the register, which is the second output of the block, the output of the adder is connected to the first input of the register, the second input of which is connected to выходу элемента , первый вход которого подключен к выходу второго посто нного запоминающего устройства, а второй вход -  вл етс  вторым входом блока, первый вход первого посто нного запоминающего устройства подключен к выходу преобразовател  кодов, вход которого  вл етс  первым входом блока, второй вход первого посто нного запоминающего устройства  вл етс  третьим входом блока.the output of the element, the first input of which is connected to the output of the second read-only memory device, and the second input is the second input of the unit, the first input of the first read-only memory device is connected to the output of the code converter, the input of which is the first input of the unit, the second input of the first constant of the storage device is the third input of the block. 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что блок анализа скорости выполнен на последовательно соединенных по-. сто нном запоминающем устройстве, сумматоре и регистре, выход которого  вл стс  выходом блока, а его первый вход - первым входом блока, вторым входом которого  вл етс  первый вход посто нного запоминающего устройства, второй вход которого и второй вход сумматора объединены и подключены к выходу регистра.3. The device according to claim 1, with the exception that the speed analysis unit is made in series-connected. a fixed storage device, an adder and a register, the output of which is the output of the unit, and its first input is the first input of the unit, the second input of which is the first input of the permanent storage device, the second input of which and the second input of the adder are combined and connected to the output of the register . 13thirteen 17836101783610 14 Таблица 114 table 1 Таблица 2table 2 Таблица 3Table 3 Таблица АTable a
SU904907340A 1990-12-20 1990-12-20 Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit RU1783610C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904907340A RU1783610C (en) 1990-12-20 1990-12-20 Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904907340A RU1783610C (en) 1990-12-20 1990-12-20 Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1783610C true RU1783610C (en) 1992-12-23

Family

ID=21558328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904907340A RU1783610C (en) 1990-12-20 1990-12-20 Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1783610C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1425828, кл. Н 03 М 1/18, 1987. Авторское свидетельство СССР № 1379941, кл. Н 03 М 1/18, 1986. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5006851A (en) Analog-to-digital converting system
US4620179A (en) Method for successive approximation A/D conversion
KR930011007B1 (en) Musical interval converting device
US5819209A (en) Pitch period extracting apparatus of speech signal
US4788660A (en) Data bus buffer control circuit
US4504741A (en) Digital circuit for generating ascending or descending ramp-like waveforms
RU1783610C (en) Device for analog-to-digital conversion with automatic selection of measurement limit
US5691719A (en) Analog/digital converter capable of defining and storing A/D converted data
US6803868B2 (en) Method and apparatus of producing a digital depiction of a signal
US5010340A (en) Charge domain successive approximation analog to digital converter
SU615487A1 (en) Function representing arrangement
JPS61203719A (en) Signal processing circuit
JPH0738004B2 (en) Level indicator
JPS6229965Y2 (en)
JPS6153830A (en) Analog digital converter
JPH01112823A (en) A/d converter circuit
SU985792A1 (en) Device for digital function conversion
JPH06152421A (en) A/d converter
SU1056188A1 (en) Generator of random numbers with uniform distributing
SU920379A1 (en) Digital registrator
SU748488A1 (en) Device for reducing information redundancy
SU1267618A1 (en) Adaptive multichannel tracking analog-to-digital converter
JP2738862B2 (en) Period measurement circuit
SU754441A1 (en) Logarithmic analogue -digital converter
RU2110886C1 (en) Analog-to-digital converter