RU2348993C1 - Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample - Google Patents

Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample Download PDF

Info

Publication number
RU2348993C1
RU2348993C1 RU2007140944/09A RU2007140944A RU2348993C1 RU 2348993 C1 RU2348993 C1 RU 2348993C1 RU 2007140944/09 A RU2007140944/09 A RU 2007140944/09A RU 2007140944 A RU2007140944 A RU 2007140944A RU 2348993 C1 RU2348993 C1 RU 2348993C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sha
cycles
input signal
signal
integrators
Prior art date
Application number
RU2007140944/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Геннадиевич Чернокалов (RU)
Александр Геннадиевич Чернокалов
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
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 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2007140944/09A priority Critical patent/RU2348993C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348993C1 publication Critical patent/RU2348993C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: physics, radio.
SUBSTANCE: invention concerns electronics for measuring of performances of high-speed signals which are applied in digital registrars of high-speed processes and radar-tracking receivers. The digitiser of signals (SD) with the nonuniform architecture of a file of sample contains joined parallelly with a line of an input signal sample and storage amplifiers (SHA), a set of the integrators joined to SHA outputs, a set of analog-to-digital converters (ADC), the integrators joined to exits and the generator of an adjustable delay executed with possibility of maintenance of functioning each SHA, the integrator and ADC in corresponding time intervals. For productivity increase in SD the generator of an adjustable delay, contains the block of definition of number of the cycles, executed with possibility of definition of number of cycles of integration in each point of a temporary scale of an input signal depending on a standing of a handled point of a signal on a temporary scale.
EFFECT: productivity increase.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники, а именно к цифровым преобразователям сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки, используемым для измерения характеристик высокоскоростных сигналов, которые применяются в цифровых регистраторах быстропротекающих процессов и радиолокационных приемниках.The invention relates to the field of electronics, in particular to digital signal converters with a heterogeneous sample array architecture used to measure the characteristics of high-speed signals, which are used in digital recorders of fast processes and radar receivers.

Для регистрации высокоскоростного сигнала широко используют цифровые преобразователи на основе усилителей выборки и запоминания (SHA - sample-and-hold amplifier), интегратора выходного сигнала SHA, прграммируемого генератора задержанных импульсов, преобразователя из аналоговой формы в цифровую (ADC - analog-to-digital converter) и интерфейса передачи данных в компьютер или микроконтроллер. В данной архитектуре интегратор выходного сигнала SHA нужен для повышения отношения "сигнал/шум". Для повышения этого отношения необходимо периодически повторять входной сигнал и интегрировать выходной сигнал SHA, что уменьшает пропускную способность системы пропорционально числу повторяющихся циклов.To register a high-speed signal, digital converters are widely used on the basis of sample-and-hold amplifiers (SHA), SHA output signal integrator, programmable delayed pulse generator, analog-to-digital converter (ADC - analog-to-digital converter ) and an interface for transferring data to a computer or microcontroller. In this architecture, the SHA output integrator is needed to increase the signal-to-noise ratio. To increase this ratio, it is necessary to periodically repeat the input signal and integrate the SHA output signal, which reduces the system throughput in proportion to the number of repeating cycles.

В настоящее время широко используют цифровые преобразователи (Фиг.1-3) на основе усилителя 1 выборки и хранения - SHA, которые, кроме того, содержат интегратор 2 выходного сигнала SHA, программируемый генератор 3 задержки, преобразователь 4 из аналоговой формы в цифровую - ADC и интерфейс персонального компьютера.Currently, digital converters are widely used (Figs. 1-3) based on the SHA sampling and storage amplifier 1, which, in addition, contain an SHA output signal integrator 2, a programmable delay generator 3, and an analog to digital converter 4 - ADC and personal computer interface.

Известен цифровой преобразователь сигналов (см. Мелешко Е.А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике. - М.: Энергоатомиздат, 1987, стр.174[1]), в котором используют один SHA, интегратор и генератор задержки, действующий на всей протяженности сигнала (Фиг.1). Для функционирования данного устройства важно, чтобы фиксированный сигнал повторяли N раз, где N число выборок (тактов)сигнала.A well-known digital signal converter (see. Meleshko EA. Nanosecond electronics in experimental physics. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 174 [1]), in which they use one SHA, an integrator and a delay generator, operating over the entire length of the signal (Figure 1). For the operation of this device, it is important that the fixed signal is repeated N times, where N is the number of samples (ticks) of the signal.

Также известна другая конструкция цифрового преобразователя (см. Мелешко Е.А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике. - М.: Энергоатомиздат, 1987, стр.174 [2]) с несколькими (К) SHA и генераторами задержки, действующими в отдельные интервалы времени. Для функционирования данного преобразователя важно, чтобы входной сигнал повторяли N/K раз, где N - число образцов сигнала, и К -число SHA (Фиг.2). Такая конструкция обеспечивает повышение производительности в К раз по сравнению с [1]. В данной конструкции число циклов интегрирования фиксировано для всех точек временной шкалы, что является избыточным.Another design of the digital converter is also known (see Meleshko EA. Nanosecond electronics in experimental physics. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 174 [2]) with several (K) SHA and delay generators operating at separate time intervals . For the functioning of this converter, it is important that the input signal is repeated N / K times, where N is the number of signal samples, and K is the number SHA (Figure 2). Such a design provides an increase in productivity by a factor of K compared with [1]. In this design, the number of integration cycles is fixed for all points of the timeline, which is redundant.

Наиболее близким к заявленному изобретению является цифровой преобразователь, описанный в патенте США №5,519,342 [3]), в котором число SHA и интеграторов соответствует числу точек оцифровки. Данный преобразователь выбран в качестве прототипа заявленного изобретения. Он выполнен с возможностью регистрации формы даже однократного импульса. К недостатку прототипа можно отнести то, что в случае большого числа точек оцифровки в нем требуется наличие для каждой точки отдельного SHA и генератора, поэтому данное решение (Фиг.3) требует очень больших затрат при изготовлении.Closest to the claimed invention is a digital converter described in US patent No. 5,519,342 [3]), in which the number of SHA and integrators corresponds to the number of digitization points. This Converter is selected as a prototype of the claimed invention. It is made with the possibility of registering the shape of even a single pulse. The disadvantage of the prototype can be attributed to the fact that in the case of a large number of digitization points, it requires the presence of a separate SHA and generator for each point, therefore this solution (Figure 3) requires very high manufacturing costs.

Во всех описанных выше аналогах и прототипе заявленного изобретения интегратор выходного сигнала SHA предназначен для увеличения отношения "сигнал/шум". Для повышения этого отношения в них необходимо периодически и многократно повторять входной сигнал, что влечет уменьшение производительности системы.In all the analogues and prototype of the claimed invention described above, the SHA output signal integrator is designed to increase the signal-to-noise ratio. To increase this ratio, it is necessary to periodically and repeatedly repeat the input signal in them, which entails a decrease in system performance.

Задачей заявленного изобретения является создание цифрового преобразователя сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки, который имел бы повышенную производительность и меньшую стоимость.The objective of the claimed invention is the creation of a digital signal converter with a heterogeneous architecture of the sample array, which would have increased performance and lower cost.

В общем случае, число выборок и интегрирований в заявленном цифровом преобразователе меняется на протяжении временного интервала по определенному правилу, например, по квадратичному закону для компенсации уменьшения сигнала в результате сферической расходимости, по экспоненциальному закону для сигналов, распространяющихся в средах с поглощением, и так далее.In general, the number of samples and integrations in the claimed digital converter varies over the time interval according to a certain rule, for example, according to the quadratic law to compensate for the decrease in the signal due to spherical divergence, according to the exponential law for signals propagating in absorption media, and so on .

Поставленная задача решена путем создания цифрового преобразователя сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки, который содержит соединенные параллельно с линией входного сигнала усилители выборки и хранения, набор интеграторов, соединенных с выходами усилителей выборки и хранения, набор аналого-цифровых преобразователей, соединенных с выходами интеграторов, и генератор регулируемой задержки, выполненный с возможностью обеспечения функционирования каждого SHA, интегратора и ADC в соответствующие временные интервалы, в котором генератор регулируемой задержки содержит блок определения числа циклов, выполненный с возможностью определения числа циклов интегрирования в каждой точке временной шкалы входного сигнала в зависимости от положения обрабатываемой точки сигнала на временной шкале.The problem is solved by creating a digital signal converter with a heterogeneous architecture of the sample array, which contains sample and storage amplifiers connected in parallel with the input signal line, a set of integrators connected to the outputs of the sample and storage amplifiers, a set of analog-to-digital converters connected to the outputs of the integrators, and adjustable delay generator, configured to ensure the operation of each SHA, integrator and ADC at appropriate time intervals, in which The rum adjustable delay generator contains a block for determining the number of cycles, configured to determine the number of integration cycles at each point in the time scale of the input signal, depending on the position of the processed signal point on the time scale.

Другими словами, задача решена за счет создания в генераторе регулируемой задержки блока определения числа циклов, выполненного с возможностью более эффективного интегрирования выходного сигнала SHA на основе различия уровня "сигнал/шум" в интервалах полной временной шкалы сигнала. Сигналы, принятые в течение начального временного интервала, т.е. сравнительно малого времени, соответствуют малым дальностям, т.е. расстояниям до цели, и, соответственно, высокому уровню сигнала, следовательно, в начальном временном интервале нет необходимости в большом числе циклов интегрирования. Поэтому SHA, действующий в данном временном интервале, может обработать больше точек в течение того же числа выполняемых циклов, чем SHA, действующий во временных интервалах, соответствующих большим дальностям (Фиг.4). Таким образом, в блоке определения числа циклов заявленного цифрового преобразователя для получения требуемого отношения сигнал-шум обеспечивают требуемое число циклов интегрирования только для конца временной шкалы, для других временных интервалов число циклов уменьшают с увеличением обработанного временного интервала.In other words, the problem is solved by creating in the generator an adjustable delay a block for determining the number of cycles, made with the possibility of more efficient integration of the output signal SHA based on the difference in the signal-to-noise level in the intervals of the full time scale of the signal. Signals received during the initial time interval, i.e. relatively short time, correspond to small ranges, i.e. distances to the target, and, accordingly, a high signal level, therefore, in the initial time interval there is no need for a large number of integration cycles. Therefore, the SHA operating in a given time interval can process more points during the same number of cycles performed than the SHA operating in time intervals corresponding to large ranges (Figure 4). Thus, in the unit for determining the number of cycles of the claimed digital converter, in order to obtain the required signal-to-noise ratio, the required number of integration cycles is provided only for the end of the timeline; for other time intervals, the number of cycles is reduced with an increase in the processed time interval.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности и уменьшение стоимости цифрового преобразователя.The technical result of the claimed invention is to increase productivity and reduce the cost of a digital converter.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.For a better understanding of the claimed invention the following is a detailed description with the corresponding drawings.

Фиг.1 - Схема и временная диаграмма работы цифрового преобразователя аналога [1] заявленного изобретения в режиме стробоскопа, в котором SHA последовательно осуществляет выборку величины сигнала от одной точки временной шкалы к другой, изменение временной позиции осуществляют генератором задержки, а полный цикл цифрового преобразования сигнала содержит N периодов входного сигнала.Figure 1 - Scheme and timing diagram of the digital converter analogue [1] of the claimed invention in the strobe mode, in which the SHA sequentially samples the signal from one point in the timeline to another, the time position is changed by a delay generator, and the full cycle of the digital signal conversion contains N input signal periods.

Фиг.2 - Схема и временная диаграмма работы цифрового преобразователя аналога [2] заявленного изобретения с использованием нескольких SHA и генераторов задержки, действующих в отдельные временные интервалы.Figure 2 - Diagram and timing diagram of the operation of a digital converter analogue [2] of the claimed invention using several SHA and delay generators operating in separate time intervals.

Фиг.3 - Схема и временная диаграмма работы цифрового преобразователя прототипа [3] заявленного изобретения с большим числом SHA и интеграторов, соответствующем числу точек на временной шкале.Figure 3 - Scheme and timing diagram of the digital Converter of the prototype [3] of the claimed invention with a large number of SHA and integrators, corresponding to the number of points on the timeline.

Фиг.4 - Схема и временная диаграмма работы цифрового преобразователя, выполненного согласно изобретению.Figure 4 - Diagram and timing diagram of the operation of the digital Converter made according to the invention.

Как показано на Фиг.3, отношение "сигнал/шум" различается в разных временных интервалах, например, в радиолокационной системе сигналы, как правило, тем слабее, чем позже они поступили, и наоборот.As shown in FIG. 3, the signal-to-noise ratio varies in different time intervals, for example, in a radar system, the signals are usually weaker the later they arrived, and vice versa.

Заявленный цифровой преобразователь содержит набор 1 SHA, набор 2 интеграторов, генератор 3 регулируемой задержки, ADC 4 и блок 6 определения числа циклов, встроенный в генератор 3 регулируемой задержки. Причем набор 1 SHA (Фиг.4), соединен с линией входного сигнала, интеграторы 2, соединены с выходами набора 1 SHA, ADC 4 соединены с выходами интеграторов, генератор 3 регулируемой задержки, обеспечивает функционирование каждого SHA, интегратора и ADC в соответствующий временной интервал. Блок 6 определения числа циклов выполнен с возможностью определения числа циклов интегрирования в каждой точке временной шкалы входного сигнала в зависимости от положения обрабатываемой точки сигнала на временной шкале.The claimed digital Converter contains a set of 1 SHA, a set of 2 integrators, an adjustable delay generator 3, ADC 4 and a unit 6 for determining the number of cycles built into the adjustable delay generator 3. Moreover, SHA set 1 (Figure 4), connected to the input signal line, integrators 2, connected to the outputs of set 1 SHA, ADC 4 connected to the outputs of integrators, adjustable delay generator 3, ensures the operation of each SHA, integrator and ADC in the corresponding time interval . Block 6 determining the number of cycles is made with the possibility of determining the number of integration cycles at each point in the time scale of the input signal depending on the position of the processed signal point on the time scale.

Таким образом, для увеличения отношения "сигнал/шум" используют интегрирование выходного сигнала SHA в течение нескольких циклов входного сигнала, при этом все SHA и интеграторы функционируют в каждом цикле входного сигнала, но в пределах временного интервала, соответствующего худшему отношению "сигнал/шум ", причем несколько циклов входного сигнала должны быть повторены в каждой точке временной шкалы, и выходной сигнал SHA должен быть интегрирован для увеличения отношения "сигнал/шум". Например, на Фиг.4 в последнем временном интервале шесть циклов входного сигнала должны быть интегрированы для получения требуемого отношения "сигнал / шум". Данный временной интервал содержит четыре временные точки, поэтому общее число циклов входного сигнала 6×4=24. В то же время предыдущий временной интервал, имеющий лучшее отношение "сигнал/шум", требует меньшего числа циклов интегрирования входного сигнала. Как показано на Фиг.4, это число равно трем, и в течении двадцати четырех циклов входного сигнала соответствующий SHA может обработать восемь точек временной шкалы. Первый временной интервал имеет еще более высокое отношение "сигнал/шум", он требует меньшего числа циклов интегрирования входного сигнала. Как показано на Фиг.4 это число равно двум, и в течении двадцати четырех циклов входного сигнала соответствующий SHA должен обработать двенадцать точек временной шкалы. В этом случае общее число циклов входного сигнала равно двадцати четырем, и общее число точек временной шкалы также равно двадцати четырем. В случае, если интегрирование шести циклов входного сигнала будет применено ко всем точкам временной шкалы, общее требуемое число циклов входного сигнала будет равно сорока восьми. Таким образом, мы имеем двукратное преимущество по сравнению со схемой, использующей постоянное число циклов интегрирования. В случае радарного сканера это означает двукратное увеличение производительности сканера.Thus, to increase the signal-to-noise ratio, integration of the SHA output signal is used for several cycles of the input signal, while all SHAs and integrators function in each cycle of the input signal, but within the time interval corresponding to the worst signal-to-noise ratio moreover, several cycles of the input signal must be repeated at each point in the timeline, and the output signal SHA must be integrated to increase the signal-to-noise ratio. For example, in FIG. 4, in the last time interval, six cycles of the input signal must be integrated to obtain the desired signal-to-noise ratio. This time interval contains four time points, so the total number of cycles of the input signal is 6 × 4 = 24. At the same time, the previous time interval, which has the best signal-to-noise ratio, requires fewer integration cycles of the input signal. As shown in FIG. 4, this number is three, and within twenty-four cycles of the input signal, the corresponding SHA can process eight points on the timeline. The first time interval has an even higher signal-to-noise ratio; it requires fewer integration cycles of the input signal. As shown in FIG. 4, this number is two, and within twenty-four cycles of the input signal, the corresponding SHA must process twelve points on the timeline. In this case, the total number of cycles of the input signal is twenty-four, and the total number of points on the timeline is also twenty-four. If the integration of six cycles of the input signal is applied to all points of the timeline, the total required number of cycles of the input signal will be forty-eight. Thus, we have a twofold advantage over a circuit using a constant number of integration cycles. In the case of a radar scanner, this means a twofold increase in scanner performance.

Заявленный цифровой преобразователь сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки может применяться для дискретизации и обработки быстрых электрических сигналов в частности в UWB радиолокационных системах, радарных сканерах, системах локального позиционирования.The claimed digital signal converter with a heterogeneous architecture of the sample array can be used to sample and process fast electrical signals in particular in UWB radar systems, radar scanners, and local positioning systems.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.Although the above embodiment of the invention has been set forth to illustrate the present invention, it is clear to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and meaning of the present invention disclosed in the attached claims.

Claims (1)

Цифровой преобразователь сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки, содержащий соединенные параллельно с линией входного сигнала усилители выборки и хранения, набор интеграторов, соединенных с выходами усилителей выборки и хранения, набор аналого-цифровых преобразователей, соединенных с выходами интеграторов и генератор регулируемой задержки, выполненный с возможностью обеспечения функционирования каждого SHA, интегратора и ADC в соответствующие временные интервалы, отличающийся тем, что генератор регулируемой задержки содержит блок определения числа циклов, выполненный с возможностью определения числа циклов интегрирования в каждой точке временной шкалы входного сигнала в зависимости от положения обрабатываемой точки сигнала на временной шкале. A digital signal converter with a heterogeneous architecture of the sample array, comprising sampling and storage amplifiers connected in parallel with the input signal line, a set of integrators connected to the outputs of the sampling and storage amplifiers, a set of analog-to-digital converters connected to the outputs of the integrators and an adjustable delay generator, configured to ensure the functioning of each SHA, integrator and ADC at appropriate time intervals, characterized in that the adjustable delay generator with determination unit holds the number of cycles, capable of determining the number of cycles of integration in each point of the time scale of the input signal depending on the position of the processed signal point on the timeline.
RU2007140944/09A 2007-11-07 2007-11-07 Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample RU2348993C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007140944/09A RU2348993C1 (en) 2007-11-07 2007-11-07 Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007140944/09A RU2348993C1 (en) 2007-11-07 2007-11-07 Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2348993C1 true RU2348993C1 (en) 2009-03-10

Family

ID=40528779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007140944/09A RU2348993C1 (en) 2007-11-07 2007-11-07 Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2348993C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107819467B (en) Time-interleaved ADC with programmable phase
US6452518B1 (en) A-D converting apparatus, and calibration unit and method therefor
TWI488443B (en) Sensor circuit for concurrent integration of multiple differential signals and operating method thereof
USRE41730E1 (en) Method for operating a CMOS imager having a pipelined analog to digital converter
US6137432A (en) Low-power column parallel ADC in CMOS image sensors
EP2980803A1 (en) Delay circuit, electronic circuit using delay circuit and ultrasonic imaging device
US20170111054A1 (en) Method and Apparatus for Calibration of a Time Interleaved ADC
JPWO2008032695A1 (en) AD converter and AD conversion method
US6816102B2 (en) System for digitizing transient signals
US7817076B2 (en) Multiple mode digitization system for a non-destructive inspection instrument
WO2008118346A3 (en) Variable sized aperture window of an analog-to-digital converter
TWI815344B (en) Receiver
US11043956B1 (en) Analog to digital converting system, time-skew calibration method, and related computer program product
RU2348993C1 (en) Digitiser of signals with nonuniform architecture of file of sample
KR100884166B1 (en) Ad/da conversion compatible device
US10326465B1 (en) Analog to digital converter device and method for generating testing signal
Leuciuc Sampling time calibration method for multi-channel interleaved ADCs
US5526301A (en) High-speed analog acquisition including signal processing
KR20120112166A (en) Semiconductor device and method for driving the same
RU2276833C1 (en) Analog-to-digital converter unit
JP7384778B2 (en) Analog-to-digital converters and electronic devices
CN113572476B (en) Analog-to-digital conversion system and clock skew calibration method
US20120187996A1 (en) Very High Precision Device for Measuring the Time a Signal is Input
CN116299376A (en) Sonar system and signal acquisition method based on same
JPS6251317A (en) Analog-digital converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181108