SU1005303A2 - Устройство преобразовани аналогового сигнала в кодовые слова - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых анализаторах спектра, работающих в реальном масштабе времени для амплитудно-временного квантования аналоговых Сигна- 5 лов.

По основному авт. св. Ν’ 562916 известно устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова, которое содержит усилитель, элемент задержки, блок вычитания, устройство оценки погрешности, два аналоговых ключа, блок компараторов, синхронизатор, коммутатор, усили+ель-ограничитель, три преобразователя код-напряжение, устройство выделения огибающей сигнала, сумматор, дискриминатор, счетчик и кодирующее устройство, причем первый вход усилителя подключен к шине аналогового сигнала, а второй вход через первый преобразователь код-напряжение соединен с первым входом дискриминатора, второй вход ко торого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к шине выходного сигнала, и выходом счетчика, вход которого подключен к шине ввода заданного значения кода, а выход усилителя соединен через элемент.задержки с первым входом блока вычитания и с первым входом первого аналогового ключа непосредственно, второй вход которого соединен с первым входом ¹⁰ коммутатора и первым входом синхронизатора, второй выход которого подключен к первому входу второго аналогового ключа и второму 'входу коммутатора, а выход первого аналогового ¹⁵ ключа подключен к первому входу блока компараторов, выход которого соединен с первым входом кодирующего устройства, а второй вход с выходом второго аналогового ключа, второй вход ²⁰ которого через усилитель-ограничитель соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с первым входом устройства оценки по3 1005303 4 грешности, второй вход которого соединен с выходом устройства выделения огибающей сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока вычитания и через второй преобразова- ₅ тель код-напряжение - с первым входом сумматора и первым выходом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом кодирующего устройства, а второй выход через третий преобразо- ю ватель код-напряжение - со вторым входом устройства выделения огибающей сигнала и непосредственно со в'торым входом сумматора £ 1 ].

Указанное устройство организовано таким образом, что формирование полноразрядных кодовых слов осуществи ляется в два этапа при использовании одного кодирующего устройства, причем на первом этапе формируются стар- jq шие разряды кодовых слов, а на втором этапе - младшие разряды кодовых слов. Подобный способ формирования кодовых слов существенно упростил устройство в целом, но при этом потребовалось повысить требование к элементу задержки, к усилителю-ограничителю и к синхронизации процесса обработки.

В известном устройство для форми- _эв рования кодовых слов по указанному правилу используются два аналоговых ключа, на которые с синхронизатора поступают сдвинутые во времени импульсы управления. В момент коммутации аналоговых ключей образуются вы- ** бросы напряжений, которые суммируются с сигналом И приводят к неточной фиксации значения сигнала в блоке компараторов. При значении напряжения сигнала меньше по абсолютной величи- ⁴⁰ не, чем амплитуда выброса в блоке компараторов фиксируется амплитуда выброса, а не амплитуда входного сигнала, т.е. в известном устройстве имеется нерабочая зона, которая мо- ⁴⁵ жет составлять до 40% от всего динамического диапазона изменения амплитуд сигналов. Отсюда видно, что указанное устройство не обеспечивает преобразование малых значений анало- ⁵⁰ говых сигналов в кодовые слова и, тем самым, динамический диапазон преобразований становится узким.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразования ⁵⁵ аналоговых сигналов путем исключения влияния выбросов напряжений на процесс преобразования.

Цель достигается тем, что в устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова введены два дополнительных элемента задержки, элемент ИЛИ и формирователь импульсов, при этом первый и второй выходы синхронизатора через дополнительные элементы задержки соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к_второму входу кодирующего устройства.

, ‘На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит усилитель 1, вход 2 устройства, элемент 3 задержки, блок 4 вычитания, устройство 5 оценки погрешности, аналоговый ключ 6, блок 7 компараторов, аналоговый ключ. 8, синхронизатор 9, коммутатор 10, усилитель-ограничитель 11, преобразователь 12 код-напряжение, устройство 13 выделения огибающей сигнала, сумматор 14, преобразователь 15 код-напряжения, дискриминатор 16, счетчик 17, преобразователь 18. код-напряже-; ние, кодирующее устройство 19, вход 20 устройства, выход 21.устройства, элемент 22 задержки, элемент 23 задержки, элемент ИЛИ 24 и формирователь 25 импульсов.

При этом первый вход 2 усилителя соединен с шиной входного аналогового сигнала. Выход усилителя 1 через элемент 3 задержки соединен с первым входом блока 4 вычитания и с первым входом устройства 5 оценки погрешности. Кроме того, выход усилителя 1 подключен к первому входу первого аналогового ключа 6, выход которого соединен с первым входом блока 7 компараторов. Второй вход блока 7 компараторов соединен с выходом второго аналогового ключа 8, первый вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 9 и второму входу коммутатора 10, а второй вход - к выходу усилителя-ограничителя 11, вход которого соединен с выходом блока 4 вычитания. Второй вход блока k подключен к выходу второго преобразователя 12 код-напряжение и к первому входу устройства 13 выделения огибающей сигнала. Первый выход коммутатора 10 соединен с входом второго преобразователя 12 код-напряжение и с первым входом сумматора 14. Второй выход коммутатора 10 соединен с входом

1005303 6 третьего преобразователя 15 код-напряжение и со вторым входом сумматора 14, выход которого связан со вторым входом дискриминатора 16. Первый вход дискриминатора 16 соединен с вы- 5 ходом счетчика 17 и с входом .первого преобразователя 18 код-напряжение, выход которого подключен ко второму входу усилителя 1, Первый выход синхронизатора 9 соединен со вторым вы- »о ходом аналогового ключа 6 и первым входом коммутатора 10, третий вход которого через кодирующее устройство подключен к выходу блока 7 компараторов. Выход третьего преобразова- is теля 15 код-напряжение соединен со вторым входом устройства 13 выделения огибающей сигнала, выход которого подключен ко второму входу устройства 5 оценки погрешности. Вход 20 счетчика 17 соединен с шиной ввода заданного значения кода, а выход дискриминатора 16 является выходом устройства. Первый и второй выходы синхронизатора 9 через эле- 25 менты задержки 22 и 23 соединены со- . ответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 24, выход которого . через формирователь 25 импульсов связан со вторым входом кодирующего уст-30 ройства 19.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый сигнал поступает на вход 2 усилителя 1. При этом, если ₃₅ осуществляется преобразование знакопеременных и отрицательных аналого- . вых сигналов, то зная динамический диапазон изменения сигнала, по входу 20 в счетчик 17 записывается код, ₄₀ соответствующий значению аналоговых 'отрицательных сигналов. Значение кода переписывается в дискриминатор 16 и в преобразователь 18. Напряжение с выхода преобразователя 18 в ка-_<5 честве напряжения смещения подается на усилитель 1. Аналоговый сигнал с заданным значением постоянной составляющей поступает на первый вход ключа 6 и через элемент 3 задержки в качестве сигнала-копии на первые входы блока 4 вычитания и устройства 5 оценки погрешности. На второй вход ключа 6 поступают первые управляющие импульсы с синхронизатора 9, формирующего парные импульсы, временной ⁵⁵ интервал между которыми сопряжен с временем задержки элемента 3. Аналоговый сигнал ключом 6 преобразуется в решетчатую функцию, значение выборок которой подается на вход блока 7 компараторов. Кодирование значений выборок осуществляется в реальном масштабе времени. Это достигается благодаря тому, что если значение выборки превышает уровень квантования первого и втброго компараторов, то в кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируется до тех пор, пока задержанный (элемент задержки

22) и сформированный по длительности первый синхроимпульс не поступает на вход кодирующего устройства 19. В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуется в двоичный код, который через коммутатор 10 записывается в старшие разряды сумматора 14. Кроме того, этот код поступает на вход преобразователя 12 код-напряжение, с выхода которого напряжение поступает на первый вход устройства 13 выделения огибающей сигнала и на второй вход устройства 4 вычитания.

Разностный сигнал (погрешность квантования) с выхода блока 4 вычитания поступает на усилительгограничитель 11, коэффициент передачи которого равен Ν, где N - число компараторов в блоке 7 · Усиленный разност-* ный сигнал поступает на второй вход аналогового ключа 8, на первый вход которого подаётся второй импульс с синхронизатора 9, который также поступает на второй вход коммутатора ^; 10. При этом ко второму выходу ком. мутатора 10 подключается преобразователь 15 и вход младших разрядов сумматора 14.

Выборки с выхода ключа 8 подаются на второй вход блока 7 компараторов. В кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируется до тех пор, пока задержанный (элемент задержки

23) и сформированный по длительности (формирователь 25 импульсов) второй синхроимпульс не поступает на второй вход (через элемент ИЛИ 24) кодирующего устройства 19. В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуется в двоичный код, который через коммутатор 10 записывается в младшие разряды .сумматора 14 и в виде напряжения с преобразователя 15 поступает на второй вход устройства 13 выделения огибающей сигнала.

Аналоговые сигналы с выходов элемента 3 задержки и устройства 13 выделения огибающей сигнала подаются

Ί 1005303 на устройство 5» в котором оценивается значение погрешности преобразования аналогового сигнала (устройство отображения информации).

Кодовые слова (/-заданной разряд- $ •ностыо выхода сумматора 14 подаются на второй вход дискриминатора 16 кодовых слов, сравниваются со значением кода счетчика 17» соответствующим значению постоянной составляющей . 10 с выхода усилителя 1, и разностное значение кодов разрядностью п+1 (с учетом знака) поступают на выход 21 устройства.

При коммутации ключами аналоговых 15 непрерывных случайных процессов с целью их дискретизации во времени образуются выбросы напряжений, которые, складываясьι ς/сйгналом,приводят к неточному двоичному кодированию^ В данном устройстве осуществляется стробирование не в аналоговой части устройства, а а цифровой. При этой для’ нейтрализации выбросов формируют- ся задержанные на заданное время уз- 25 кие стробы, в пределах которых от“ сутствуют выбросы и осуществляется фиксация значения данного позиционного кода в цифровой части устройст- , ва. зо

Данное устройство по сравнению с известным, которое.принимается .в качестве базового объекта, обеспечивает расширение динамического диапазона преобразования аналоговых сигналов. ₃₅ Указанный положительный эффект до стигается за счет того, что полностью исключается влияние выбросов напряжений на формирование значений кодовых слов. Нейтрализация выбросов напряжений позволила на 40% расширить динамический диапазон аналоговых сигналов, которые преобразуются в кодовые слова.

Claims (1)

1. ... .1 . - . Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ц| фровых анализаторах спектра, работающих в реальном масштабе времени дл  амплитудно-временного квантовани  аналоговых сигналов . По основному авт. св. W 562916 известно устройство преобразовани  аналогового сигнала в кодовые слова, которое содержит усилитель, элемент задержки, блок вычитани , устройство оценки погрешности, два аналоговых ключа, блок компараторов, синхронизатор , коммутатор, усилитель-ограничитель , три преобразовател  код-напр жение , устройство выделени  огибающей сигнала, сумматор, дискриминатор сметчик и кодирующее устройство, причем первый вход усилител  подключен к шине аналогового сигнала, а второй вход через первый преобразователь код-напр жение соединен с первым вхо дом дискриминатора, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к шине выходного сигнала, и выходом счетчика, вход которого подк;ж)чен к шине ввода заданного значени  кода, а выход усилител  соединен через . задержки с первым входом блока вычита.ни  и с первым входом первого аналогового кж)ча непосредственно, второй вход которого соединен с первым входом коммутатора и первым входом синхронизатора , второй выход которого подключен к первому входу второго аналогового ключа и второму входу коммутатора , а выход первого аналогового ключа подключен к первому входу блока компараторов, выход которого соединен с первым входом кодирующего устройства , а второй вход с выходом второго аналогового ключа, второй вход которого через усилитель-ограничитель соединен с выходом блока вычитани , первый вход которого соединен с первым входом устройства оценки погргешности , второй вход которого соединен с выходом устройства выделени  огибающей сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока вычитани  и через второй преобразова тель код-напр жение - с первым входо сумматора и первым выходом коммутатора , третий вход которого соединен с выходом кодирующего устройства, а второй выход через третий преобразователь код-напр жение - со вторым входом устройства выделени  огибающей сигнала и непосредственно со вто рым входом сумматора С1 3Указанное устройство организовано таким образом, что формирование полноразр дных кодовых слов осуществ л етс  в два этапа при использовании одного кодиру1ощего устройства, причем на первом этапе формируютс  стар шие разр ды кодовых слов, а на втором этапе - младшие разр ды кодовых слов. Подобный способ формировани  к довых слов существенно упростил устройство в целом, но при этом потребовалось повысить требование к элементу задержки, к усилителю-ограничителю и к синхронизации npoueicca обработки. В известном устройство дл  формировани  кодовых слов по указан ному правилу используютс  два аналоговых ключа, на которые с синхронизатора поступают сдвинутые во времени импульсы управлени . В момент коммутации аналоговых ключей образуютс  выбросы напр жений, которые суммируютс с сигналом И привод т к неточной фик сации значени  сигнала в блоке компараторов . При значении напр жени  сигнала меньше по абсолютной величине , чем амплитуда выброса в блоке компараторов фиксируетс  амплитуда выброса, а не амплитуда входного сиг нала, т.е. в известном устройстве имеетс  нерабоча  зона, котора  может составл ть до Ц0% от всего динамического диапазона изменени  амплитуд сигналов. Отсюда видно, что указанное устройство не обеспечивает преобразование малых значений анало,говых сигналов в кодовые слова и, тем самым, динамический диапазон пре образований становитс  узким. Цель изобретени  - расширение динамического диапазона преобразовани  аналоговых сигналов путем исключени  вли ни  выбросов напр жений на процесс преобразовани . Цель достигаетс  тем, что в устройство преобразовани  аналогового сигнала в кодовые слова введены два дополнительных элемента задержки, элемент ИЛИ и формирователь импульсов, при этом первый и второй выходы синхронизатора через дополнительные элементы задержки соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формировател  импульсов, выход которого подключен к второму входу кодирующего устройства. На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Устройство содержит усилитель 1, вход 2 устройства, элемент 3 задержки , блок 4 вычитани , устройство 5 оценки погрешности, аналоговый ключ 6, блок 7 компараторов, аналоговый ключ. 8, синхронизатор 9, коммутатор 10, усилитель-ограничитель 11, преобразователь 12 код-напр жение, устройство 13 выделени  огибающей сигнала, сумматор 1А, преобразователь 15 код-напр жени , дискриминатор 16, счетчик 17 преобразователь 18. код-напр же-; ние, кодирующее устройство 19, вход 20 устройства, выход 21.устройства, элемент 22 задержки, элемент 23 задержки , элемент ИЛИ 24 и формирователь 25 импульсов. При этом первый вход 2 усилител  1 соединен с шиной входного аналогового сигнала. Выход усилител  1 через элемент 3 задержки соединен с первым входом блока 4 вычитани  и с первым входом устройства 5 оценки погрешности . Кроме того, выход усилител  1 подключен к первому входу первого аналогового ключа 6, выход которого соединен с первым входом блока 7 компараторов. Второй вход блока 7 компараторов соединен с выходом второго аналогового ключа 8, первый вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 9 и второму входу коммутатора 10, а второй вход - к выходу усилител -ограничител  II, вход которого соединен с выходом блока вычитани . Второй вход блока подключен к выходу второго преобразовател  12 код-напр жение и к первому входу устройства 13 выделени  огибающей сигнала. Первый выход коммутатора 10 соединен с входом второго преобразовател  12 код-напр жение и с первым входом сумматора Н. Второй выход коммутатора 10 соединен с входом третьего преобразовател  15 код-напр жение и со вторым входом сумматора , выход которого св зан со вторым входом дискриминатора 16. Первый вход дискриминатора 16 соединен с вы ходом счетчика 1 и с входом .первого преобразовател  18 код-напр жение, в ход которого подключен ко второму входу усилител  1, Первый выход синхронизатора 9 соединен со вторым выходом аналогового ключа 6 и первым входом коммутатора 10, третий вход которого через кодирующее устройство 19подключен к выходу блока 7 компараторов . Выход третьего преобразовател  15 код-напр жение соединен со вторым входом устройства 13 выделени  огибающей сигнала, вых0д которого подключен ко второму входу устройства 5 оценки погрешности. Вход 20счетчика 17 соединен с шиной ввода заданного значени  кода, а выход 21дискриминатора 1б  вл етс  выходом устройства. Первый и второй выходы синхронизатора 9 через элементы задержки 22 и 23 -соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 2k выход которого через формирователь 25 импульсов св  зан со вторым входом кодирующего уст ройства 19. Устройство работает следующим образом . Аналоговый сигнал поступает на вход 2 усилител  1. При этом, если осуществл етс  преобразование знакопеременных и отрицательных аналоговых сигналов, то зна  динамический диапазон изменени  сигнала, по входу 20 в счетчик 17 записываетс  код, со,ответствующий значению аналоговых отрицательных сигналов. Значение кода переписываетс  в дискриминатор 16 и в преобразователь 18. Напр жение с выхода преобразовател  18 в ка честве напр жени  смещени  подаетс  на усилитель 1. Аналоговый сигнал с заданным значением пос-то нной состав л ющей поступает на первый вход ключа 6 и через элемент 3 задержки в качестве сигнала-копии на первые вхо ды блока А вычитани  и устройства 5 оценки погрешности. На второй вход ключа 6 поступают первые управл ющие импульсы с синхронизатора 9, формирующего парные импульсы, временной интервал между которыми сопр жен с временем задержки элемента 3. Аналоговый сигнал ключом 6 преобразуетс  В решетчатую функцию, значение выборок которой подаетс  на вход блока 7 компараторов. Кодирование значений выборок осуществл етс  в реальном масштабе времени. Это достигаетс  благодар  тому, что если значение выборки превышает уровень квантовани  первого и втброго компараторов, то в кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируетс  до тех пор, пока задержанный (элемент задержки 22)и сформированный по длительности первый синхроимпульс не поступает на вход кодирующего устройства 19. В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуетс  в двоичный код, который через коммутатор 10 записываетс  в старшие разр ды сумматора 1. Кроме того, этот код поступает на вход преобразовател  12 код-напр жение , с выхода которого напр жение поступает на первый вход устройства 13 выделени  огибающей сигнала и на второй вход устройства k вычитани . Разностный сигнал (погрешность квантовани ) с выхода блока А вычитани  поступает на усилителыограничитель 11, коэффициент передачи которого равен N, где N - число компараторов в блоке 7. Усиленный разностный сигнал поступает на второй вход аналогового ключа 8, на первый вход которого подаетс  второй импульс с синхронизатора 9, который также поступает на второй вход коммутатора 10. При этом ко второму выходу коммутатора 10 подключаетс  преобразователь 15 и вход младших разр дов сумматора . Выборки с выхода ключа 8 подаютс  на второй вход блока 7 компараторов. В кодирующем устройстве 19 позиционный код не формируетс  до тех пор, пока задержанный (элемент задержки 23)и сформированный по длительности (формирователь 25 импульсов) второй синхроимпульс не поступает на второй вход (через элемент ИЛИ 2) кодирующего устройства 19. В кодирующем устройстве 19 позиционный код преобразуетс  в двоичный код, который через коммутатор 10 записываетс  в младшие разр ды -сумматора 14 и в виде напр жени  с преобразовател  15 поступает на второй вход устройства 13 выделени  огибающей сигнала. Аналоговые сигналы с выходов элемента 3 задержки и устройства 13 выделени  огибающей сигнала подаютс  на устройство S, в котором оцениваетс  значение погрешности преобразовани  аналогового сигнала (устройств отображени  информации). Кодовые слова V -заданной разр дностью 0%выхода сумматора lA подаютс на второй вход дискриминатора 16 кодовых слов, сравниваютс  со значением кода счетчика 17i соответствующим значению посто нной составл ющей с выхода усилител  1, и разнбстное значение кодов разр дностью п+1 (с учетом знака) поступают на выход 21 устройства.. При коммутации ключами аналоговых непрерывных случайных процессов с целью их дискретизации во времени образуютс  выбросы напр жений, которые , складыва сь(Хсйгналом,привод т к неточному двоичному кодировани В данном устройстве осуществл етс  стробирование не в аналоговой части устройства, а в цифровой. При дл  нейтрализации выбросов формируют с  задержанные на заданное врем  узкие стробы, в пределах которых от сутствуют выбросы и осуществл етс  фиксаци  значени  данного позиционного кода в цифровой части устройства . Данное устройство по сравнению с известным, которое. пpинимaJeт j качестве базового объекта, обеспечивает расширение динамического диапазон преобразовани  аналоговых сигналов. Указанный положительный эффект достигаетс  за смет того, что полностью исключаетс  вли ние выбросов напр жений на формирование значений кодовых слов. Нейтрализаци  выбросов напр жений позволила на «0 расширить динамический диапазон аналоговых сигналов, которые преобразуютс  в кодовые слова. Формула изобретени  Устройство преобразовани  анало .гбвого сигнала в кодовые слова ро авт. св. ff 562916, отличающеес  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона преобразовани  аналоговых си.гналов путем исключени  вли ни  выбросов напр жений на процесс реобразовани , в него введены д&amp;а дополнительных элемента задержки, элемент ИЛИ и формирователь импульсов, при этом первый и второй выходы синхронизатора через дополнительные элементы задержки соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формировател  импульсов , выход которого подключен к второму входу кодируЮ(цег6 устройства . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №562916, кл. Н 03 К 13/17, 1975 (прототип).

   I