SU1341716A1 - Аналого-цифровой преобразователь с самокоррекцией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании помехоустойчивых аналого-цифровых преобразователей . В устройство, содержащее элемент задержки, регистры, преобразователь код-напр жение, устройство сравнени , блок управлени , с целью расширени  области применени  за счет повышени  достоверности преобразовани  в услови х помех, увеличени  диапазона измерени  и расширени  функциональных возможностей, введены с первой по четвертую группы элементов И, элемент ИЛИ-НЕ, шины ошибки преобразовани  и установки режима работы, 2 З.П..Ф-ЛЫ, 4 ил., 1 табл; § (Л с оо 4 VM k OS

Description

11 ;5

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании помехоустойчивых аналого-цифровых преобразователей ,

Цель изобретени  - расширение области применени  за счет повышени  достоверности преобразовани  в услови х помех, увеличени  диапазона измерени  и расширени  функциональных возможностей.

На фиг. 1 и 2 приведена функциональна  схема первых шести разр дов предлагаемого устройства; на фиг.З - функциональна  схема блока управлени ; на фиг. А - схема узла Пуск-Ос танов.

Аналого-цифровой преобразователь содержит элемент 1 задержки, первую группу 2 элементов И 3-8, вторую группу 3 элементов И 9-13, первый регистр 14, второй регистр 15, третью .группу 16 элементов И 17-19, четвертую группу 20 элементов И 21-23, элемент ИЛИ-НЕ 24, преобразователь код- напр жение (ПКН) 25, устройство 26 сравнени , блок 27 управлени , тину 28 выбора режима, шину Пуск 29, входную шину 30.

Блок управлени  выполнен на узле Пуск-Останов 31, с первого по четвертый элементах И 32-35, элементе 36 запрета, элементе 37 задержки, элементе ИЛИ 38, триггере 39, переключателе 40 режима работы.

Узел Пуск-Останов вьтолнен на триггере 40, элементе И 41 и генераторе 42 импульсов.

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем.

Если необходимо, чтобы на границе смежных групп из двух разр дов (на фи1 .1 границы между смежными группами отмечены знаком ) не по вл лись единичные значени , то веса разр дов кодовых эквивалентов на выходе блока 12 св зуютс  между собой по следующему закону

2 а : , „ . при k I

Ы

(1

L

при k 2,

J,

(2)

J

 х: а и Xj числа.

1.1

X,

при начальных ус- Здесь

к.

М °- 1,1 Тпроизвольные действитель2

Согласно (I) и (2) при целых X, 1 и Xj 2 веса разр дов составл ют р д целых чисел ... 36 18, 12 6, 1 .

Первое соотношение (I) характери-. зует традиционную двоичную зависимость . Второе соотношение (2) характеризует известную избыточную зависимость (Фибоначчиевую). В отличие от Фибоначчиевой, j, k зависимость характеризуетс  значительно большим динамическим диапазоном при примерно одинаковой помехоустойчивости. Так,

например, диапазон представлени  чисел в Фибоначчиевых (Вф) и в j, k-ко- дах (Од)( ) соответственно равен Вф 233, D у, 972 при п 15, что означает k D - /D 4, и  вл етс  существенным дл  аналого-цифровых преобразователей.

При равных диапазонах Вф D предлагаемое устройство имеет значительно большее быстродействие и

меньшие аппаратурные затраты. Другим достоинством аналого-цифровых преобразователей, использующих в качестве Весов разр дов j, k-зависи- мость,  вл етс  проста  реализаци 

ПКН. В ПКН, формирующих кодовые эквиваленты на основе только зависимости (2), используетс  резистивна  матрица с иррациональными значени ми номиналов. При совместном использовании в ПКН зависимостей (1) и (2) представл етс  возможность значительно упростить структуру ПКН за счет применени  целых значений (2R - 4R; 1,5R - 3R) номиналов резистивной

матрицы. При этом сохран ютс  все

преимущества использовани  в преобразовател х кодов с естественной избыточностью .

Техническа  сущность изобретени 

заключаетс  в организации по новому св зей между регистрами, исключении сост заний при переключени х, так как установка первого и второго регистров производитс  одним сигналом

и с одинаковой задержкой по цеп м. При этом контроль операции преобразовани  протекает параллельно с выполнением основной операции.

Дл  повьппени  надежности работы

устройства (дл  исключени  по влени  ложного сигнала на втором выходе блока 27. управлени ) в состав последнего включен элемент 37 задержки, временной параметр которого зависит

от типа используемой схемы сравнени  и подбираетс  экспериментально. При этом должно выполн тьс  условие, при котором единичный сигнал по четвертому входу блока 27 управлени  поступает на третий вход элемента И 33 первым относительно сигнала на его втором входе (с выхода элемента 36 запрета).

Кроме того, в устройстве реализуютс  два режима работы. При единичном воздействии на п тый вход блока 27 по управл ющей шине 28 реализуетс  первый режим работы устройст- ва - преобразование с самокоррекцией . При этом по запускающему импульсу на шине 29 (второй вход блока 27) триггер 39 через ключ 40 устанавливаетс  в единичное состо ние, тем са мым на первых входах элементов И 33 и 35 устанавливаютс  разрешающие потенциалы. При этом генератор 42 тактовых импульсов узла Пуск-Останов переключаетс  на режим с умень- шенной частотой следовани  тактовых импульсов. Это обусловлено тем, что длительность такта в режиме с коррекцией текущего результата при обнаружении ошибки больше длительности так та без коррекции.

При нулевом воздействии по управл ющей шине 28 реализуетс  второй режим работы устройства - преобразование с самоконтролем. В этом случае триггер 39 по запускающему импульсу через ключ 40 устанавливаетс  в нулевое состо ние, тем самым блокируютс  элементы И 33 и 35. Генератор 42 тактовых импульсов узла Пуск-Оста- нов 31 переключаетс  в режим с увеличенной частотой следовани  тактовы импульсов, так как в этом случае не требуетс  дополнительного времени на коррекцию результата при ошибке.

По . единичному сигналу на соответствующей шине j, k или нескольких щи нах J, k (фиг.1) определ етс  степен важности ошибки в конце полного цикла преобразовани .

Ключ 40 может быть реализован по любой известной схеме переключател  сигнала по двум направлени м. При этом в исходном состо нии (нулевой сигнал на шине 28) входна  шина 29 подключаетс  к первой выходной шине, соединенной с входом установки в О триггера. При единичном сигнале на шине 28 входна  щина ключа 40 подклю

s 0 5 О

,.- 0 з

Q

g

чаетс  к второму выходу, соединенному с входом установки в 1 триггера 39. В соответствии с этим триггер 39 по запускающему импульсу на шине 29 будет установлен в О или 1.

Устройство работает следующим образом .

При поступлении единичного .сигнала на управл ющую шину Пуск 29 старшие разр ды регистров 14 и 15 устанавливаютс  в 1, остальные сбрасываютс  в О, Работа синхронизируетс  одним тактовым импульсом Г с выхода узла Пуск-Останов 31.

Предположим, что U, равно 32 квантам и что в первом такте на вход прибора действует отрицательна  импульсна  помеха, а преобразование провод т в режиме с самокоррекцией. Тогда в первом такте, в результате выполнени  в устройстве 26 сравнени  операции вида Uy - V с (U„ - 18), на выходе устройства 26 сравнени  формируетс  единичное значение сигнала

о/ 1 , При поступлении первого тактового сигнала Г 1 на первые входы элемента 36 запрета и первого элемента И 32, на выходе последнего форми-. руетс  единичный сигнал, который поступает на первый выход блока 27 управлени . На втором и третьем выходах блока 27 управлени  в первом такте сохран ютс  нулевые сигналы. Единичным сигналом с выхода элемента И 8 сбрасываютс  с О шестые разр ды регистров 14 и 15 и устанавливаютс  в 1 п тые разр ды, В результате в первом регистре 14 устанавливаетс  код 01 00 00, а во втором регистре 15 - код 010000. Во втором такте действи  помехи прекращаютс  и в устройстве 26 выполн етс  операци  вида

и, 7, (Uo 12).

Единичным сигналом по первому

входу блока 27 управлени  и вторым тактовым сигналом Г 2 открываетс  элемент 36 запрета. Так как триггер 39 установлен в 1, а на выходе элемента 24 ИЛИ-НЕ сохран етс  единичный потенциал, то по единичному сигналу с элемента 37 задержки через элемент ИЛИ 38 на втором выходе блока 27 формируетс  импульс, которым четвертые разр ды с выхода элемента И 12 устанавливаютс  в 1. На первом , втором и третьем входах элемента И 19 по вл ютс  единичные потенциалы , а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 24

5I3

по соответствующему входу устанавливаетс  нулевой потенциал, блокирующий по третьему входу элемент И 33.

Одновременно с этим на выходе устройства 26 вырабатываетс  сигнал

о О, как результат операции и / (Up 18). Единичным сигналом с выхода элемента 36 запрета по тактовому сигналу Г 3 через элемент ,37 задержки на вьсходе элемента И 35 фор мируетс  единичный сигнал коррекции. Единичным сигналом с третьего выхода блока 27 стробируетс  элемент И 23 и шестые разр ды регистров устанавливаютс  в 1, а п тый и четвертый

разр ды первого регистра и четвертый разр д второго регистра устанавливаютс  в О. Результат операции и / (Uo 18) в четвертом такте будет of О и по сигналу Г 4, по ука- занным правилам, на втором выходе блока.27 формируетс  единичный сигнал , которым по выходу элемента И 13 в первом и втором регистрах пам ти устанавливаютс  коды 11 00 00 и 010000 соответственно. В п том такте по результату операции 30) формируетс  сигнал |У 0.

Единичным сигналом с второго выхода блока 27 через элемент И 12 сбрасываетс  в О п тый р азр д второго регистра и устанавливаютс  в 1 четвертые разр ды регистров 14 и 15. В шестом такте сигналом с выхода элемента И 6 (операци  (,, .0/ I) . Аналогичным образом сбрасываютс  в О четвертые разр ды регистров 14 и 15 и устанавливаютс  в 1 третьи разр ды,

В седьмом такте, аналогично шее- тому (операци  , о/ I), третий и четвертый разр ды регистра 14 единичным сигналом с выхода элемента 5 И сбрасьгоаютс  в О, вторые разр ды регистров 14 и 13 устанавлива- ютс  в 1. В этом случае в восьмом такте выполн етс  операци  U.7/(U(, 32) и формируетс  сигнал с О на выходе устройства 26.

В результате в первом регистре 14 единичным сигналом с выхода элемен- та И 9 будет установлен код 11 OO l 1 а во втором регистре 15 - код 000001 В последнем, дев том такте в устройстве 26 выполн етс  операци  Ux (Ue 33), что соответствует il , С выхода элемента 3 первый разр д регистра 14 сбрасьшаетс  в

5

0 5

0 5

0 5

0 5

66

О, а единичным сигналом с пр мого выхода первого разр да регистра 15 через элемент 1 задержки останавливаетс  устройство Пуск-Останов 31.

Если в данном примере предположить , что в четвертом такте на входные цепи прибора действует втора  импульсна  помеха, причем U - U, тогда в п томр шестом и седьмом тактах в первом и втором регистрах установлены соответственно коды 10 и 000010. В седьмом такте на выходе элемента И 18 по вл етс  единичный сигнал, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 24 - нулевой. В результате единич- . ным сигналом с третьего выхода блока 27 управлени  стробируетс  элемент И 22 и содержимое первого и второго регистров 14 и 15 корректируетс  соответственно 11 00 00 и 010000.

По аналогии можно рассмотреть случай, когда за цикл преобразовани  возникают многократные помехи. При этом возможен вариант, когда ошибка не может быть исправлена (например, отказ одного или нескольких элементов устройства). Тогда анализ сигналов на шинах ошибки j,k служит основанием дл  автоматического и оперативного перевода работы устройства из режима с самокоррекцией в режим с самоконтролем.

В этом случае устройство работает следующим образом.

При подаче единичного сигнала по шине 28 триггер 39 устанавливаетс  в нулевое состо ние, тем самым блокируетс  выработка сигнала опроса схемы коррекции (элементы И 21-23) на элементе И 35 (третий выход блока 27). Одновременно устройство Пуск-Останов 31 переключаетс  на более высокую (предельную) частоту следовани  тактовых импульсов. Блокируетс  по первому входу элемент И 33. Работа устройства в этом случае ничем не отличаетс  от приведенной дл  случа , когда на третьем выходе блока 27 сохран етс  нулевой потенциал и происходит в соответствии с известным алгоритмом поразр дное уравновешивание.

Пусть, например, Uy 27. Алгоритм работы дл  этого случа  в режиме с самоконтролем представлен в виде таблицы.

7 . 1

Как видно из таблицы, результат преобразовани   вл етс  истинным, однако на младшей шине ошибки j,k с выхода элемента И 17 устанавливаетс  единичный потенциал, свидетельствующий о возникновении ошибки в цикле преобразовани .

Таким образом, введение новых элементов и указанна  организаци  св - зей позвол ют расширить функциональные возможности, повысить достоверность преобразовани  в услови х помех и увеличить диапазон измерени , что расшир ет область применени  са- мокорректйрующихс  АЦП в кодах с естественной избыточностью. Эффективность использовани  устройства заключаетс  в том, что независимо от числа помех на входе устройства или структурных сбоев результат преобразовани  в режиме с самокоррекцией будет истинным. При возникновении отказов в элементах схемы или посто нном воздействии помех на входные цепи прибора целесообразно переключение в режим с самоконтролем.

Claims (3)

1. Аналого-цифровой преобразователь с самокоррекцией в кодах с естественной избыточностью, содержащий элемент задержки, первьш и второй п-разр дные регистры, вход установ- ки в 1 старшего разр да.каждого из которых объединен соответственно с, первыми входами установки в О остальных разр дов, а пр мые выходы разр дов первого регистра соединены соответственно с входами преобразовател  код - напр жение, выход которого подключен к первому входу устройства сравнени , второй вход которого  вл етс  входной шиной, а выход соединен с первым входом блока управлени , второй вход которого  вл етс  шиной Пуск , отличающий- с   тем, что, с целью расширени  области- применени  за счет повьш1ени  достоверности преобразовани  в услови х помех, увеличени  диапазона измерени , в него введены перва  группа из п элементов И, втора  группа из п-1 элементов И, треть  и четвер- та  группы из п-3 элементов И кажда  и элемент ИЛИ-НЕ, входы которого объединены с .первыми входами элементов И четвертой группы, подключены

5 0 5

0

5 0 5 Q g

68

соответственно к выходам элементов И третьей группы и  вл ютс  шинами ошибки преобразовани , первые входы элементов И первой группы объединены и подключены к первому выходу блока управлени , а первые входы элементов И второй группы объединены и подключены к второму выходу блок а управлени , вход элемента задержки объединен с вторым входом первого элемента И первой группы и подключен к выходу младшего разрада второго регистра , а выход соединен с третьим входом блока управлени , четвертый вход ко-, торого подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, а п тый вход  вл етс  шиной выбора режима работы, вторые входы с второго по п-й элементов И первой группы и с первого по и - 1-й элементов И второй группы соответственно объединены и подключены соответственно к выходам с второго по п-й разр дов второго регистра, первые входы установки в 1 с первого по п - 2-й разр дов и вторые входы установки в О с второго по п - 1-й разр дов первого и второго регистров соответственно объединены и подключены соответственно к выходам с второго по п - 1-й элементов И первой группы, а .первый вход установки в I п-1-го разр да и второй вход установки в О п-го разр да второго регистра объединены с первым входом установки в 1 П-1-ГО разр да и входом установки в О п-го разр да первого регистра и подключены к выходу п-го элемента И первой группы, вторые входы установки в 1 с первого по п - I-и разр дов и третьи входы установки в О с второго по п-й разр дов второго регистра соответственно объединены с вторыми входами установки в 1 с первого по п-1-и разр дов первого регистра и подключены соответственно к выходам с первого по п - 1-й элементов И второй группы , первые входы с первого по n-3-й элементов И третьей группы соединены соответственно с инверсными вы ходами с четвертого по п-й разр дов первого регистра, вторые входы под-- ключены соответственно к пр мым выходам с третьего по п - 1-й разр дов первого регистра, третьи входы соединены соответственно с пр мыми . выходами с второго по п - 1-й разр  дов первого регистра, а четвертые

13

входы соответствующих четных элементов И третьей группы подключены к пр мым выходам соответствук дих четных разр дов первого .регистра,третьи входы установки в 1 четных разр - дов, кроме п-го, начина  с четвертого , первого и второго регистров объединены соответственно с четвертыми входами установки в О соответствую щих четных разр дов, начина  с второго , второго регистра, с третьими входами установки в О соответствующих четных разр дов, начина  с второго,и с третьими входами установ- ки в О соответствующих нечетных разр дов, начина  с третьего, первого регистра и подключены соответственно к выходам соответствующих нечетных элементов И, начина  с перво- го, кроме п - , четвертой группы , причем второй вход установки в 1 п-го разр да и четвертый вход установки в О п - 2-го разр да второго регистра объединены с вторым входом установки в 1 п-го разр да, с третьими входами установки в О П-1-ГО и п - 2-го разр дов первого регистра и подключены к выходу п-З-го элемента И четвертой группы, при этом третьи входы установки в 1 i + 3-х разр дов кроме п-гго (где , .., (п - 1), первого и второго регистров объединены соответственно с п тыми входами установки в

О

1-х разр дов второго регистра, с четвертыми входами установки в О i-ro, i + 1-го и i+2-го разр дов первого регистра и подключены к выходу i-ro четного элемента И четвертой группы, а выход первого элемента И первой группы соединен с вторым входом установки в О первого разр да первого регистра,

2, Преобразователь по п.1, о т - л И чающийс  тем, что блок управлени  выполнен на узле Пуск-Останов , с первого по четвертый элементах И, элементе запрета, элементе .задержки, элементе ИЛИ, триггере и

переключателе режима работы, управ

Q 5 0 5 о

5

о

g

0

1610

л ющий вход которого  вл етс  п тым входом блока управлени , первый и второй выходы соединены соответст- венно с входами установки в 1 и в О триггера, а информационный-вход объединен с первым входом узла Пуск- Останов и  вл етс  вторым входом блока управлени , третьим входом которого  вл етс  второй вход узла Пуск-Останов, третий вход которого объединен с первыми входами второго и четвертого элементов И и под ключен к пр мому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  вторым выходом блока управлени , а второй вход соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого объединен с вторьт входом четвертого элемента И и подключен к выходу элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом третьего элемента И и соединен с выходом элемента запрета, информационный вход которого объединен с первым входом первого элемента И и подключен к выходу узла Пуск-Останов , а управл ющий вход объединен с вторым входо м первого элемента И и  вл етс  первым входом блока управлени , первым выходом которого  вл етс  выход первого элемента И,третьим выходом - выход четвертого элемента И, а четвертым входом - третий

вход второго элемента И. , .

1

3. Преобразователь по п.2, о т - личающийс  тем, что узел Пуск-Останов выполнен на триггере, элементе И и генераторе импульсов, управл ющий вход которого  вл етс  третьим входом узла, а выход соединен с первым входом элемента И, выход которого  вл етс  выходом узла, , а второй вход подключен к выходу триггера, входы установки в 1 и в О которого  вл ютс  соответственно первым и вторым входами узла.

Pt/e.;

фие, 2

J8 16 15фие.З

Редактор И.Касарда

Составитель Ю.Спиридонов Техред М. Ходанич

Заказ 4444/56Тираж 90 Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Корректор С.Шекмар