SU1372617A1 - Probability a-d converter - Google Patents
Probability a-d converter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1372617A1 SU1372617A1 SU864105319A SU4105319A SU1372617A1 SU 1372617 A1 SU1372617 A1 SU 1372617A1 SU 864105319 A SU864105319 A SU 864105319A SU 4105319 A SU4105319 A SU 4105319A SU 1372617 A1 SU1372617 A1 SU 1372617A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- block
- inputs
- outputs
- bus
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных машиЛах, вычислительной технике и телеметрии. Целью изобретени вл етс повышение точности преобразовани . Цель достигаетс за счет того, что в устройство, содержащее генератор 1 случайных чисел , цифроаналоговый преобразователь 2, блок 3 элементов вычитани , блок 5 компараторов, блок 6 элементов антисовпадени , шифратор 7, введен блок 4 корректировки результата преобразовани , содержащий элемент 12 суммировани , компаратор 13 и два элемента 14 и 15 антисовпадени . Генератор 1 случайных чисел имеет треугольный закон распределени случайных чисел, при этом у цифроаналогового преобразовател 2 в два раза увеличен диапазон выходного напр жени , что обеспечивает независимость математического ожидани и дисперсии ошибок квантовани от закона распределени входного аналогового сигнала. 1 ил. (ЛThe invention relates to automation and computing and can be used in specialized computing machines, computing and telemetry. The aim of the invention is to improve the accuracy of the conversion. The goal is achieved due to the fact that a device containing a 1 random number generator, a digital-to-analog converter 2, a block of 3 subtraction elements, a block of 5 comparators, a block of 6 anti-coincidence elements, an encoder 7, a block 4 of the conversion result correction is inserted, containing a summation element 12, a comparator 13 and two anti-coincidence elements 14 and 15. The random number generator 1 has a triangular distribution of random numbers, while the digital-to-analog converter 2 has twice the output voltage range, which ensures that the expectation and variance of quantization errors are independent of the distribution law of the input analog signal. 1 il. (L
Description
////
Изобретение относитс к цифровой вычислительной и управл ющей технике , предназначено дл преобразовани аналоговых электрических сигналов в цифровую форму и может быть использовано в управл ющих вычислительных машинах, вычислительной технике и телеметрии .The invention relates to digital computing and control technology, is designed to convert analog electrical signals into digital form and can be used in control computers, computing technology and telemetry.
Цель изобретени - повышение точ- ности за счет обеспечени независимости математического ожидани и дисперсии ошибок квантовани от закона распределени входного аналогового сигнала.The purpose of the invention is to improve the accuracy by ensuring the independence of the expectation value and the variance of quantization errors on the distribution law of the input analog signal.
На чертеже представлена блок-схема веро тностного аналого-цифрового преобразовател .The drawing shows a block diagram of a probabilistic analog-to-digital converter.
Устройство содержит генератор 1 распределенных по треугольному закону случайных чисел, цифроаналоговый преобразователь 2 (ЦАП), блок 3 элементов вычитани , блок А корректировки результата преобразовани , блок 5 компараторов, блок 6 элементов анти- совпадени (ЭАС), шифратор 7, тактовую 8 и входную 9 шины, шину 10 опорных напр жений и выходную шину 11. Блок 4 корректировки результата преобразовани содержит элемент 12 суммировани , компаратор 13, первый 14 и второй 15 элементы антисовпадени .The device contains a generator of triangularly distributed random numbers, a digital-to-analog converter 2 (D / A converter), a block of 3 subtraction elements, a block A of the conversion result correction, a block of 5 comparators, a block of 6 anti-coincidence elements (EAS), an encoder 7, a clock 8 and an input 9, a bus, a bus 10 of reference voltages and an output bus 11. The conversion result adjustment unit 4 comprises a summation element 12, a comparator 13, a first 14 and a second 15 anti-coincidence elements.
Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.Analog-to-digital converter works as follows.
На входную шину 9 поступает входной сигнал U(t), который необходимо оцифровать. Каждый элемент вычитани блока 3 уменьшает этот входной сигнал на величину своего опорного уровн U; и формирует разностный аналоговый сигналThe input bus 9 receives the input signal U (t), which must be digitized. Each subtracting element of block 3 reduces this input signal by its reference level U; and forms a differential analog signal
аи, U(t) - и, , где i 1 ,2,. .. ,m который подаетс на второй вход соответствующего компаратора блока 5. Соседние опорные уровни напр жени отличаютс на посто нный дискрет MJ. Элемент 12 суммировани формирует дополнительный суммарный сигналau, U (t) - and, where i 1, 2 ,. .., m which is fed to the second input of the corresponding comparator of block 5. Neighboring reference voltage levels differ by a constant sampling MJ. Summing element 12 forms an additional sum signal.
AUo- U(t) -t- UU U(t) -t- U, необходимый дл обеспечени корректировки результата округлени малых напр жений и который подаетс на второй вход компаратора 13. На первые входы всех компараторов блока 5 и компаратора 13 с ЦАП i поступает случайное аналоговое напр жение U, распределенное по треугольному закону в диапазоне (0,2iU), дискретно мен юAUo- U (t) -t- UU U (t) -t- U, necessary to ensure the correction of the result of rounding of small voltages and which is fed to the second input of the comparator 13. To the first inputs of all the comparators of the unit 5 and the comparator 13 with the DAC i A random analog voltage U, distributed according to a triangular law in the range (0.2iU), is supplied discretely.
ю 15yu 15
20 25 ЗО 20 25 ZO
Q Q
00
5five
щеес по тактовому импульсу и посто нное в течение такта оцифровки.the clock pulse and constant during the digitization cycle.
Это случайное напр жение формируетс с помощью генератора 1 распределенных по треугольному закону случайных чисел ГС4 и ЦАП 2 после поступлени на тактовую шину 8 очередного тактового импульса, запускающего ГСЧ. В компараторах происходит сравнение этого случайного напр жени Up и разностного аналогового сигнала uU;. На выходах компараторов вырабатываетс логическа 1, если , и логический О при обратном соотношении .This random voltage is generated by the generator 1 of the random numbers GS4 and DAC 2 distributed according to a triangular law after the next clock pulse triggering the RNG is received on the clock bus 8. Comparators compare this random voltage Up and the difference analog signal uU ;. At the outputs of the comparators, logical 1 is generated, if, and logical O at the inverse ratio.
Поскольку сравнение разностей MJ; производитс со случайной величиной, мен ющейс в диапазоне 0,2uU и имеющей треугольные законы распределени , то одновременно со сравнением и происход щей при этом оцифровкой входного сигнала, т.е. получением на выходах компараторов совместного унитарного кода, осуществл етс веро тностное округление входного аналогового напр жени , в результате чего обеспечиваетс независимость математического ожидани и дисперсии ошибок квантовани от закона распределени входного аналогового сигнала. Сигналы с выходов компараторов подаютс на ЭАС блока 6 и элементов 14 и 15, которые на выходе вырабатывают логическую 1 только в случае наличи на двух входах противоположных логических сигналов (О и 1).Since the comparison of the differences MJ; produced with a random value varying in the range of 0.2uU and having triangular distribution laws, then simultaneously with the comparison and the digitization of the input signal that occurs at that, i.e. obtaining at the outputs of the comparators of a joint unitary code, probabilistic rounding of the input analog voltage is carried out, as a result of which the expectation and variance of quantization errors are independent of the distribution law of the input analog signal. The signals from the outputs of the comparators are fed to the EAS unit 6 and elements 14 and 15, which at the output produce a logical 1 only if there are opposite logical signals (O and 1) on the two inputs.
Таким образом, логическа 1 возникает только на одном ЭАС блока 6 или элементе 14 или 15, который находитс на границе перехода сигналов от 1 к О на выходах блока 5 компараторов и компаратора 13, т.е. на той, ниже которой компараторы вьфа- батьшают 1, а выше - логические О. По выходному сигналу антисовпадений блока 6 и элементов 14 и 15 шифратор 7 формирует выходной п-разр дный код, который выдаетс на шину 11.Thus, logical 1 occurs only on one EAS of block 6 or element 14 or 15, which is located at the transition boundary of signals from 1 to O at the outputs of block 5 of the comparator and comparator 13, i.e. on the one below which the comparators are typed 1, and above the logical ones O. On the output of the anti-matches of block 6 and elements 14 and 15, the encoder 7 generates an output n-bit code that is issued to the bus 11.
По сравнению с известным преобразователем предлагаемый обеспечивает независимость математического ожидани и дисперсии ошибок квантовани от закона распределени квантуемого сигнала , что повьш ает точность вычислений .Compared with the known converter, the proposed method ensures the independence of the expectation and variance of quantization errors from the distribution law of the quantized signal, which increases the accuracy of the calculations.
Докажем наличие этого свойства. Обозначают ди дискрет квантовани АЦП. Плотность веро тности распреде-We prove the existence of this property. Designate di quantizing discrete ADC. Likelihood density distribution
ленного по треугольному закону на интервале от О до 2ли случайного напр жени Ujr, с которым сравниваютс разности uU; U(t) - U; дл каждого опорного уровн U;, определ етс выражениемtriangular in the interval from O to 2 or random voltage Ujr, with which the differences uU are compared; U (t) - U; for each reference level U ;, determined by
О, при 2uU ;Oh, at 2uU;
1one
W(Uu) W (Uu)
(иут(2ли - U), приди i (iut (2li - U), come i
((
О,ABOUT,
приat
-00 .с и-00 .c and
о 0.about 0.
(1)(one)
при - 1Х - upat - 1X - up
Представл ют квантуемый сигнал U(t) в виде V juU + и, где, j 0,1..., О и Л и. Тогда, результат предварительного округлени и дальнейшей оцифровки .можно представить следуюпщм образом: Y JAU + у, где у 1ди;The quantized signal U (t) is represented as V juU + and, where, j 0,1 ..., O and L and. Then, the result of preliminary rounding and further digitization can be presented as follows: Y JAU + y, where y is 1;
i 0,1,2 и представл ет собой поправку при веро тностном квантовании, кратно иU.i 0,1,2 and is a correction for probability quantization, a multiple of U.
Поскольку ошибка округлени равна , то, не наруша общности полученных результатов, анализируют случай j 0, т.е. ,Y у, 0 .Since the rounding error is equal, the case of j 0, i.e. , Y y, 0.
Дл обеспечени единого закона округлени входного аналогового сигнала во всем диапазоне, включа малые сигналы в пределах первого дис- крета квантовани О U : AU, в АЦП используетс цепь корректировки результата оцифровки малых напр жений, построенна аналогично цепочкам анализа дл каждого опорного уровн напр жени в АЦП и содержаща элемент 12 суммировани , компаратор 13 и два элемента 14 и 15, элемент 12, совместно с положительным опорным уровнем и ли формирует суммарный сигналTo provide a uniform law of rounding of the input analog signal over the entire range, including small signals within the first quantization discrete O U: AU, the ADC uses a low voltage digitizing result adjustment circuit similar to the analysis chains for each reference voltage level in the ADC and containing the summation element 12, the comparator 13 and the two elements 14 and 15, the element 12, together with the positive reference level and whether forms a total signal
лОо u(t) - (-U) u(t) + л.и lo u (t) - (-U) u (t) + l. and
u(t) + и u (t) + and
2 2
(2)(2)
который используетс в качестве младшего разностного сигнала и подаетс на первый компаратор блока 5. which is used as a minor difference signal and fed to the first comparator of block 5.
На второй компаратор блока 5 подаетс разностный сигнал с первого элемента вычитани блока 3:The second comparator of block 5 is supplied with a difference signal from the first subtraction element of block 3:
ли, D(t; - и, u(t) - О u(t).whether, D (t; - and, u (t) - O u (t).
(3)(3)
Во всех компараторах, включа эти два компаратора, производитс сравнение своего разностного аналоговогоAll comparators, including these two comparators, compare their differential analogue
сигнала iU;, i 1,2,..., mco случайным напр жением U и вьфабаты- ваетс логический О в случаеsignal iU ;, i 1,2, ..., mco with a random voltage U and overlap the logical O in the case
с ; оwith ; about
. .
1515
2020
2525
30thirty
3535
4040
jOjO
ли; и.whether; and.
(4)(four)
4545
j; t иj; t and
и логическа 1 при обратном соотношении .and logical 1 with the inverse relationship.
В рассматриваемом случае на всех компараторах блока 5, кроме первых двух, вьфабатьгаа- ютс логические О при любом случайном напр жении Ue€(0,2&U), так как дл них всегда выполн етс соотношение (4). На выходах первого и второго компараторов блока 5 значени логических сигналов завис т от случайного напр жени Ut, причем возможны следующие комбинации выходных сигналов этих компараторов: 00, 10, 11, что соответствует поправкам при округлении О, ли, 2ли, дл определени математического ожидани т и дисперсии Gy ошибок округлени наход т веро тности формировани этих поправок Р(0), Р(1), Р(2).In the case under consideration, on all the comparators of block 5, except for the first two, the logic ga- ges O at any random voltage Ue € (0.2 & U), since relation (4) is always fulfilled for them. At the outputs of the first and second comparators of block 5, the values of logical signals depend on the random voltage Ut, and the following combinations of the output signals of these comparators are possible: 00, 10, 11, which corresponds to corrections when rounding O, Li, 2, to determine the mathematical expectation and the variances Gy of rounding errors find the probability of forming these corrections P (0), P (1), P (2).
Нулева поправка у О вырабатываетс в АЦП при одновременном по- влении на выходах первого и второго компараторов блока 5 логических О, что вьтолн етс при условии U (дл второго компаратора) и U « ли : Up (дл первого компаратора) .A zero correction O is generated in the ADC at the same time appearing at the outputs of the first and second comparators of block 5 logical O, which is fulfilled under the condition U (for the second comparator) and U "whether: Up (for the first comparator).
Веро тность по влени нулевой поправки равна веро тности вьтолнени нижнего услови и определ етс вьфажениемThe probability of occurrence of the zero correction is equal to the probability of fulfilling the lower condition and is determined by the suppression
2bU5 U2bU5 U
р(о) I w(Uf)dUu j -( AU .U iUjo bU p (o) I w (Uf) dUu j - (AU .U iUjo bU
- U)dU - U) dU
Поправка у 2iU соответствует по влению на выходах обоих компараторов логических 1. Веро тность формировани поправки у 2AU равна веро тности вьтолнени услови The correction at 2iU corresponds to the appearance at the outputs of both logical comparators 1. The probability of forming the correction at 2AU is equal to the probability of fulfilling the condition
и иand and
ГR
(6)(6)
и определ етс из следующего выражени :and is determined from the following expression:
Р(2) I W(U)dU -blVd P (2) I W (U) dU -blVd
(7)(7)
В остальных случа х формируетс поправка округлени , когда вырабатываетс логическа 1 на первом компараторе и логический О на втором компараторе. Веро тность по влени такой поправки округлени при оцифровке равнаIn other cases, a rounding correction is generated when logical 1 is generated at the first comparator and logical O at the second comparator. The probability of occurrence of such a correction rounding when digitizing is equal to
Р(1) 1 - Р(0) - Р(2) 1 - -|-jxР (1) 1 - Р (0) - Р (2) 1 - - | -jx
,,(ди-и) -.У..,, (di-i) -.U ..
(8)(eight)
Математическое ожидание т. и дисперси G опшбок округлени по найденным веро тностным определ ютс следующим образом:The expectation m. And the variance G and the roundness approximation for the found probabilities are determined as follows:
22
m - (i-uU - U) (.) (-U) Xm - (i-uU - U) (.) (-U) X
1one
X - и) + (&U - и)X - and) + (& U - and)
L 2ьиL 2i
- ..- ..
X (uU - и) - + (2uU - U) XX (uU - and) - + (2uU - U) X
Ш У W Y
ЛL
Gl (i uU - U)2.p(i) - m Gl (i uU - U) 2.p (i) - m
йУ1yu1
4 four
Таким образом, математическое ожидание m и диспер(и G ошибок округлени при оцифровке в предлагаемом веро тностном АЦП равны соответственли uu«Thus, the expectation m and var (and G rounding errors when digitizing in the proposed probabilistic ADC are equal to the corresponding uu "
но -V- и -т- и не завис т от законаbut -V- and -t- and does not depend on the law
2 ц2 c
распределени квантуемого аналогового напр жени U(t).distribution of quantized analog voltage U (t).
Независимость веро тностных характеристик (математического ожидани и дисперсии) от входного сигнала позвол ет устранить неконтролируемую поте- рю точности и дает возможность проводить компенсацию систематической ошибки при вычислени х, что ведет к повьшению точности вычислений или к снижению.требовани к высокой разр дности АЦП.Independence of probabilistic characteristics (expectation and variance) from the input signal eliminates uncontrollable loss of accuracy and makes it possible to compensate for systematic errors in the calculations, which leads to an increase in the accuracy of calculations or to a decrease in the requirement for high ADC.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864105319A SU1372617A1 (en) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | Probability a-d converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864105319A SU1372617A1 (en) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | Probability a-d converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1372617A1 true SU1372617A1 (en) | 1988-02-07 |
Family
ID=21251973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU864105319A SU1372617A1 (en) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | Probability a-d converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1372617A1 (en) |
-
1986
- 1986-06-02 SU SU864105319A patent/SU1372617A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Бахтиаров Г.Д. и др. Аналого- цифровые преобразователи.- М.: Советское радио, 1980, с. 30, 186-188. Гладкий B.C. Веро тностные вычислительные модели.- М.: Наука, 1973, с. 113-118. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4764748A (en) | Analog-to-digital conversion apparatus with dither signal | |
US6667706B2 (en) | Analog to digital converter | |
US4903026A (en) | Architecture for high sampling rate, high resolution analog-to-digital converter system | |
GB2138228A (en) | Method and circuit for measuring nonlinearity in dual flash analog to digital converter | |
US4641129A (en) | Analog to digital converter with parallel and successive approximation stages | |
US3493958A (en) | Bipolar analog to digital converter | |
US3824588A (en) | Analog to digital converter having digital offset correction | |
US4553128A (en) | Analog-to-digital converter | |
US3533098A (en) | Nonlinear analog-to-digital converter | |
SU1372617A1 (en) | Probability a-d converter | |
JPH01131918A (en) | A/d converter | |
US5084701A (en) | Digital-to-analog converter using cyclical current source switching | |
EP0310207B1 (en) | Analog-to-digital conversion apparatus | |
US20240113726A1 (en) | Time-interleaved analog to digital converter based on control of counter | |
SU1179533A1 (en) | Analog-to-digital converter | |
SU1181141A1 (en) | Analog-to-digital converter operating in residual class system | |
RU2024193C1 (en) | Analog-to-digital converter incorporating random error correction provision | |
SU1381706A1 (en) | Conveyer analog-to-digital converter | |
SU1513620A1 (en) | A-d converter into code of residual classes system | |
SU1027815A1 (en) | Analog-digital converter | |
SU1027810A1 (en) | Digital-analog converter | |
RU2110886C1 (en) | Analog-to-digital converter | |
SU1656684A1 (en) | Delta-sigma coder | |
RU18330U1 (en) | CHAIN ANALOG-DIGITAL CONVERTER (OPTIONS) | |
Abramov et al. | METHODS OF DETERMINING INTEGRAL ADC DYNAMIC CHARACTERISTICS |