Устройство преобразования аналогового сигнала в кодовые слова Советский патент 1983 года по МПК H03K13/17 

... .1 . - . Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ц| фровых анализаторах спектра, работающих в реальном масштабе времени для амплитудно-временного квантования аналоговых сигналов. По основному авт. св. W 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, усилитель-ограничитель, три преобразователя код-напряжение, устройство выделения огибающей сигнала, сумматор, дискриминатор сметчик и кодирующее устройство, причем первый вход усилителя подключен к шине аналогового сигнала, а второй вход через первый преобразователь код-напряжение 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 значения кода, а выход усилителя соединен через . задержки с первым входом блока вычита.ния 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 вычитания, первый вход которого соединен с первым входом устройства оценки погргешности, второй вход которого соединен с выходом устройства выделения огибающей сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока вычитания и через второй преобразова тель код-напряжение - с первым входо сумматора и первым выходом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом кодирующего устройства, а второй выход через третий преобразователь код-напряжение - со вторым входом устройства выделения огибающей сигнала и непосредственно со вто рым входом сумматора С1 3Указанное устройство организовано таким образом, что формирование полноразрядных кодовых слов осуществ ляется в два этапа при использовании одного кодиру1ощего устройства, причем на первом этапе формируются стар шие разряды кодовых слов, а на втором этапе - младшие разряды кодовых слов. Подобный способ формирования 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 для формирования кодовых слов по указан ному правилу используются два аналоговых ключа, на которые с синхронизатора поступают сдвинутые во времени импульсы управления. В момент коммутации аналоговых ключей образуются выбросы напряжений, которые суммируютс с сигналом И приводят к неточной фик сации значения сигнала в блоке компараторов. При значении напряжения сигнала меньше по абсолютной величине, чем амплитуда выброса в блоке компараторов фиксируется амплитуда выброса, а не амплитуда входного сиг нала, т.е. в известном устройстве имеется нерабочая зона, которая может составлять до Ц0% от всего динамического диапазона изменения 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 становится узким. Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразования 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 1А, 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 1 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 II, вход которого соединен с выходом блока вычитания. Второй вход блока 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 Н. Второй выход коммутатора 10 соединен с входом третьего преобразователя 15 код-напряжение и со вторым входом сумматора , выход которого связан со вторым входом дискриминатора 16. Первый вход дискриминатора 16 соединен с вы ходом счетчика 1 и с входом .первого преобразователя 18 код-напряжение, в ход которого подключен ко второму входу усилителя 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 преобразователя 15 код-напряжение соединен со вторым входом устройства 13 выделения огибающей сигнала, вых0д которого подключен ко второму входу устройства 5 оценки погрешности. Вход 20счетчика 17 соединен с шиной ввода заданного значения кода, а выход 21дискриминатора 1б является 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 свя зан со вторым входом кодирующего уст ройства 19. Устройство работает следующим образом. Аналоговый сигнал поступает на вход 2 усилителя 1. При этом, если осуществляется преобразование знакопеременных и отрицательных аналоговых сигналов, то зная динамический диапазон изменения сигнала, по входу 20 в счетчик 17 записывается код, со,ответствующий значению аналоговых отрицательных сигналов. Значение кода переписывается в дискриминатор 16 и в преобразователь 18. Напряжение с выхода преобразователя 18 в ка честве напряжения смещения подается на усилитель 1. Аналоговый сигнал с заданным значением пос-тоянной состав ляющей поступает на первый вход ключа 6 и через элемент 3 задержки в качестве сигнала-копии на первые вхо ды блока А вычитания и устройства 5 оценки погрешности. На второй вход ключа 6 поступают первые управляющие импульсы с синхронизатора 9, формирующего парные импульсы, временной 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 1. 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 k вычитания. Разностный сигнал (погрешность квантования) с выхода блока А вычитания 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 подается второй импульс с синхронизатора 9, который также поступает на второй вход коммутатора 10. При этом ко второму выходу коммутатора 10 подключается преобразователь 15 и вход младших разрядов сумматора . 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 2) 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 на устройство S, в котором оценивается значение погрешности преобразования аналогового сигнала (устройств отображения информации). Кодовые слова V -заданной разрядностью 0%выхода сумматора lA подаютс на второй вход дискриминатора 16 кодовых слов, сравниваются со значением кода счетчика 17i соответствующим значению постоянной составляющей с выхода усилителя 1, и разнбстное значение кодов разрядностью п+1 (с учетом знака) поступают на выход 21 устройства.. При коммутации ключами аналоговых непрерывных случайных процессов с целью их дискретизации во времени образуются выбросы напряжений, которые, складываясь(Хсйгналом,приводят к неточному двоичному кодировани В данном устройстве осуществляется стробирование не в аналоговой части устройства, а в цифровой. При для нейтрализации выбросов формируют ся задержанные на заданное время узкие стробы, в пределах которых от сутствуют выбросы и осуществляется фиксация значения данного позиционного кода в цифровой части устройства. Данное устройство по сравнению с известным, которое. пpинимaJeт j качестве базового объекта, обеспечивает расширение динамического диапазон преобразования аналоговых сигналов. Указанный положительный эффект достигается за смет того, что полностью исключается влияние выбросов напряжений на формирование значений кодовых слов. Нейтрализация выбросов напряжений позволила на «0 расширить динамический диапазон аналоговых сигналов, которые преобразуются в кодовые слова. Формула изобретения Устройство преобразования анало.гбвого сигнала в кодовые слова ро авт. св. ff 562916, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразования аналоговых си.гналов путем исключения влияния выбросов напряжений на процесс реобразования, в него введены д&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 формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу кодируЮ(цег6 устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №562916, кл. Н 03 К 13/17, 1975 (прототип).

I