Устройство для кусочно-линейной аппроксимации Советский патент 1983 года по МПК G06G7/28 

1 . Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено в информационно-измерител ным системам, цифровым вычислительным осциллографам, системам телемет рии, измерительным приборам и генер торам напряжения заданной формы для решения задачи восстановления и сгл живания дискретизированных сигналов Известны устройства для кусочнолинейной аппроксимации, в которых ис пользуют последовательно соединенные цифровую схему временного разделения входного сигнала (коммутаторы, буфер ные регистры), два цифроаналоговых преобразователя и функциональный пре образователь, выход которого является выходом устройства З.С 3 Недостатком этих устройств является низкая точность, обусловленная разомкнутостью структуры и накоплени ем погрешности преобразования. Основ ные узлы этих устройств работают в полном диапазоне входного сигнала, а это дополнительно усиливает требования по точности и быстродействию. Кроме того, ограничены функциональные возможности данных устройств, так как входным сигналом является цифровой код, т.е. такие устройства могут восстанавливать только сигналы, представленные в цифровой форме и не могут ййсстанавливать аналоговы сигналы, представленные в ; искретизированной форме. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для кусочна-линейной аппроксимации, содержащее первь й регистр, вход которого соединен с вход ной шиной устройства, а выход - с. рхсгдом первого цифроаналогового п|эеобразователя, а также через второй регистр с входом второго цифроаналогового преобразователя. Выходы обоих цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен через интегратор с первым входом сумматора-вычитателя второй вход которого подключен к выходу второго цифроаналогового преобразователя. Ключ подключен параллельно накапливающей емкости ратора. Шина управления устройства соединена с управляющим входом первого регистра и через схему распреде ления импульсов управления - с равляющими входами второго регистра и ключа С 3 J. В качестве недостатка устройства следует отметить узкий частотный диапазон, восстанавливаемого сигнала, обусловленный, во-первых, большим временем разряда накапливающей емкости интегратора, во-вторых, основная часть узлов (два цифроаналоговых преобразователя, два регистра и второй сумматор-вычитатель) работают в полном диапазоне входного сигнала и это увеличивает к ним требования по быстродействию, и, в третьих, коммутационные переходные процессы выходного напряжения цифроаналогового преобразователя, а также переходные процессы, возникающие при разряде накапливаюР1ей емкости, будут лроявляться в выходном сигнале устройства, в виде выбросов напряжения. Цель изобретения - расширение частотного диапазона восстанавлива- емого сигнала. Поставленная цель достигается тен, что в устройство для кусочнолинейной аппроксимации, содержащее первый и второй цифроаналоговые преобразователи, интегратор и сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго цифроаналогового преобразователя и выходом интегратора, введен аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен через первый цифроаналоговый. преобразователь с входом интегратора, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу сумматора, причем вход второго цифроаналогового преобразователя является цифровым входом устройства, а управляющий вход первого цифроаналогового преобразователяуправляющим входом устройства. На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для кусочнолинейной аппроксимации; на фиг. 2 временные диаграммы его работы, Уст(зойство содержит первый и второй цифроаналоговые.преобразователи 1 и 2, интегратор 3 сумматор k, аналого-цифровой преобразователь 5. На фиг. 2 на первом графике представлены входные сигналы сумматора соответственно на первом и втором входах; на втором - вь1ходной сигнал цифроаналогового преобразователя 1; на третьем - выходной сигнал всего устройства., Устройство работает следующим образом. Цифровой код поступает на вход дифроаналогового преобразователя 2, на выходе которого формируется ступенчато-изменяющееся напряжение/Допустим, в момент времени t; (фиг.2) на первом входе сумматора 4 установилось напряжение U, а уравновешива ющее напряжение обратной связи на втором входе сумматора 4 равно, нулю. Следовательно, навход аналого-цифрового преобразователя 5 поступит разность напряжений 4U-, и и преобразуется им в код N-,. После установления на входе первого цифроаналогового преобразователя 1 кода N происходит стробирование в момент времени t- входного регистра цифроаналогового преобразователя t И запись в него кода 1. В этот же момент времени t входной код принимает новое значение Njt которое,, преобразуясь вторым цифроаналоговым преобразователем 2 в напряжение 2 поступает на первый вход сумматора А, В цифроаналоговом преобразовател 1 код N преобразуется в напряжение U, равное /iU, а затем в линейноизменяющееся напряжение интеграторо 3, причем постоянная времени его вы бирается таким образом, чтоЪы через время T. в момент времени t напряжение U.. на выходе интегратора 3 стало равно . После чего на выходе сумматора Л напряжение становится равным . . AU2 U2- и которое затем преобразуется аналого цифровым преобразорателем 5 в код N и в момент времени t.последний за писывается в входной регистр цифро аналогового преобразователя 1. В это же время снова появляется приращение входного кода. Во всех последущих тактах устройство работает аналогично. Таким образом, выходное напряжение устройства представляет собой кусочно-линейную функцию времен Igb/x которая, будучи сдвинута на время Тд, совпадает с входным сигналом в моменты времени t -i-t Ч Цифроаналоговый преобразователе 1 и интегратор 3 выполнены соответственно в виде преобразователя код ток и накапливающей емкости. Такое : исполнение позволяет не только упростить устройство за счет исключения узлов, осуществляющих промежуточные преобразования тока в напряжение и наоборот, но и увеличить быстродействие, так как в тракте преобразова ния отсутствует усилитель. Имеющий, как правило, низкие динамические характеристики (большую постоянную времени ;р-у). для восстановления непрерывного сигнала x(t).необходимо провести аппроксимацию, в результате которой на каждом участке дискретизации между известными в отдельные моменты времени значениями x(t) заменяется отрезком линии, изменяющейся по определенному закону (линейному, параболическому и т.д.) . Известна (1 ) однозначная зависимость при линейном способе аппроксимации между периодом дискретизации Т и верхней частотой F восстанавливаемого сигнала x(t) , которая может быть выражена через максимальное ЗJ aчeниe своей второй производной x,;,(t) ) где -Уощ относительная погрешность аппроксимации. Для предлагаемого устройства Тд в конечном итоге определяется переходными процессами отдельных узлОв устройства, а именно цифроаналогового преобразователя 2, сумматора k и аналого-цифрового преобразователя 5. Эти переходные процессы вводятся к одному, если |эежим аналого-цифрового преобразователя 5 асинхронный. По окончании установления переходных процессов в цифроаиалоговом преобразователе 2, сумматоре 4 и аналого-цифровом преобразователе 5 стробируется в некоторый момент времени t- (фиг. 2). входной регистр ци)роаналогового преобразователя 1 (или выходной регистр аналого- цифрового преобразователя 5 )и наминается переходной процесс в цифроаналоговом преобразователе 1 и интеграторе 3 В тот же момент времени t может быть подано новое значение кода на цифроаналоговый преобразователь 2. Так как эти операции идут параллельно во времени, то период дискретизации определяется большим суммарным временем установления переходных процессов либо в цифроаналоговом преобразователе 2, сумматоре 4 и а«алого-цифровом преобразователе 5 либо в цифроаналоговом пре образователе 1 и интеграторе 3. Ка правило, из всех этих узлов интегратор 3 является самым инерционным звеном, так как выполняется на осн ве операционного усилителя (сумматор 4 представляет собой дифференциальный каскад на двух транзисторах, имеет очень малое время задержки и, как правило, является входным каскадом аналого-цифрового преобразователя 5) -. Поэтому минимальное значение Т хэпределяется временем установления суммарного п реходного процесса цифроаналогового преобразователя 1 и интегратора 3, т.е. fAmin 4- 31 где t - время установления выходного напряжения или тока цифроаналогового преобразо вателя 1; время задержки интегратора 3. Цифроаналоговый преобразователь 2 и аналого-цифровой преобразователь 5 с дифференциальным каскадом на входе имекхт значительно меньшее время установления, так как в. настоящее время возможно выполнить ци роаналоговый преобразователь с временем преобразования 20 не и погрешностью установления выходного сигнала 0,1:0,2%, а аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным каскадом на входе с погрешностью преобразования 3 (что соот 04ветствует пяти двоичным разрядам) имеет также очень малое время преобразования. Минимальный такт дискретизации устройства прототипа зависит в конечном итоге (так же как и в предлагаемом устройстве) от времени установления переходных процессов отдельных узлов устройства, а именно цифроаналоговых преобразователей, сумматора времени разряда емкости и собственной задержки, т.е. т .(3). сравнения неравенств (2) и (З) Из следует, что минимальный такт дискретизации предлагаемого устройства значительно меньше Т.-для прототипа, т.е. ЛПППТ «Т Amin Amin Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для восстановления сигнала, представленного в цифровой форме| а также в дискретной форме. Оно может быть использовано и для фильтрации непрерывного аналогового сигнала. При работе устройства с сигналом, представленным в цифровой Форме, последний поступает на вход цифроаналогового преобразователя 2, при обработке дискретного сигнала или непрерывного входной шиной устройства будет первый вход сумматора i. Цифроаналоговый преобразователь 2 при этом не используется. Дискретизация непрерывного, сигнала происходит в аналого-цифровом преобразователе 5. Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается eiie и по функциональным возможностям от известного, которое работает только с цифровым сигналом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНОЙ АПЛРОКСИМАЦЙИ/содержащее первый и второй цифрраналЬговые преобразователи, интегратор и сумматор, первый и второй входы котброго соединены соответственно с выходом второго цифроаналогоаого преобразователя и выходом интегратора, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона восстанавливаемого сигнала, в него введен . аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен через первый ГцифроаналогхОвый преобразователь с входом интегратора, а вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу сумматора, причем вход второго цифроаналогового преобразователя является цифровым входом устройства, а управляющий вход цифроана(Л логсжого преобразователя - управляющим входом устройства.