Дельта-модулятор Советский патент 1984 года по МПК H03K13/22 

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и може быть применено для организации вычислительных процессов, решения задач в специализированных цифровых и аналоговых вычислительных машинах, сжатия информации для передачи в ка налах связи, сглаживания информации преобразования аналоговых величин в .цифровую форму. Известен цифровой дельта-модулятор, содержащий компаратор, выход которого соединен с реверсивным сче чиком, блок формирования второй разности, цифроаналоговый преобразо ватель, выход которого соединен с компаратором, а также распр еделител импульсов и элемент вычитания Ц . Недостаток данного устройства большая длительность протекания переходных процессов, Это объясняется тем, что первые разности изменения демодулированной функции такж как и вторые разности, являются одноквантовыми величинами. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является дел та-модулятор, содержащий блок ошибки, первый вход которого соединен с входной миной и входом блока приращения модулируемой функции, выход которого подключен к первому входу блока приращения ошибки, блоки накопления первых и вторых разностей, выход блока накопления вторых разно тей соединен с вторым входом блока приращения ошибки, с первой выходно шиной и через блок накопления первых разностей - с вторым входом бло ка ошибки и второй выходной шиной, третья выходная шина подключена к входу блока накопления вторых разно тей :21, Недостаток известного устройства низкое быстродействие, обусловленное применением кванта переменной величины в случае обработки переходных процессов. Цель изобретения - повышение быстродействия дельта-модулятора. Поставленная цель достигается тем что в дельта-модулятор, содержащий блок ошибки, первый вход которого соединен с входной шиной и входом бл ка приращения модулируемой функции, выход которого подключен к первому входу блока приращения ошибки, блоки накопления первых и вторых разнос тей, выход блока накопления вторых разностей соединен с вторым входом блока приращения ошибки,с первой выходной шиной и через блок накопления первых разностей - с вторым входом блока ошибки и второй выходной шиной третья выходная шина подключена к входу блока накопления вторых разнос тей, введены блок вычисления квадрата и умножения, первый и второй блоки сложения, первый и второй блоки умножения, блок выделения знака приращения ошибки и блок выделения знака и умножения, причем выход блока приращения ошибки соединен с входом первого блока умножения, входом блока выделения знака-приращения ошибки и через блок вычисления- квадрата и умножения подключен к первому входу первого блока сложения,.второй вход которого соединен с управляющей шиной, а выход - с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока выделения знака приращения ошибки, а выход - к первому входу второго блока сложения, при этом выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго блока сложения, третий вход которого подключен к выходу блока ошибки, а выход через блок выделения знака и умножения соединен с входом блока накопления вторых разностей. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого дельтамодулятора . Дельта-модулятор содержит входную ;1ину ,вход 1, блок 2 ошибки, блок 3 приращения модулируемой функции, блок 4 приращения ошибки, блок 5 выделения знака приращения ошибки, первый блок 6 умножения, блок 7 вычисления квадрата и умножения, блоки 8 и 9 сложения, второй блок 10 умножения, блок 11 выделения знака и умножения, блок 12 накопления первых разностей, блок 13 накопления вторых разностей, выходные шины (выходы) 14-16 и управляющую шину 17. Вход дельта-модулятора соединен с первым входом блока 2 ошибки и входом блока 3 приращения модулируемой функции. Выход последнего соединен с первым входог блока 4 приращения ошибки, вьлход которого подключен к входу блока 5 выделения знака приращения ошибки, входу первого блока б умножения на постоянную величину и входу блока 7 вычисления квадрата и умножения на постоянную величину. Выход блока 2 ошибки подключен к первому входу, а выход блока 6 - к второму входу блока 9. Выход блока 7 подключен к первому входу первого блока сложения, на второй вход которого поступает постоянная величина в виде сигнала с управляющей шины 17. Выход блока 8соединен с первым входом второго блока 10 умножения на постоянную величину, второй вход которого соединен с выходом блока 5. Выход блока 10 подключен к третьему входу блока 9сложения, выход которого соединен с входом блока 11 выделения знака и умножения На .постоянную величи ну. Выход последнего подключен к выходной шине 16 и соединен с входом блока 13 накопления вторых разностей выход которого соединен с шиной 14 дельта-модулятора, входом блока 12 накопления первых разностей и вторым входом блока 4. Выход блока 12 соединен с выходной шиной 15 дельтамодулятора и подключен к второму входу блока 2 ошибки. Работа дельта-модулятора при формировании второй разности на i-м шаге может быть описана с помощью - Ч - Ч; (1-1Ь -Y, - ,у -2). 6i2iH5 2jt l 2,-f-oi25p:isiqn)ii(l.3/ .,v%,,ct5iY, х-у(а; ,v2(o .v--l-i,... yo-4(«V2o-«((te) Здесь i - номер постоянного шага преобразования (ti, vt i to), гд 7t - постоянный шаг; у - модулируе мая функция y(t) в момент времени t У, -демодулированная функция в момент времени t ; z -ошибка (рассогласование) на i-M шаге; , vy приращения ошибки и соответствующих функций на 1-м шаге; vty - вторая разность демояулированной функции для (i+l)-ro шага, р - достаточно малая постоянная величина, принятая в качестве кванта модуляции (модуль второй разности). Целесообразно выбирать значение р таки образом,чтобы,с одной стороны,оперир ющие с этой величиной блоки дельта-мсдулятора были в наибольшей степени про сты, а с другой - обеспечивались требуемая ТОЧНОСТЬи производительность. Рассмотрим работу дельта-модулятора на i-M шаге преобразования с использованием алгоритма (1) и функ циональной схемы ;фиг. 1). По входу 1 дельта-модулятора пос тупает модулируемая функция, которая в момент времени t; имеет значе ние у . В этот же момент времени демодулированная функция имеет значение YT . Функции у -И YT проходят соответственно на первый и второй входы блока 2 ошибки, на выходе которого формируется ошибка z (1.1). Одновременно с входа 1 функция у проходит на вход блока 3 формирования приращения модулируемой функции Полученное в блоке 3 приращение поступает на первый вход блока 4 приращения ошибки, на второй вход кото рого поступает приращение чУ . Вычисления в блоке 4 выполняются в со ответствии с алгоритмом ;1. 2i . С выхода блока 4 приращения ошибки значение- г-{ проходит в блок 6, где умножается на постоянный коэффициент(1,5) ,в блок 5,где выделяется знак этого приращения sign(vzj)- ,-1j и в блок 7. В блоке 7 вычисляется квад рат (v:-i ) И осуществляется умножение на постоянную величину Vp . С выхода блока 7 полученный результат (vz ) проходит на первый вход блока 8 сложения, на второй вход которого поступает сигнал А, задающий постоянную величину (-0,125р), поступающий с управляющей шины 17. При цифровом способе реализации сигнал может быть представлен, например, последовательностью импульсов, поступающих из устройства управления. При аналоговом способе эта величина может быть задана с помощью напряжения соответствующей величины, поступающего из устройства управления. Полученный с помощью блока 8 сложения результат поступает в блок 10, в котором осуществляется умножение на () или (-1) в соответствии со знаком siEn(4z-i) На первый, второй и третий входы блока 9 сложения поступают соответственно ошибка выхода блока 2 ошибки и результаты преобразований с выходов блоков 6 и 10. На выходе блока 9 образуется значение 13(1.4), которое поступает в блок 11 выделения знака и умножения на постоянную величину. В последнем блоке 11 выделяется знак з1вп(ъ )f. +1, -IX и величина (-р) умножается знак. В результате на выходе блока 11 и выходе 16 дeльтa- 1oдyлятopa имеем вторую разность -У- г., (1-4 ). Одновременно эта разность проходит на вход блока 13 накопления вторых разностей, с выхода которого эта разность поступает на выход 14 дельтамодулятора, вход блока 12 накопления первых разностей и второй вход блока 4. Значение демодулированной функции Yi, с выхода блока 12 проходит па выход 15 дельта-модулятора и второй вход блока 2 ошибки. Выход 16 используется, например, при организации обмена информацией по каналам Связи. Все три выхода 1416 могут, использоваться, например. При организации вычислительных процессов для решения задач вычислитель ной математики. I В предлагаемом дельта-модуляторе обеспечивается сокращение переходного процесса после воздействия больших возмущений по крайней мере в несколько раз благодаря тому, что при определенных ограничениях на характер изменения модулируемой функции и постоянном кванте модуляции организуется оптимальный переходной процесс за минимальное количество шагов; в установившийся режим сле жения и устойчивая работа в этом режиме. При этом на каждом шаге осуществляется глубокое прогнозирование условий вхождения в установившийся режим слежения.

. ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР, содержащий блок О1иибки, первый вход которого соединен с входной шиной и входом блока приращения модулируемой функции, выход которого подключен к первому входу блока приращения ошибки, блоки накопления первых и вторых разностей, выход блока накопления вторых разностей соединен с вторым входом блока приращения ошибки, с первой выходной шиной и через блок накопления первых разностей - с вторым входом блока ошибки и второй выходной шиной, третья выходная шина подключена к входу блока накопления вторых разностей, о.тличающ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок вычисления квадрата и умножения, первый и второй блоки сложения, первый и второй блоки умножения, блок выделения знака приращения ошибки и блок выделения знака и умножения, причем выход блока приращения ошибки соединен с входом первого блока умножения, входом блока выделения знака приращения ошибки и через блок вычисления квадрата и умножения подключен к первому входу первого блока сложения, второй вход которого соединен с управляющей шис 9 ной, а выход - с первым входом второго блока умножения, второй вход (Л которого подключен к выходу блока выделения знака приращения ошибки, а выход - к первому входу второго блока сложения, при этом выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго блока сложения, третий вход которого подключен к выходу блока ошибки, а выход через блок выделения знака и умножения соединен с входом блока накопления вторых разностей.