Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов Советский патент 1984 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к импульсной технике и используется при аналогоцифровом преобразовании узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше центральной частоты. По основному авт.св. № 999157 известен аналого-ьщфровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовых частот, сдвиговый регистр, блок ключей, два элемента И, элементы ИЛИ, два компаратора, источник двухполярного эталонного напряжения, счетчик амплитуд счетчик фаз, два триггера, ключ,инвертор, причем первые входы компара торов соединены с входной шиной, а их вторые входы - с выходами источник эталонного напряжения, выход первого компаратора через ключ соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым входом генератора образцовых частот (выходом пусковых импульсов),вторым входом второго триггера и входами сброса счетчиков амплитуд и фаз, а выход - с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и инверсным выходом второго триггера,тре тий вход - с первым входом второго элемента И и выходом инвертора, четвертый вход - с вторым выходом генератора образцовых частот (выходом им пульсов заполнения) и вторьм входом второго элемента И, выход - с информационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме стар шего, соединены с первыми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход старше го разряда - с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соедине с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй вход с выходом старшего разряда счетчика фаз, выходы остальных разрядов которого соединены с первыми входами бло ка ключей, вторые входы которого сое динены с выходами третьих элементов ИЛИ, третий вход - с третьим выходом генератора образцовых частот (выходом импульсов считывания), а выходы - с первыми входами сдвигового регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератора образцовых частот (выходом тактовых импульсов), при этом выход вточрого компаратора соединен с первым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу счетчика фаз til . Однако известный преобразователь не может быть использован при одностороннем ограничении сигнала и при двустороннем несимметричном ограничении,так как возникающее в этих случаях смещение нулевого уровня не позволяет правильно измерить амплитуду и фазу си1- нала. Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов путем обеспечения точного измерения отсчетов амплитуды и фазы при произвольном характере ограничения сигнала но максимуму. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов введены второй и третий ключи, второй инвертор, реверсивный счетчик, селектор фронтов, элемент задержки, четвертый элемент ИЛИ, регистр памяти, цифро-аналоговый преобразователь, фильтринтегратор, первый и второй резисторы, третий компаратор, первый вход кс торого соединен с входной шиной, второй вход - с общей шиной, выход - с входом селектора фронтов, первым входом второго ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа и вторым выходом генератора образцовых частот, а выход - с входом вычитания реверсивного счетчика, вход сложения которого соединен с выходом второго ключа, а BbiKOfif - с первыми входами регистра памяти, второй вход которого соединен с выходом селектора фронтов и входом элемента задержки, а выходы с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом фильтра-интегратора, выход которого соединен через первый резистор с входной шиной, которая через второй резистор соединена с общей шиной, при этом выход элемента задержки соединена с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход, которого соединен с выходом перепелнения на сложение реверсивного счетчика, третий вход - с выходом переполнения на вычитание реверсивного счетчика, а выход - с входом сброса реверсивного счетчика. На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемоТо преобразователя на фиг.2 - временные диаграммы напря жения в некоторых точках аналого-циф рового преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов (фиг.1) содержит компараторы 1 и 2, источник 3 двухполярного эталонного напряжения, первый ключ 4, первый 5 и второй 6 триггеры,генератор 7 образцовых час тот, первый 8 и второй 9 элементы И, первыр инвертор 10, счетчик 1 1 ампли туд, первый элемент №1Н 12, счетчик 13 фаз, второй элемент ИЛИ 14,третьи элементы ИЛИ 15, блок 16 ключей,сдви говый регистр 17, третий компаратор 18, селектор 19 фронта, второй ключ 20, второй инвертор 21,третий ключ 22, реверсивньиЧ счетчик 23, регистр 24 памяти, элемент 25 задержки, цифроаналоговый преобразователь. 26, фильтр-интегратор 27, первый 28 и второй 29 резисторы. И11формационные входы компараторов 1 и 2 соединены между собой и являются входом всего преобразователя. К опорным входам компараторов 1 и 2 подключены соответственно положительный и отрицател ньй выходы источника 3 двухполярного эталонного напряжения. Вькод компара тора 1 соединен с информационным вхо дом ключа 4, у которого выход под1спю чен к первому входу триггера 5, а управляющий вход - к инверсному выхо ду триггера 6, первый вход которого соединен с выходом компаратора 3.Вто рые входы триггеров 5 и 6 подключены к первому выходу (выходу пусковых им пульсов) генератора 7, образцовых настот, имеющего еще три выхода: импуль сов заполенения, импульсов считывания и тактовых импульсов. Прямой выход триггера 5 и инверсный выход три гера 6 соединены соответственно с первым и вторым .входами элемента И 8. Прямой выход триггера 6 подключен к одному из входов элемента И 9. К остальным двум входам элементов 8 и 9 И подключены второй выход (выход импульсов заполнения) генератора 7 образцовых частот и выход инвентора 10 Выход элемента И 8 соединен с входом счетчика 11 амплитуд, а выход элемента И 9 - с однлм из входов элемента ИЛИ 12, другой вход которого подключен к выходу младшего разряда счетчика II амплитуд. Выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом счетчика 13 фаз.Шины сброса счетчиков 11 и 13 так же, как и вторые входы триггеров 5 и 6,подключены к выходу пусковых импульсов генератора 7 образцовых частот. Выходы последних разрядов счетчиков II и 13 подключены к входам элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с входом инвертора 10 и входами третьих элементов ИЛИ 15, у которых вторые входы соединены с выходами всех, кроме пос1леднего, разрядов счетчика 11 амплитуд, а выходы - с информационными входами блока 16 ключей. С остальными информационными входами блока 16 ключей соединены выходы всех, кроме последнего, разрядов счетчика 13 фаз, а управляющий вход этого блока подключен к третьему выходу (выходу импульсов считывания) генератора 7 образцовых частот. Выходы блока 16 ключей соединены с входами ячеек сдвигового регистра 17, вход тактовых импульсов которого соединен с соответствующим ВЫХОДОМ генератора 7 образцовых час-/ тот. Выход последней ячейки сдвигового регистра 17 является выходом апалого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов. Третий компаратор 18подключен к входной шине. Опорньй вход его соединен с земляной шиной, а выход подключен к входу селектора 19фронтов, управляющему входу второго ключа 20 и через инвертор 21 к управляющему входу третьего ключа 22. Информационные входы ключей 20 и 22 соединены с вторым выходом (выходом импульсов заполнения) генератора 7 образцовых частот, а их выходы - с входами сложения и вычитания соответственно реверсивного счетчика 23, выходы ячеек которого под1СлюченьГ к входам ячеек регистра 24 памяти. Управляющий вход последнего соединен с выходом селектора 19 фронтов и входом элемента 23 задержки. Выходы всех ячеек регистра 24 памяти подключены к входам цифрош1алогового преобразователя 26, выход которого соеданен с входом фильтра-интегратора 27, на выходе которого включен делитель напряжения на резисторах 28 и 29.Выход делителя напряжения соединен с входной шиной. Выход элемента 25 задержки и выходы переполнения на сложение и вычитание счетчика 23 соединены с входа1чи четвертого элемента ИЛИ 30, к выходу которого подключена шина сброса реверсивного счетчика 23. Разделительньй конденсатор, стоящий на выходе усилителя, предшествующего аналого-цифровому преобразователю узкопо лосных сигналов, соединен с входной шиной (фиг.1, штриховая линия). Через интервалы времени, обратно пропорциональные ширине спектра сигнала, с первого выхода генератора 7 образцо вых частот следуют пусковые импульсы, при появлении каждого из которых измеряется время от этого импульса до ближайшего положительного перехода сиг нала через нулевой уровень и время , в течение которого сигнал принимает значения от-Ео до + Ко в окрестности этого перехода, при этом под нулевым понимается уровень, относительно которого равны по длительности положительная и отрицательная части периода узкополосного сигнала. Если нулевой уровень на входной шине совпадает.с потенциалом общей шины, первый из ука занных временных интервалов определяет фазу сигнала, а второй - амплитуду. Так как все измерения, необходимые для определения отсчетов амплиту ды и фазы, выполняются при малых уро нях сигнала, при которых симметричное ограничение по максимуму еще не сказывается, предлагаемое устройство позволяет восстановить форму узкопо лосного сигнала после симметричного ограничения. Однако при одностороннем ограничении и несимметричном дву стороннем ограничении происходит сме щение нулевого уровня на входной шине после разделительного конденсатор (фиг. 2а). Горизонтальная штриховая линия соответствует нулевому уровню сигнала, смещенному относительно потенциала земляной шины на величину Vg, . Поскольку измерения производят ся относительно потенциала общей ши ны, смещение нулевого уровня приводи к ошибке в измерениях тем большей, чем больше Введение в устройст во элементов 18-30 и структура их включения позволяют автоматически ус ранять смещение нулевого уровня на входной шине относительно потенциала §емллной. 11 46 Устройство работает следующим образом. Сигнал с входнрй шины поступает,кроме первого и второго компараторов I и 2, еще и на информациоиньй вход третьего компаратора 18, опорный вход которого соединен с общей шиной. Если сигнал положителен относительно потенциала общей шины, на выходе компара -др 18 роявляется единица, если отрицателен - нуль (фиг. 26).Единица на выходе открывает ключ 20 и благодаря инвертору 21, закрывает ключ 22, поэтому при наличии единицы на выходе компаратора 18 реверсивный счетчик 23 работает на сложение,подсчитывая импульсы заполнения, поступающие через открытый ключ с второго выхода генератора 7 образцовых частот (фиг. 2в) . Если на выходе компаратора 18 нуль, ключ 20 закрывается, а ключ 22 открывается и через него импульсы заполнения поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 23 (фиг.2г). При каждом положительном фронте выходного напряжения компаратора 18,т.е. в конце каждого периода входного сигнала, селектор 19 фронтов формирует короткий импульс (фиг. 2г), поступающий на элемент 25 задержки и управляющий вход регистра 24 памяти.При поступлении такого импульса входы ячеек регистра 24 памяти открываются и в регистр перезаписывается число из ячеек реверсивного счетчика 23.Характер изменения числа N в реверсивном счетчике 23 показан на диаграмме фиг.2е. К концу каждого периода входного узкополосного сигнала число N равно N р- разности между числами импульсов заполнения, поступивших на входы сложения и вычитания, т.е. оно пропорционально разности длительностей положительной и отрицательной частей периода. После записи в регистре 24 .памяти число N р преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 26 в напряжение, которое усредняется фильТром-интегратором 27 за несколько (порядка десяти) периодов узкополосного колебания и через делитель на резисторах 28 и 29 поступает на входную шину в противофазе с напряжением смещения нулевого уровня VCM t автоматически приводя нулевой уровень входной шины к потенциалу общей. Короткий импульс, появляющийся на выходе селектора 19 фронтов в конце каждого периода входного

711

сигнала и обеспечиванлций перезапись показаний реверсивного счетчика 23 в регистр 24 . памяти, через элемент 25 задержки поступает на шину сброса реверсивного счетчика 23, возвращая этот счетчик в исходное состояние . Время задержки выбирается большим времени перезаписи, но меньшим интервала между импульсами заполнения . Благодаря этому к началу нового периода входного сигнала показания реверсивного счетчика 23 за предьщущий период оказьюаются зафиксированными в регистре 24 памяти, а сам счетчик - возвращенным в исходное состояние. Таким образом, каждому периоду входного сигнала соответствует описанный цикл работы. Емкость реверсивного счетчика 23 без учета знакоS

вого разряда выбирается приблизительно равной 1,2 Nyvy, где N; - число импульсов заполнения на интервале J/ При переполнении реверсивного-

счетчика на сложение или вычитание сигналы переполнения через элемент ИЛИ 30 поступают на шину сброса, приводя счетчик в исходное состояние. Таким образом изобретение благодаря автоматическому устранению смещения нулевого уровня обеспечивает эффективную работу аналого-цифрового преобразоват еля не только при симметричном ограничении узкополосного

5 сигнала по максимуму, что значительно расширяет функциональные возможности аналого - цифрового преобразователя узкополосных сигналов.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ по авт. св. № 999157, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения точного измерения отсчетов амплитуды и фазы при произвольном характере ограничения сигнала по максимуму, в него введены второй и третий ключи, второй инвертор, реверсивный счетчик, селектор фронтов, элемент задержки, четвертый элемент ИЛИ, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь, фильтр-интегратор, первый и второй резисторы,третнй компаратор, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход.- с общей шиной, а выход - с входом селектора фронтов, первым входом второго ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с вторым входом второго ключа и вторым выходом генератора образцовых частот, а выход - с входом вычитания реверсивного счетчика, вход сложения которого соединен с выходом второго ключа, а выходы - с первыми входами регистра памяти, второй вход которого соединен с выходом селектора фронтов и входом элемента задержки, а выходы - с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом фильтра-интегратора, выход которого соединен через (Л первый резистор с входной шиной, которая через второй резистор соединена с общей шиной, при этом выход элемента задержки соединен с первым вхо-с дом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения на сложение реверсивного счетчика, третий вход - с выходом переполнения на вычитание реверсивного сче тчика, а выход - с входом сброса реверсивного счетчика

,/9-г.

выл

р:;

lfe.r

/ I