Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G01R13/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано как для измерения- постоянных электрических сигналов, следующих на фоне аддитивных случайных помех, так и для определения параметров (математического ожидания) случайных процессов,

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий формирователь случайных сигналов 5 компаратор, тактовый генератор и два счетчика причем формирователь случайных сигналов содержит генератор случайных (псевдослучайных) чисел и пробразователь код - аналог D .

Недостатками этого преобразователя являются низкие точность и быстродействие„

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является стохастический цифровой вольтметр, содержащий цифроаналоговый преобразователь, генератор шума, подключенный к первому входу компаратора, источник компенсирзпощего напряжения, состоящий из включенных последовательно управляемого источника эталонного напряжения и фильтра нижних частот, генератора импульсов, подключенного к первым входам первого счетчика и ключа, второй вход которого объединен с выходом компаратора и входом источника компенсирующего напряжения, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к входной шине уст ройства, а выход через блок управления порогом срабатывания - ко второму входу компаратора, причем выход ключа подключен к входу второго счетчика, выходы счетчиков подключены к входам цифрового делительного устройства, выход которого соединен с входом цифрового отсчетного устройства С2 .

Недостатками вольтметра являют™ ся низкие быстродействие и помехоустойчивость.

Целью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости преобразователя о

Поставленная цель достигается теМ что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, генератор импульсов, генератор щума, выход которого

соединен с первым входом первого копаратора, введены второй компаратор блок задания шага, дешифратор, элемент И-НЕ, сумматор и регистр памяти, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами компараторов и входом блока задания шага, выходы которого через дешифратор соединены с первым входом регистра памяти и непосредственно с первым входом с мматора, второй вход которого соединен с вьжодом первого компаратора и первым вхо-дом элемента И-НЕ, третий вход - с выходом второго компаратора и вторы входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым ;входом регистра памяти и первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым Е1ходом второго компаратора5 а вторые входы - с выходами сумматора и третьшвходами регистра памяти, выходы котрого соединены с четвертыми входами сумматора, при этом вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с общей и входно шинами преобразователя,а блок задания шага выполнен в виде постоянного запоминающего устройства

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, компаратор 2, блок 3 задания шага, компаратор 4, генератор 5 шума, дешифратор 6, цифроаналоговый преобразователь 7, сумматор 8, регистр 9 памяти, элемент И-НЕ 10,

Выход генератора 1 соединен с входами компараторов 2 и 4, а также блока 3, выходы которого соединены входами сумматора 8 и через дешифратор 6 - с регистром 9, который соединен также с сут шатором 8, цифроаналоговым преобразователем 7 и элементом И-НЕ 10, входы которого соединены с выходами компарато- . ров 2 и 4 и управляющими входами сумматора 8, и выход ЦАП 7 соединен с входом компаратора 2.

Преобразователь работает следующим образом.

Синхронно поступлению Ш ПУЛЬСОВ

генератора 1 производится опрос состояния Kot napaTopoB 2 и 4 и формирование с помощью блока 3 ре... 311

гулярной последовательности чисел 7. убывающих по определенному закону. В основу выбора последовательности Z- могут быть положены самые различные критерии. При этом ограничения накладываются лишь на характер последовательности - она не должна быть возрастающей. Так, например, выбор Z- из условия

7 - Z. ,

где 2 - наибольшее значение параметра х;

Ti - номер шага (тактового импульса генератора 1),

является оптимальным с точки зрения минимума дисперсии ошибки. Если ,в момент опроса состояние компараторов 2 и 4 указывает на то, что значение входного параметра превышает уровень сигнала цифроаналогового преобразователя 7. а сигнал генератора 5 превьшает нулевой уровень, то число, сформированное блоком 3, складывается в сумматоре 8 с содержимым регистра 9 памяти; в противном случае оно вычитается из содержимого регистра 9. Запись .результата алгебраического суммирования в 11АП 7 и регистр 9 производится с помощью элемента И-НЕ,анализирующего состояние компараторов 2 и 4, Преобразование заканчивается с окончанием формирования значений шага блоком 3. Результат фиксируется в .регистре 9. Следующий цикл преобразования начинается с появления на выходе блока 3 начального

кодаJ, распознаваемого дешифратором, 6, который устанавливает регистр 9 в исходное состояние.

Технико-экономический эффект от использования изобретения состоит в повьш1ении быстродействия и помехоустойчивости преобразователя.

Основные ограничения на быстродействие преобразователя вносят цифроаналоговый преобразователь 7, компараторы 2 и 4 и блок 3 Поскольку реализация последовательности 2; предполагает выполнение продолжительных по времени операций (в частности, для указанной по2т

следовательности z. --- операций деления), то наилучшим с точки зрения быстродействия решением является исполнение блока 3 в виде

95284

постоянного запоминающего устройства ПЗУ. При этом поочередное считьтание информации, записанной в ПЗУ, производится практически синхронно 5 поступлению тактовых импульсов генератора 1.

Быстродействие цифроаналоговых преобразователей и компараторов, определяемое их временем срабатыва10 ния, составляет десятки-наносекунд. Следовательно, частота тактовых им пульсов генератора 1 может состав-лять десятки мегагерц. Так как усреднение с изменяющимся шагом в

t5 данном преобразователе для обеспечения заданной точности требует меньшего, чем для прототипа, объема выборки, быстродействие существенно вьщ1е быстродействия прото20 типа.

Инструментальная погрешность преобразователя определяется погрешностью цифроаналогового преобразователя 7 и компараторов 2 и 4.

5 Цифроаналоговые преобразователи обеспечивают наибольшую точность преобразования. .

В преобразователе компараторы 2 и 4 включены по дифференциальной

Q схеме. Поэтому на результат преобразования оказьшает влияние разброс их погрешностей (имеется в виду смещение -и дрейф нуля компараторов) При этом, если использовать пару компараторов (например, К521 С А1), выполненных на одной подложке, то разброс оказывается незначительным, им практически мож-i но пренебречь.

В данном преобразователе используется комбинация метода статистических испытаний и компенсации. Однако в отличие от прототипа, здесь име5 ется канал опорного шума (компаратор 4 и генератор 5), с которым сравнивается преобразуемый параметр, В момент компенсации входного параметра сигналом цифроаналогового

0 преобразователя 7 средняя частота срабатывания компараторов 2 и 4 становится одинаковой, что может иметь место только в том случае, когда регистр фиксирует значение математи-

5 ческого ожидания входного параметра. При этом, если входной параметр постоянный, то производится его стохастическое квантование; если .на 51 преобразуемый параметр наложена гармойй(ш.ская или аддитивная случайная помеха с нулевым средним и известным законом распределения (или обе помехи действуют однбврейен но),-то влияние помех на pe3ynbTat преобразования устраняется; если на рходе преобразователя .эргодический случайный процесс, то определяется его математическое ожидание. 8ь Таким образом, предлагаемое техническое решение, основанное на комдёнсации среднего значения входного параметра сигналом цифроаналогового преобразователя 7, определяемым посредством весового усреднения результатов сравнения входного параметра с опорным шумом, позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость преобразования, сохраняя высокую точность последнего ,

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий цифроаналоговый преобразователь, генератор импульсов, генератор шума, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, отл и-чающийся тем, что, с целью повьппения его быстродействия и помехоустойчивости, в него введены второй компаратор, блок задания шага, дешифратор, элемент И-НЕ, сумматор и регистр памяти, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами компараторов и входом блока задания шага, выходы которого через дешифратор соединены с первым входом регистра памяти и непосредственно - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И-НЕ, третий вход - с выходом втогрого компаратора и вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом регистра памяти и первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, а вторые входа - с выходами сумматора и третьими входами .регистра памяти, выходы которого соединены с четвер-Лвш входами сумматора, а вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с общей и входной шинами преобразователя. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что блок задания шага выполнен в виде постоянного запоминающего устройства.