Вероятностный преобразователь аналог-код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/04 

, шину 2 тактовых Пуск, первый элеИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки информации.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности преобразования .

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит шину 1 Начальная установка

.импульсов, шину 3 ,

,мент И 4, первый 5 и второй 6 генераторы псевдослучайных чисел, первый счетчик 7,. цифроаналоговый преобразователь 8, входную шину 9, триггер 10, компаратор 11, второй элемент И 12, второй счетчик 13, выходные шины 14.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу Начальная установка первый и второй генераторы 5 и 6 псевдослучайных чисел устанавливаются в исходное состояние. По сигналу Пуск сбрасьгааются в ноль счетчики 7 и 13 и триггер 10, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 4 на входы синхронизации первого и второго генераторов псевдослучайных чисел и второй вход элемента И 12. На первый

вход этого элемента поступают сигналы 35 оД W последовательности псевдослучай- с выхода компаратора 11. Если слу- ных чисел на выходе этого генераточайное напряжение на выходе ЦАП 8 меньше, чем напряжение на входе 9 преобразователя, то на выходе компаратора формируется единичнь1Й сигнал и тактовый импульс через элемент И 12 проходит на счетньш вход счетчика 13, в результате чего содержимое счетчика 13 увеличивается на единицу. В. противном случае содержимое счетчика не измейяется. В каждом такте состояние выходов ГПСЧ 5 и 6 изменяется и на выходе ЦАП формируется новый уровень случайного напряжения, которое сравнивается с помощью компаратора 11 с преобразуемым аналоговым сигналом.

Генератор псевдослучайных чисел 5 подключенньш к входам старших разрядов ЦАП, формирует последовательность псевдослучайных чисел с периодом тактов, в которой каждое п/2 - разрядное двоичное число ветре

чаетсй один раз. Генератор 6 псевдослучайных чисел, подключенный к вхо-: дам младших разрядов ЦАП, формирует последовательность псевдослучайных

чисел с периодом М , в которой отсутствует единственное число, состоящее из п/2 нулей. По истечении времени преобразования . тактов n/2-разрядный счетчик 7 времени переполняется и триггер 10 по заднему фронту импульса на своем счетном входе устанавливается в единичное состояние. При этом выработка тактовых импульсов на выходе элемента И 4 прекращается, устройство останавливает свою работу. Результат преобразования (n/2+l)-разрядный двоичный код считывается из счетчика 13. Дополнительный (n/2+l)-и разряд счетчика 13 необходим для запоминания единиць переноса в случае вероятностного преобразования входных сигналов, близких по уровню к опорному напряжению ЦАП.

Для возобновления работы преобразователя на вход 3 устройства подается сигнал Пуск, который устанавливает в исходное состояние счетчик 13 результата и триггер 10 и инициализирует поступление тактовьк импульсов на входы 5-го и 6-го блоков элемента 12. При этом начальное состояние ГПСЧ 6 будет другим, чем в предыдущем цикле преобразования, так как пери

имеется

ра на один такт меньше, чем время образования тактов. Пусть

i ли,,, где Oil;

.

В периоде последовательности п j дослучайньгх чисел на выходе блока значений меньших, чем

1, и одно число, равное i. Этому числу, появляющемуся на выходах ГПСЧ 5, соответствует некоторое JQ число из последовательности на выходе ГПСЧ 6, которое может быть как больше, так и меньше величины j. Поэтому количество единиц, накопленных счетчиком 13 за период преобразовани тактов, равно

55

1+1 с вероятностью Р ;;7г 17

с вероятностью 1-Р.

(1)

Откуда математическое ожидание

(бвр)

1 +

1.

1 +

+ j 2

п/г

Соответственно этому ошибка пре- бразования

Первая часть выражения определяе вероятностную составляющую ошибки . преобразования , вторая часть обусловлена дискретностью ЦАПь При 1 0 Ееей :0, при -16, 2-.

Величина ь---- также лежит в предеUOH

лах О - 2 , Таким образом, погрешность, обусловленная дискретностью ЦАП, в предлагаемом устройстве ком; пенсируется составляющей f дер Р случайных входных сигналах с разброU,m оп/г

сом значений U, ,.- U „

величины

равномерно рас .п

iUgx

вер и Uen

пределены в диапазоне (0,2 ), поэтому математическое ожидание M(g) равн нулю. При преобразовании постоянных уровней напряжения ошибка не превосходит единицы младшего значащего разряда ЦАП 2 .

В известных аналогах совместно с п-разрядным цифроаналоговым преобразователем работает п-разрядный гене- ратор случайных или псевдослучайных чисел. При этом результат преобразования оценивается из тактов pa боты, а ошибка преобразования определяется по известной формуле.

Это же устройство может работать с сокращенной разрядностью ъькоцЦого кода (до п/2 разрядов). При этом время преобразования уменьшается в 2 раз ( тактов) , но погрешность :щеличивается пропорционально -J2 . В приведенном расчете при и числе разрядов выходного ко- да п/2 5 погрешность преобразова-

ния.

Р Ч95

17,:

в предлагаемом устройстве с целью повьшения точности преобразбвания

12299504

.(или быстродействия) осуществляется детерминированное преобразование основной части входного напряжения

/2 и вероятностное преобразо

Та

т

to

15

I

вание остатка .

кое разделение функций преобразователя приводит к тому, что деч-ерми- нированное преобразование осуществляется точно (с дискретностью 2 ) за N тактов. Вероятностное преобразование остатка реализуется за то .же время с погрешностью по математическому ожиданию f.

- J

1

- 2

п

вер При ЭТОМ ПО20

25

21( -1) грешность преобразования зависит толь ко от остаточной части напряжения и не превьш1ает величины , где п - разрядность ЦАП.

Таким образом, точность работы предлагаемого вероятностного преобразователя аналог - код существенно вьше соответствующих аналогов, в которых погрешность зависит от полного входного напряжения (Шу

и,

не меньшего, чем

а не от остатка по величиUon2 п 2

Если в вероятностном преобразователе с числом разрядов ЦАП погрешность преобразователя f 0,024% оценивается по математическому ожиДанию выходного кода М( ), то очевидно, что детерминированная погрешность в каждом цикле преобразования определяется разрядностью выходного кода Xggp , равной п/2, и не превышает единицы младшего значащего разряда. Соответствующая погрешность из- вестного устройства при числе разрядов выходного кода б р-оча 12,5%, что в 8 раз больше, чём у

предлагаемого устройства.

Дополнительный фактор повышения точности в предлагаемом преобразователе состоит в том, что в нем снижается практически до нуля погрешность, обусловленная конечной разрядностью ДАЛ. .Из формулы (3) видно, что эта составляющая вычитается из вероятностной составляющей погрешности

а так как обе составляю1цие

погрешности не зависят друг от друга, математическое ожидание общей погрешности преобразования С равно нулю.

. Повьшение быстродействия в предлагаемом устройстве в 2 раз по срав нению с известным достигается в случае, когда разрядность выходного кода в известном устройстве равна п. Точность работы.обоих устройств при этом примерно одинакова.

формула изобретения

Вероятностный преобразователь аналог - код, содержащий первый генератор псевдослучайных чисел, первый элемент И, первый вход которого является шиной тактовых импульсов, а выход соединен с. первым входом первого генератора псевдослучайных чисел и .счетным входом первого счетчика, выход старшего разряда которого подключен к счетному входу триггера, инверс- ный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и компаратор, второй вход которого является входной шиной, а выход соединен с первым входом вто

рого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - со счетным вхо дом второго счетчика, первый вход которого соединен с установочными входами первого счетчика и триггера и является шиной Пуск, а выходы второго счетчика являются выходными шинами, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования, в него введен второй генератор псевдослучайных чисел, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, а второй вход объединен с вторым входом первого генератора псевдослучайных чисел и является шиной Начальная .н

установка, при этом входы старших разрядов цифроаналогового преобразователя подключены к выходам первого генератора псевдослучайных чисел, а входы младших разрядов цифроана- . логового преобразователя подключены к выходам второго генератора псевдослучайных чисел.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в измерительных системах и устройствах статистической обработки информации. В устройстве с целью позьшения -точности и быстродействия первый и второй генераторы псевдослучайных чисел формируют последовательность чисел с периодами Н-2 тактов и М - 1 тактов соответственно. По сигналу Пуск сбрасываются в ноль счетчики и триггер, при этом единичный сигнал с инверсного выхода триггера разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И на входы синхронизации первого и второго генераторов и второй вход элемента И. На первый вход этого элемента поступает сигнал с выхода компаратора. Если случайное напряжение на выходе ЦАП меньше, чем напряжение на входной шине, то на выходе компаратора формируется единичный сигнал и импульс через элемент И проходит на счетный вход сметчика, в результате чего содержимое счетчика увеличивается на единицу. В противном случае содержимое счетчика не изменяется. По истечении времени преобразования N тактов h/2-. разрядный счетчик времени переполняется и триггер по заднему фронту им- аульса устанавливается в единичное состояние. Результат преобразования .снимается с-вькодных шин. 1 ил. с (О (Л IN ГО СО со ел