Способ восстановления дискретизированных по времени аналоговых сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H03K9/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в многоканальных системах сбора и обработки аналоговых сигналов.

Целью изобретения является ослаб- леПие демодуляционных искажений и повышение точности восстановления аналогового сигнала.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для реализации способа восстановления дискретизиро- ванных по времени аналоговых сигналов; на фиг, 2 временные диаграммы работы предлагаемого устройства.

Способ восстановления дискрети- зированных по времени аналоговых сигналов, представленных в виде последовательности импульсов долтельнос- тью t , с периодом повторения Т и коэ( МОДУЛЯЩ-1И т, включает усиление входного сигнала, формиро- вание п дополнительных последовательностей импульсов, коэсМшциент модуляции, период повторения и середины импульсов в .которых совпадают с ко- Э М МЦнентом модуляции, периодом повторения и серединами соответствующих импульсов исходной последовательности, а амплитуды-и. и длительности t. импульсов соответствующих до- пол штельнь х последовательностей выб;)аны из условия

1 Г

L Ц sin klI-тf -- О, k 1,,2,.,,,п,

1 1 Jсуммирование соответствующих иьшуль- сов дЬполнительных последовательностей и низкочастотную фильтрацию результата с уммир о в а НИИ.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит усилитель 1 с программируемым усилением, инвертор-повторитель 2, двухпозицион- ный аналоговый переключатель 3, фильтр 4 нижних частот, и синхронный блок 5 управления, при этом вход усилителя 1 соединен с входной шиной а выход с входом инвертора-повторителя 2, вход и выход которого соединены с входами двухпозиционного аналогового переключателя 3, выход которого соединен с фильтром 4 ниж- 1П-1Х частот, выход которого соединен с выходной шиной, а выходы синхронного блока 5 управления соединены с соответствуюищми управляющими входами усгшителя 1 идвухпозищгонного аналогового переключателя 3.

. 2315972

Усилитель 1 с управляемым коэффициентом усиления может быть выполнен на операционном усилителе постоянного тока, цепь обратной связи которо- 5 го состоит из набора резисторов, подключенных к усилителю при помощи ключей, управляемых выходными сигналами синхронного блока 5 управления.

Длительности импульсов отдельных 10 дополнительных последовательностей выбираются исходя из удобства их формирования, например кратными между собой, при выполнении условия Е. .

Способ восстановления дискретизи- 15 рованных по времени аналоговых сигналов основан на следующих предпосылках.

Для исходного сигнала с амплитуд- но-иж1ульсной модуляцией (AliM), сни- 20 маемого, например, с тензомоста с

импульсным питанием, частотный спектр можно представить выражением

25

U(f) Ц

+ 211 Ft +

+ 2Ц

:, .J.

+ и, га

К--1

sin kH.ф

sin kTfli

cos 211 kft +

K-1 kH

cos 2TT(kf +

F)t,

(1)

где - амплитуда немодулированных

импульсов;

I,и Т - соответственно длительность и период следования импульсов;

m - коэффициент модуляции; f - частота следования импульсов (f );

F - частота модулирующего (диск- ретизируемого) сигнала.

Выражение (1) формально записано для гармонического модулирующего сигнала, но оно справедливо и для сложного модулирующего сигнала. Из спектра сигнала с АИМ следует, что из-за широкополосности первичного сообщения к демодуляционным ис7 :ажениям могут привести составляющие вида kf, kf ± F, оказывающиеся в полосе ФНЧ. Таким образом, для исключения рассматриваемых демодуляционных искажений, обусловленных широким спектром первичного сообщения, необходимо в сформированном импульсном сигнале с

АИМ исключить составляющие спектра вида (kf, kf ± F), где k принимает значение от 1 до п.Величинапопределиется максимальной частотой спектра исходного сообщения, когда при состав ляющие вида (kf ,kf+F) не 1«эпадают в полосу ФНЧ и не приводят к демодуля- ционным искажениям. При условии, что все последовательности импульсов имеют одинаковые начальные фазы, равные нулю, составляющие спектров каждой последователбности на одинаковых частотах имеют и одинаковые начальные фазы, равные нулю.

Дпя таких условий нетрудно подоб- рать параметры (амплитуды и длительности дополнительных импульсных последовательностей) , при которых составляющие вида kf, kf + F из спектра преобразованного сигнала исключаются

Б частности, для исключения составляющих f, f t F(k 1) необходимо, чтобы составляющие с частотами f, f .+ F спектра каждой из п импульсных последовательностей взаимно пог- лощались. Это условие с использованием вьфажения (1) для каждой из п импульсных последовательностей принимает следующий вид:

л -vц sinTI - + U jSinT +,..., и. sinTf +

л.

+ ,..., 0,(2)

где индексы i соответствуют параметрам i-ой импульсной последовательности (первой здесь является исходная последовательность).

Условием исключения составляю1цих вида 2f, 2f + F (k 2) является следующее:

U sin2Ti + U sin2Tf +,...,

.+ U; sin2TI i +,...,+ 2ll

0.

Аналогичные условия можно составить и для других составляющих спектра вида kf, kf ± F с целью их исключения..

Поставленным условиям отвечает система уравнений вида (2) и (3) и т.д., которая в компактной форме для общего случая может быть записана как

и . ZTU: sin kii -гЬ о, k 1,2,...,п

(4)

- - 5 юJ5 . 20

2530

+

40

45

.

50

55

По этой формуле вычисляются амплитуды импульсов дополнительных последовательностей, а число этих последовательностей выбирается исходя из требуемого числа исключаемых из спектра гармоник.. Просуммировав , вновь сформированные импульсные сиг- 1алы на выходе фильтра Н1{жних частот можно восстановить исходньц аналоговый сигнал с минимальныг-ш демодуля- ционньп ш искажениями и высокой точностью.

Устройство для реализации способа восстановления дискретизированных по времени аналоговых сигналов работает следующим образом.

Синхронный блок 5 управления вьфабатывает сигналы управления синхронно с им пульсами дискретизирован- ного по времени аналогового сигнала. Указанные сигналы управления воздействуют на усилитель 1 с программируемым усилением, подключая в цепь его обратной связи через управляемые ключи различные резисторы, величины которых определяются при изготовлении устройства- для конкре. обрабатываемых сигналов. Однако такой усилитель обеспечивает программируемый коэффициент усиления только одного знака (в данном случае отрицательного) . Для полкчения коэффициента усиления другого знака к его выходу подключен инвертор-повторитель 2 сигнала.

Дополнительные последовательности .импульсов требуемой структуры формируются из входных импульсов дискретизирова}1ного по времени аналогового сигнала на аналоговом входе двухпозиционного переключателя 3, управляемого от синхронного блока 5 управления. При этом к входу фильтра 4 1П-1ЖНИХ частот подключается с помощью переключателя 3 либо выходной сигнал усилителя 1 с программируемым усилением, либо тот же си1- нал, прошед1 1ий через инвертор-повторитель 2 сигнала. В результате на входе фильтра 4 обеспечивается формирование суммы последовательностей импульсов, требуемых д.пительностей и амплитуд с учетом полярности (знака).

Предлагаемое устройство, благодаря возможности программирования, является достаточно универсальным и легко перестраивается под различные структуры обрабатьшаемого сигнала.

TaKviM образом, формирование дополнительных последовательностей импульсов позволяет исключить из спектра сигнала исходной последовательпос ти импульсов наперед заданные гармоники и спектральные зоны вокруг них, что и приводит к ослаблению демодуляционных искажений и повьше- )Н1ю точности восстановления аналогового сигнала Кроме того, поскольку реальные импульсы, образующие AHJ l имеют конечную длительность и фактически каждый из ГП-1Х включает в свой состав, по крайней мере, больше чем один отсчет, то, используя предлагав способ, можно СНИЗИТЬ частоту дискретизации исходной модулирован- lioi t последовательности, что в свою очередь позволяет увеличивать число каналов в многоканальных системах передачи и обработки, аналоговых сигналов.

Ф о р, м у л а изобретен и .я

1. Способ восстановления дискре- тизпрованных по времени аналоговых сигналов, представленных: в виде последовательности импульсов длительностью t с периодом повторения Т и коэффициентом модуляции m , включающий усиление входного сигнала, и iH-i3- кочастотную фильтрацию, о т л и ч а- ю щ и it с я тем, что, с целью ослаб . демодуляциомных искажений и попыашния точности восстановления аналог ового сигнала, заменяют исход

кую последовательность импульсов п Дополнительными носледовательноетя- ми импульсов, суммируют их и подвергают низкочастотной фильтрации, причем коэф4)ициент модуляции, период повторения и середины импульсов дополнительных последовательностей Совпадают с коэф(1 ициентом модулян и, периодом повторения и серединами соответствующих импульсов исходной последовательности, а ампдитуды Ы/ и длительности , импульсов соответствующих дополнительных последовательностей выбирают из условия

Sihl

IV

Т. --0, К-10

2. Устройство для восстановления, дискретизированных по времени ана- логовьпк сигналов, содержащее усилитель и фильтр нижних частот, отличающееся тем, что в него дополнительно вредено синхронный блок управления, инвертор-повторитель сигналов и двухпозиционный аналоговый переключатель, при этом выход усилителя соединен с входом инвертора-повторителя сигналов, вход и выход которого соединены с входами двухпозиционного аналогового переключателя, выход которого соединен с, фильтром нижних частот, а выходы синхронного блока управления соединены с соответствующими унравляющими входами усилителя и двухпозиционного аналогового переключателя.

физ.2

Изобретение может быть использовано в многоканальных системах сбора и обработки аналоговых сигналов. Цель изобретения - ослабление демоду- ляционньк искажений и повьпление точности восстановления аналогового сигнала. Способ восстановления дискретизированных по времени аналоговых сигналов, представленных в виде последовательности импульсов длительностью t , с -периодом повторенияТ и коэффициентом модуляцииt-n , включает усиление входного сигнала, формирование и-дополнительных последовательностей импульсов, коэффициент модуляции; период повторения и середины импульсов в которых совпадают с коэффициентом модуляции, периодом повто- релия и середины соответствующих импульсов исходной последовательное- тн и низкочастотную фильтрацию результата суммирования исходной и дополнительных последовательностей. Устройство для осуществления способа содержит усилитель 1 с программируемым усилением, инвертор-повторитель 2, двухпозиционный аналоговый переключатель 3, фильтр 4 нижних частот, синхронный блок 5 управления. 2 с;п. ф-лы, 3 ил. о 3 О) ю со Вжод СП (;о фйг.1