Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H03M1/56 

Изобретение относится к вычисли- i тельной технике и может быть использовано в устройствах ввода управляющих ЦВМ.

Цель изобретения - повьшение точности преобразования при воздействии случайной аддитивной помехи.

На .фиг. 1 изображены временные диаграммы, поясняющие сущность предоперации является формирование кода VI , соответствующего первому срабатыванию блока 7 (О. Однако код N не является достоверным из-за влияния помехи на работу блока 7. С целью повышения точности при воздействии помехи в предлагаемом способе дополнительно заполняют интервал времени от первого момента до последнего молагаемого способа (на фиг. 1а изобра- д мента совпадения входного напряжения жен процесс формирования напряжения

и напряжения развертки импульсами эталонной частоты. В результате этой операции формируется код N. , соответствующий последнему срабатыванию блока 7

развертки U ( {) и сравнение его с входным напряжением иg(-t) , на фиг. 16 график выходного напряжения блока сравнения, на фиг. 1в - процесс фор- мирования кодов М, соответствующих первому и последнему моменту равенства входного напряжения и напряжения развертки); на фиг. 2 - графики условных распределений плотности вероятности моментов срабатывания блока сравнения в зависимости от параметра , гдеТ - достоверный интервал пересеченияУр (О иУ (t), в течение которого произойдет хотя бы одно срабатьтание блока 7 ui: - время декорреляции помехи; на фиг. 3 - графики смещения законов распределения для моментов первого. и последнего равенства входного напряжения и напряжения развертки; на фиг. 4 - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый спо- ico6; на фиг. 5 - структурная электрическая схема блока управления устройства.

Устройство (фиг. 4) содержит генератор 1 импульсов, элемент И 2, триггер 3, счетчик 4 импульсов, генератор 5 напряжения развертки, блок 6 управления, блок 7 сравнения, регистры 8 и 9, сумматор 10.

Блок 6 (фиг. 5) содержит одновиб- ратор 11, тригг.еры 12 и 13, элементы И 14 и 15.

Сущность способа аналого-цифрового преобразования заключается в следующем. В момент времени t (фиг. 1а) начинает формироваться напряжение развертки Up(-t), которое сравнивается блоком 7 с входным сигналом и(1:) exop t) i дe Ug p(t) - полезная и l1 (i) - шумовая составляющие сигнала. При этом производится заполнение интервала времени .от начала развертки до момента первого совпадения вход ного напряжения и напряжения развертки, фиксируемого блоком 7 импульсами опорной частоты. Результатом этой

операции является формирование кода VI , соответствующего первому срабатыванию блока 7 (О. Однако код N не является достоверным из-за влияния помехи на работу блока 7. С целью повышения точности при воздействии помехи в предлагаемом способе дополнительно заполняют интервал времени от первого момента до последнего момента совпадения входного напряжения

и напряжения развертки импульсами эталонной частоты. В результате этой операции формируется код N. , соответствующий последнему срабатыванию блока 7

УРезультирующий код рав.ен

N :

N.

N,N,)

Предлагаемый способ позволяет достичь повышения точности преобразования при воздействии случайной аддитивной помехи по следующим причинам. Вследствие центрированности случайной |помехи и- независимости моментов пер вого И последнего срабатьюания блока 7 дифференциальные законы распределения моментов срабатывания будут симметрично смещены относительно момента достоверного cpaбaтьшaнияtg (фиг. 3) Это означает, что математические ожидания временных смещений для более раннего

%,ч-и

и более позднего t, срабаты 3

ваний будут равны по модулю. СреД;- нее значение выходных кодов N, и М можно записать в виде

bf,(f,-t,) f(-APt.

(1)

N,N,--f,(i,-t,) f,(t9-uh-t,) (2)

Среднее значение результирующего кода равно

N(, + .N2)/a o 4 up-t.,H И,(1,-ли-1,(1 -tj.fj, (3)

ао

где Тд - ис -инный интервал времени

развертки.

Из формулы (3) следует, что среднее значение результирующего кода N не зависит от входной помехи, т.е-, систематическая погрешность, обусловленная преждевременным срабатыванием блока 7 устраняется. При этом досто- верньй интервал Т должен включать в себя как минимум два интервала декорреляции, что дает возможность получения как минимум двух независимых

выборок результата сравнения, входного сигнала и развертьшающего сигнала (достоверный интервал должен не менее, чем вдвое превышать период им- пульсов эталонной частоты f). Отсюда по известным характеристикам помехи осуществляют синтез параметров АЦП.

.

Сн

де д1 - интервал декорреляции помехи, определяемьш по автокорреляционной функции помехи. ЗнаяТ .из (3) определяют значеafn m ,

лие э.талоннои частоты АЦП {

to 2/Tg..

К1 утизна развертки 5s6ff/T

(S)-.

min V

где G - среднеквадратическое значение помехи.

Зная S и j , определяют максимальное входное напряжение АЦП

.Х,.,

(6)

где h - разрядность АЦП.

При этом за счет осреднения двух обсчетов М и N + N уменьшается также случайная погрешность.

Устройство для реализации способа аналого-цифрового преобразования работает следующим .образом.

В начальном состоянии триггер 3 и триггеры 12 и 13 блока б обнулены, в регистрах 8 и 9 .записаны коды Н, и N,+N соответственно предьщущего преобразования, а на выходе сумматор 10 имеет место результирующий код предыдущего преобразования

1Ч (2 )/2

Импульс запуска, иницийрую ций начало работы устройства, поступает на перззьй вход триггера 3, на вход генератора 5, на третий вход блока 6 и на второй вход счетчика 4. При этом происходит обнуление ,счетчика 4 и установка триггера 3 в единичное состояние, которое разрешает прохождение импульсов эталонной частоты с генератора 1 через элемент И 2 на первый вход счетчика 4. Одновременно производится запуск генератора 5 и установка триггеров 12 и 13 блока 6 в единичное состояние. При этом высокие выходные уровни триггеров 12

и 13 подаются на вторые входы элементов И 14 и 15 соответственно и разрешают прохождение сигналов через них.

5 В первый момент равенства входного напряжения и напряжения разверт- ки происходит первое срабатывание блока 7, импульс с выхода которого, поступая на второй вход блока 6, за0 пускает одновибратор 11. Импульс с выхода одновибратора 11 через элементы И 14 и 15 поступает на первый и второй входы блока 6 и далее на первые входы регистров 8 и 9, осуществ-

5 ляя запись кода N , соответствующего первому срабатьгоангао блока 7 в регистры 8 и 9. По заднему фронту импульса одновибратора 11 триггер 12 устанавливается в нулевое состояние и

0 его низкий выходной уровень запрещает прохождение сигналов через элемент И 14. При каждом последующем срабаты- вании блока 7 импульсы с выхода одно- вибратора 11, проходя через элемент

5 И 15 на первый.вход регистра 9, осуществляют запись текущего кода счетчика 4 в регистр 9. При последнем срабатыван1Ш блока 7 в момент време- ни (фиг. 1) в регистр 9 записьшаетQ ся код +М . Выходные коды N,+ N регистров 8 и 9 поступают на сумматор 10, где формируется результирующей код N (,)/2 преобразования. -При переполнении счетчика 4 сигнал переполнения обнуляет триггеры 3 и 13 и запрещает прохождение сигналов через, элементы И 2 и 15. После этого устройство готово к следующему циклу преобразования.

Разрешающая способность блока 6 О

определяется в основном характеристиками одновибратора 11, который запус- .кается по переднему фронту (переход 0-1) сигнала блока 7. Функция одно- вибратора 11 заключается в нормиров- .ке выходных импульсов блока 7 по дли- тельности с тем, чтобы обеспечить на- :Дежность записи кодов в регистры 8 и 9. Запустившись от переднего фронта импульса с выхода блока 7, одно- вибра тор 11 не реагирует на импульсы блока 7 до тех пор, пока не возвратится в исходное состояние. Длитель- ность импульса одновибратора выбирается равной 1-о о .

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового пре- образ6ван Ш, включающий формирова5

5

ние напрялсения развертки, сравнение входного напряжения с напряжением , развертки, формирование первого интервала времени от момента начала развертки до момента первого совпадения напряжения развертки с входным напряжением и формирование выходного кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования при воздействии случайной аддитивной помехи, после формирования первого временного интервала осуществляют формирование второго временного интервала до момента последнего равенства входного напряжения напряжению развертки, а формирование выходного кода осуществляют по формуле

NN, (N,-t-Nj

где hj - код, соответствующий первому

временному интервалу; N - код, соответствующий второму

временному интерва11у. 2. Устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход соединен с первым входом счетчика импульсов,первьй вход триггера и вход генератора напряжения развертки объединены и являются шиной Запуск, выход генератора напряжения развертки соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которогЬ является входной шиной, о т- л и чающееся тем, что, с

целью повышения точности, в устройство введены первый и второй регистры, блок управления и сумматор, причем второй вход триггера объединен с первым входом блока управления и соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, второй вход блока управления соединен с выходом блока сравнения, второй вход счетчика импульсов и третий вход блока управления объединены и являются шиной Запуск,первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с первыми

входами первого и второго регистров, вторые входы которых соединены с соответствуюш 1ми выходами счетчика импульсов, а выходы соединены соответственно с первыми и вторьми входами сумматора, выходы которого являются выходными шинами,

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок управления выполнен на одновибраторе,

двух триггерах,, двух элементах И, первые входы первого и второго триггеров объединены и являются третьим входом блока управления, второй вход первого триггера является первым

входом блока управления, второй вход второго триггера объединен с первыми входами первого и второго элементов И и соединен с выходом одновибрато- ра вход которого является вторым входом блока управления, выходы первого и второго триггеров соединены соответственно со вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока управле

ния.

/ I

/Vf

t tf f

тм,

л-

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах ввода управляющих ЦВМ. Изобретение позволяет повысить точность преобразования при воздействии случайной, аддитивной помехи. Это достигается тем, что формируется напряжение развертки с помощью генератора напряжения развертки. -Сравнивается входное напряжение с напряжением развертки с помощью блока сравнения. Заполняется интервал времени от момента начала развертки до момента первого совпадения входного напряжения и напряжения развертки импульсами эталонной частоты от генератора импульсов, которые под- считьшаются счетчиком импульсов.После первого совпадения входного напряжения и напряжения развертки продолжают заполнять импульсами эталонной частоты временной интервал до момента последнего совпадения входного напряжения и напряжения развертки. Формируют выходной код с помощью регистров, блока управления, сумматора как полусумму числа импульсов эталонной частоты за интервалы времени от момента начала развертки до моментов первого и последнего совпадений входного напряжения и напряжения развертки. 2 с.п.и 1 з.п.ф-лы, 5 ил. с (Л 1чЭ 00 О)

50

P(Nf7}

ГУ

1в

вхоЗ

f-

Janycft

If-

.

Редактор A. Ревин

фИ9.Ь

Составитель А. Титов

Техред И.Попович Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2660/57Тираж 816 - „ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4