Способ аналого-цифрового преобразования Советский патент 1987 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой

i)

обработкой информации.

Цель изобретения - уне;н1чение динамического диапазона, повышение точности и быстродействия преобразования,

На чертеже предстат лена функцио- ю нальная схема устройства, реализующая способ аналого-цифрового преобразования .

Устройство содержит два масштабирующих преобразователя I и 2, два i; сумматора 3 и 4, источник 5 опорных сигналов, блок 6 сравнения и блок 7 формирования выходного кода.

Устройство рабсэтает следующим образом.20

Масштабирующие преобразователи 1 и 2, на входы которых поступает преобразуемый сигнал X формируют соответственно масщтабированные сигналы с коэффициентами а, и Ь,.

Сигналы с выходов преобразователей где 1 и 2 поступают на первые входы соответственно первого 3 и второго 4 сумматоров. С источника 5 опорных сигналов на вторые входы сумматоров 3 и 4 ЗО поступают соответственно первый а и второй Ь(, опорные сигналы. Сигнал с выхода сумматора 3, равный а, % поступает на первый вход блока 6 сравлы может быть выбрана любая из четырех ветвей равносторонней гиперболы. При зтом относительная погрешность

квантования из выражения

Л может быть определена

г

где 0.

(Ь

Ь, ; ) - Им )

о:

Ь,,)(Ч+Ь,.,).

(2)

- нижняя и верхняя границы диапазона преобразования; N - число дискретов квантовагп

НИЯ .

Выразив из (2) относительные погрешности с1 И с на границах диапазона преобразования и взяв их произведение, получим

л -

(D - 1)

П

(3)

где D Х- / г,

Обозначив

- динамический диапазон преобразования.

G о, I , (4)

6 и -т

- максимальное значение отно- сительной погрешности, получим выражение

С (D -

(5)

которое связывает между собой три основных параметра аналого-цифрового преобразования: максимальную относи- нения, на второй вход которого с вы- 5 тельную погрешность дискретности , хода сумматора 4 поступает сигнал динамический диапазон D и необходим ое

для данного преобразования число дисb : + bg. В блоке 6 сравнения осуществляется регулирование сигнала Ь х до момента его равенства с сигналом

кретов Nj, определяющее сложность к быстродействие преобразователя. Чем

а, х +

о

т.е,

к(ь,, + ь„)

а, t;+ .а„,

Результат сравнения (коэффициент к) поступает в блок 7 формирования выходного кода. В блок 7 предварительно занесены значения величин в;,, а , Ь и Ь, . В качестве блока 7 формирования выходного кода может быть

использована ЭВМ. Значение выходного значение критерия качества. По- кода определяется по формуле

(Kb, -а о)/(а, -Kb,)

N

(1)

скольку в знаменателе выражения (4) находится максимальная относительная погрешность квантования, то критерий качества не может быть больше едини- ддцы. Наибольшее значение критерия качества равно единице, когда значения граничных относительных погрешностей равны друг другу и равны максимальной относительной погрешности.

Как следует из выражения (1), способ аналого-цифрового преобразования имеет гиперболическую шкалу и, в зависимости от соотношения величин а, а,, b и bo, в,качестве рабочей шкалы может быть выбрана любая из четырех ветвей равносторонней гиперболы. При зтом относительная погрешность

квантования из выражения

Л может быть определена

(Ь

Ь, ; ) - Им )

о:

Ь,,)(Ч+Ь,.,).

(2)

где 0.

- нижняя и верхняя границы диапазона преобразования; N - число дискретов квантовагп

НИЯ .

Выразив из (2) относительные погрешности с1 И с на границах диапазона преобразования и взяв их произведение, получим

л -

(D - 1)

П

(3)

где D Х- / г,

- динамический диапазон преобразования.

Обозначив

где

G о, I , (4)

6 и -т

- максимальное значение отно- сительной погрешности, получим выражение

С (D -

(5)

кретов Nj, определяющее сложность к быстродействие преобразователя. Чем

40 больше динамический диапазон преобразования и чем меньше максимальная относительная погрешность квантования и требуемое число дискретов, тем больше величина G.

45 Из этих соображений величина G может играть роль критерия качества гиперболического аналого-цифрового преобразования.

Из выражения (4) определим наиболь50 значение критерия качества. По-

скольку в знаменателе выражения (4) находится максимальная относительная погрешность квантования, то критерий качества не может быть больше едини- ддцы. Наибольшее значение критерия качества равно единице, когда значения граничных относительных погрешностей равны друг другу и равны максимальной относительной погрешности.

3r3

В противном случае критерий качества будет меяьше eд гницы.

Из анализа выражения (2) следует, что погрешность максимальпа всет да в одной из граничных точек ижалы, либо в обеих точках имеете.

Тогда, полагая, например, что ,

Л - О

.., -у у . , из (5) получим w Е.

С

f

8

С/1

(6)

а если с/ d ycf , получим

G

с/ х,

о

л

Чем больше различаются между собой граничные относительные погрешности А с х меньше значение критерия качества. Для известного способа дифференциального линейного аналого- цифрового преобразования (Ь, 0) значение критерия качества будет равно на основании (2) с учетом (6)

fr

ьл

(bf( ) 1

Н„л

мл

1/Од,

X бл МтлСхйд - )

У- НА

ел

т.е. критерий качества прототипа в Вд раз меньше оптимального критерия качества гиперболического преобразования, равного 1. Причина этого в неравномерном распределении по шкале относительной погрешности дискретности линейного преобразования.

Чтобы оценить, что дает большее значение критерия качества по сравнению с С, предположим, что необходимо увеличить динамический диапазон по сравнению с известным способом в К раз,т.е. D , снизить максимальную относительную погрешность в К раз ( с/. (Уос /Kg) и снизить число дискретов в К| раз (N ).Разделим выражение для критерия качества (5) гиперболического преобразования на соответствующее выражение для линейного преобразования

(D-1) NL

G, - (D,-1

Подставив в полученное отношение требуемые значения параметров гиперболического преобразования, выраженные через соответствующие параметры линейного преобразования, получим

(КзРл - 1) G.

- М v:.vil K(D, - 1) .

О

т.е. параметры гиперболического преобразования каждый в отдельности или все одновременно могут быть улучшены

соответственно в К

0

5

0

5

0

о

0

К

раз по

сравнению с известным способом.

Как указывалось, максимальное значение критерия качества (G 1) достигается при cf г/ д . Тогда из (2) получим (bj, + b,:g) /ZB (,rj)VX|, откуда bo/b, 1 Xu Tta j т.е. при полу 0 1 I -н Б

ченном соотношении величин обеспечиваются наилучшие параметры гиперболического аналого-цифрового преобразования .

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования, основанный на операциях суммирования двух аналоговых сигналов, один из которых является первым опорным сигналом, масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом, сравнения регулируемого и нерегулируемого аналоговых сигналов до момента их равенства и определения выходного кода, отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, повышения точности и быстродействия преобразования, операция масштабирования аналогового сигнала с основным коэффициентом осуществляется до операции суммирования двух аналоговых сигналов, в качестве второго из которых используют масштабированный аналоговый сигнал с основным коэффициентом, а при сравнении аналоговых сигналов в качестве нерегулиремого аналогового сигнала используют результат суммирования двух аналоговых сигналов, при этом одновременно с масштабированием аналогового сигнала с основным коэффициентом осуществляют его масштабирование с дополнительным коэф- /фициентом, одновременно с суммированием масштабированного аналогового сигнала с основным коэффициентом, с первым опорным сигналом осуществляют дополнительное суммирование масштабированного с дополнительным коэффициентом аналогового сигнала с вторым опорным сигналом, результат которого используют в качестве регулируемого аналогового сигнала при операции сравнения двух аналоговых сигналов, причем в качестве аналогового сигнала для операции масштабирования с основным и дополнительным коэффициентами используют преобразуемый сигнал, а выходной код определяют по формуле

Njt (Kb, - а)/(а, - КЦ),

где N, - выходной код, соответствующий значению преобразуемого сигнала;

d-,b- - первый и второй опорные сигналы соответственно;

13:362АО°

а,Ь - основной и дополнительный

коэффициенты масштабирования

соответственно (Ъ 0); К - код результата операции сравнения.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что значение второго опорного сигнала выбирают равным

где

О,

X g О.- нижняя и верхняя границы диапазона изменения преобразуемого сигнала соответственно.

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах с цифровой обработкой информации. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона, повышение точности и быстродействия преобразования. Способ заключается в масштабировании преобразуемого сигнала с основным и дополнительным коэффициентами,суммировании полученных результатов масштабирования соответственно с первым и вторым опорными сигналами, сравнении результатов суммирования до момента их равенства, путем изменения одного из результатов суммирования и определении выходного кода по формуле N)((Kg-a)/ /(а - К в) , где N - выходной код; HQ, Ьд - соответственно первый и второй опорные сигналы; а, Ь - соот- . ветственно основной и дополнительный коэффициенты масштабирования (Ь,0); К - код результата операции сравнения. Путем Bbi6ppa значения второго onopjpo- го сигнала bj, из условия Ь., b,, обеспечивается достижение наибольшего положительного эффекта ( Хц7 О, ; в О - нижняя и верхняя границы диапазона преобразуемого сигнала). Положительный эффект обеспечивается за счет использования гиперболической зависимости между преобразуемым сигналом и выходным кодом. 1 з.п. , 1 ил. С/)

Редактор А. .Ворович

Составитель Н. Капитанов Техред И.Попович

Заказ 4055/56 Тираж 901Подписное

ВНРШПИ 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

Корректоре. Шекмар