Устройство преобразования аналоговых сигналов Советский патент 1987 года по МПК H03M1/00 

1348999

Изобретение относится к преобразо- вамик5 аналоговых сигналов в цифровую с последунзщим восстановлением п аналоговую форму и может быть не- , пользовано в системах передачи сигналов, имеющих широкие динамический и частотный диапазоны.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона преобра- )о зуемых сигналов и увеличение разрешающей способности преобразования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства преобразования анаЦифроаналоговый преобразователь (ЦЛП) 4 и дополнительный ЦЛП 6, фильтр 5 и дополнительный фильтр 7 низких частот имеют одинаковые параметры.

Устройстно преобразования работает следующим образом.

Входной сигнал через сумматор 1 поступает на вход АЦП 2, где преобразуется в сигнал цифровой формы с частотой f. Полученные отсчеты поступают в канал 3 связи и на дополнительный ЦЛЦ 6, который преобразует

логЬвых сигналов; на фиг. 2а показан 15 цифровые выборки в аналоговую форму, преобразуемый сигнал (где h - величи- Полученные ан шоговые выборки сигна- на младшего разряда квантования по амплитуде, t - время); на фиг. 26 - сигнал на входе блока сравнения при

20

25

использовании фильтра 1-го порядка и тактовой частоты ) в 6 раз выше граничной частоты полосы пропускания низкочастотного фильтра; на фиг. 2в - то же, тактовая частота в 30 раз вьш1е граничной частоты полосы пропускания низкочастотного фильтра; на фиг. 2г - сигнал на входе блока сравнения без суммирования преобразуемого сигнала с сигналом рассогласования.

Устройство преобразования содержит 30 сумматор 1, аналого-цифровой преобра- зоватеь (А1Щ) 2, канал 3 связи, циф- роаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, фильтр 5 низких частот, дополнитель- ный цифроаналоговый преобразователь (ЦАГ) 6, дополнительный фильтр 7 низких частот, блок 8 сравнения.

Работа аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 обеспечивается при подаче тактовых импульсов с частотой f .

AIJ,ri 2 преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, причем цифровое значение П)едыдущей выборки сохраняЗВ

40

ла поступают на вход дополнительного фильтра 7 низких частот. На выходе фильтра 7 получается плавно изменяющийся сигнал, который постоянно срав нивается блоком 8 сравнения с входным сигналом. Выделенный блоком 8 сравне ния сигнал рассогласования поступает на второй вход сумматора 1 и складывается с входным сигналом с таким знаком, чтобы суммирование привело

к уменьшению рассогласования входного сигнала и сигнала на выходе фильтра 7.

Доггустим, что после очередной выборки значение сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 превышает значение входного сигнала. Постепенно рассогласование увеличивается. Тогда на выходе блока 8 сравнения по является плавно возрастающий сигнал рассогласования, который с определен ным коэффициентом усиления поступает на второй вход сумматора 1 и вычита- ется из входного сигнала. В результа те на выходе сумматора 1 получается значение входного сигнала, уменьшенное на величину сигнала рассогласования. Цри следующей выбо1эке уменьется на выходе АЦП 2 до следующей вы- 45 входной сигнал преобразуется

А1Ц1 2 в цифровую форму, затем дополнительным ЦАП 6 - в аналоговый сигнал и подается на вход дополнительно го фильтра 7, что приводит к плавном уменьшению значения сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 по отно шению к значению входного сигнала. В определенный момент сигнал на выхо де дополнительного фильтра 7 сравнивается с входным сигналом, а затем становится меньше его. Это приводит к возникновению сигнала рассогласова ния на выходе блока 8 сравнения с по лярностью, противоположной полярноеборки и изменяется в момент прихода тактового импульса.

Канал 3 связи служит для передачи сигналов Eia дальнее расстояние и может быть выполнен, например, в виде длинного кабеля, волоконно-оптических световодов и т.д.

Блок 8 сравнения сравнивает вход- Hoi i сигнал с сигналом на выходе дополнительного фильтра 7 низких частот и вырабатывает сигнал рассогласования с нс оГ)Хо;и1мым коэф(Ьициентом усилсмиш, обеспечивающим устойчив ю paTuvfy уст poiicTBa.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦЛП) 4 и дополнительный ЦЛП 6, фильтр 5 и дополнительный фильтр 7 низких частот имеют одинаковые параметры.

Устройстно преобразования работает следующим образом.

Входной сигнал через сумматор 1 поступает на вход АЦП 2, где преобразуется в сигнал цифровой формы с частотой f. Полученные отсчеты поступают в канал 3 связи и на дополнительный ЦЛЦ 6, который преобразует

цифровые выборки в аналоговую форму, Полученные ан шоговые выборки сигна-

ла поступают на вход дополнительного фильтра 7 низких частот. На выходе фильтра 7 получается плавно изменяющийся сигнал, который постоянно сравнивается блоком 8 сравнения с входным сигналом. Выделенный блоком 8 сравнения сигнал рассогласования поступает на второй вход сумматора 1 и складывается с входным сигналом с таким знаком, чтобы суммирование привело

к уменьшению рассогласования входного сигнала и сигнала на выходе фильтра 7.

Доггустим, что после очередной выборки значение сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 превышает значение входного сигнала. Постепенно рассогласование увеличивается. Тогда на выходе блока 8 сравнения появляется плавно возрастающий сигнал рассогласования, который с определенным коэффициентом усиления поступает на второй вход сумматора 1 и вычита- ется из входного сигнала. В результате на выходе сумматора 1 получается значение входного сигнала, уменьшенное на величину сигнала рассогласования. Цри следующей выбо1эке уменьше ьм входной сигнал преобразуется

А1Ц1 2 в цифровую форму, затем дополнительным ЦАП 6 - в аналоговый сигнал и подается на вход дополнительного фильтра 7, что приводит к плавному уменьшению значения сигнала на выходе дополнительного фильтра 7 по отношению к значению входного сигнала. В определенный момент сигнал на выходе дополнительного фильтра 7 сравнивается с входным сигналом, а затем становится меньше его. Это приводит к возникновению сигнала рассогласования на выходе блока 8 сравнения с полярностью, противоположной полярноети сигнала рассогласования в первом случае. Поэтс му теперь сигнал рассогласования складывается с входным сигналом, и на выходе сумматора 1 получается значение входного сигнала, увеличенное на величину сигнала рассогласования. Этот процесс повторяется от выборки к выборке и стремится уменьшить рассогласование между входным сигналом и сигнгшом на выходе дополнительного фильтра 7, вызванное дискретностью аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований. При этом изменения цифрового сигнала вызывают появление на выходе фильтра 7 восстановленного из цифрового кода исходного сигнала с наложенной высокочастотной составляющей, причем амплитуда высокочастотных составляющих зависит от соотношения тактовой частоты f и верхней граничной часто- , ты,полосы пропускания низкочастотного фильтра, а также типа применяемого фильтра (фиг. 2).

С выхода АЦП 2 сигнал в цифровой форме поступает в канал связи, на выходе которого установлен ЦЛП 4. Сигнал, преобразованный ЦАП 4 в аналоговую форму, после прохождения через фильтр 5 поступает на выход устройства .

Чем точнее параметры ЦАП 4 повторяют параметры ЦАП 6, а фильтр 5 - параметры дополнительного фильтра 7, тем точнее сигнал на выходе фильтра 5 повторяет сигнал на выходе фильтра 7,

Клок 8 сравнения с точностью, зависящей от коэффициента усиления, подп,ерживает идентичность входного сигнала и сигнала на выходе фильтра 7, а значит, и выходного сигнала, если выполнено условие сходства параметров ЦАП 4 и 6, фильтров 5 и 7 соответственно.

та усиления блока 8 сравнения точ- ность восстановления аналогового сигнала возрастает.

В ето же время при повьппении тактовой частоты уменьшается переменная составляющая этой частоты на выходе устройства, что приводит к уменьшению неопределенности восстановления аналогового сигнала, т.е. увеличивается разрешающая способность преобразования. Если фильтры 5 и 7 - первог.) порядка, то уменыпенис переменной составляющей тактовой частоты на выходе фильтров, а значит, увеличение разрешающей спосоО.иос ги гтрообра- зования прямо пропорп,ио11ллыи1 отно-- f г

шению г-,

где г ij, - частот)

фильтров 5 и 7 (фиг. 26, п ги чтверж10 дают сказанное).

Для устройств дискретного преобразования аналоговых сигналов ширина частотного диапазона ограничена условием f.,/ 2fg, где f 1- частота дис15 крет1 зации (для предлагаемого устройства f,fj); f . - максимальная частота

); f.

преобразуемого сигнала. Указанное ограничение следует из теоремы Ко- тельникова.

0 Таким образом, при повышении частоты д частотный диапазон сигналов в устройствах дискретного пребразова- ния расширяется. В предлагаемом устройстве при повышении частоты t ,

25 помимо расширения частотного диапазона 1реобразуемых сигналов, одновре- Mi. iiHo повышается раэрешаюгилл сгтособ- ность преобразования.

30 Ф о р м у :i а и з о б р е т е и и.я

Устройство преобразования аяапого- вых сигналов, содержащее последова- тс-чьно соединенные cyMM-aTv:)p, аналогсу- пифровой преобразователь, кпнал связи, шиЬроаналогч.ь т- преобрлзппатель, фильтр ИIiжниx част .-т, выхо; которого является выходной шиной, nepBi.ifr вход сумматора - входной шиной, а тактовый вход аналого-цифрожтго ,еобразо- вателя - тактовой шиной, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемых сигналов и увеличения

С увеличением коэсЬфициен- 45 разрешаюо(ей способности преобразова

ния, н него введены дополнительный цифроанллоговьй преобразователь, дополнительный фильтр низких частот и блок сравнения, первьпЧ вход которого является входной шиной, второй вход через дополнительный фильтр низких частот и дополнительный цифроаналсго- Bbui преобразователь подключен к вь.ходу аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с вторым входом сумматора.

40

50

55

вог.) порядка, то уменыпенис переменной составляющей тактовой частоты на выходе фильтров, а значит, увеличение разрешающей спосоО.иос ги гтрообра- зования прямо пропорп,ио11ллыи1 отно-- f г

шению г-,

где г ij, - частот)

фильтров 5 и 7 (фиг. 26, п ги чтверждают сказанное).

Для устройств дискретного преобразования аналоговых сигналов ширина частотного диапазона ограничена условием f.,/ 2fg, где f 1- частота дискрет1 зации (для предлагаемого устройства f,fj); f . - максимальная частота

); f.

а

(рие.2

Изобретение относится к преобразованию аналоговых сигналов в цифровую форг-л с последуюишм восстанопле- нием в аналот овую форму и может быть испольяовано в системе передачи сиг- налот, и eюIдиx пирокий динамический II частотньп диапазоны, Це.аь изобретения - расширение частс тного диапл- зс;на -преобразуемых сигналов и унели- чениг. разрешающей способности гтреоб- разования. Устройство преобразования содержит соединенные последонательно сумматор 1, первый вход которого соединен с входом устройства, аналого- цифровой преобразователь 2, кагкит связи 3, цифроаналоговьп) преобразователь 4, фильтр 5 низких частот, выход которого является выходом .т- на, а также соединенные послел .я- тельно дополнительный цифроаналпго- вый преобразователь 6, дополнитс льны; фильтр 7 низких частот, схему с к1нт:с - ния 8, второй вход которой соел-iHeii с входом устройства, а выход - с нто- рьы входом сумматора 1. Вход дополнительного цифроаналогового прообрато- вателя 6 соединен с выходом ана.юго- пифрового преобразователя 2. 2 чл. 1C ш с: с 00 со о со иг. 1