Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1990 года по МПК H03M1/10 

Блок управления может быть выполнен на основе двух счетчиков (фиг.З) и содержит счетчик 16, определяющий номер спектральной составляющей в блоке 8 анализа спектра, счетчик 17, определяющий номер отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нелинейного элемента, сумматора 180

Преобразователь работает следую™ щим образом

В режиме калибровки в каждую ячейку запоминающего устройства 6 первоначально записываются поды, соответствующие адресам ячеек, . запоминающее устройство можно рассматривать как дискретный элемент с линейной характеристикой преобразования Гармонический сигнал с амплитудой, равной максимальной амплитуда входного сигнала АЦП через аналоговый переключатель 1, подается на вход первого АЦП 2 и вход блока 4 вычитания,, в котором выделяется разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного гармонического сигнала, причем выходное напряжение ЦАП 3 является акало™ говым эквивалентом циЗгоовог-о кода, поступающего на него с первого АЦП 2 Разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного гармонического сигнала кодируется вторым АЦП 5 и в качестве кодов младших разрядов через коммутатор 7 поступает на первый адресный ЕЙСОД ЗУ 6о На,второй зход коммутатора 7 в качестве кодов старших разрядов поступает цифровой код с выхода первого АЦП 2.

Поскольку в ячейки ЗУ 6 записаны их адреса то информация на его выходе повторяет информацию на входе и выходной сигнал содержит ошибку преобразования АЦП в целом

Отсчеты входного гармонического сигнала с выхода запоминающего устройства поступают в блок 8 анализа спектра

Спектральные отсчеты выходного сигнала первого 2 и второго 5 АЦП поступают на вход блока 9 синтеза нелинейного элемента.

Для синтеза одной точки характеристики передачи нелинейного элемента в блок 12 фиксации результата записывается ноль. Затем все значения спектральных отсчетов последовательно поступают на первый вход умножителя 15, Одновременно на адресные входы ПЗУ 14 из блока 10 управления

поступают номер спектрального отсчета и номер точки, в которой синтезируется значение характеристики передачи нелинейного элемента„

Результаты умножения величины каждой спектральной составляющей на соответствующее значение полинома Чебы- шева поступает на сумматор 13 и суммируется с предыдущими результатами. В ПЗУ 14 записаны значения полиномов Чебытева„ На выходе блока синтеза нелинейного элемента получаются значения характеристики передачи блока нелинейного элемента в одной (i) точке

f(i) - |

ал п г

а„Тп(8),

0

5

0

5

5

где ап - коэффициент Фурье для составляющего сигнала с частотой;Тп - полиномы Чебышева.

Такая процедура повторяется для всех точек характеристики передачи . нелинейного элемента

Анализ спектра ведется на интервале длительности одного периода входного сигнала После завершения анализа спектра входного сигнала все адресные входы ЗУ 6 через коммутатор 7 подключаются к первому выходу блока 10 управления На выходы ЗУ 6 для записи поступают значения передаточной характеристики, сформированной с помощью блока 9 синтеза нелинейного элемента на основании спектра выходного сигнала ЗУ 60

В рабочем режиме входной сигнал через аналоговый переключатель 1 поступает одновременно на вход первого АЦП 2 и на вход блока 4 вычитания, в котором выделяется разность входного сигнала и выходного напряжения ЦАП 3„ Это выходное напряжение является аналоговым эквивалентом цифрового кода, поступающего на ЦАП 3 с первого АЦП 2.

Сигнал с выхода блока 4 вычитания кодируется вторым АЦП 5 и поступает через коммутатор 7 на адресные входы ЗУ 6 в качестве кодов младших разрядов. На адресные входы ЗУ 6 через второй вход коммутатора в качестве кодов старших разрядов поступает цифровой код с выходов первого АЦП 2. Цифровой код с выходов считывания ЗУ 6 является выходным сигналом АЦП

При подаче на сумматор 18 номера спектральной составляющей входного сигнала и номера отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нелинейного элемента формируется адрес ячейки ПЗУ 14 для считывания значений полиномов Чебышева.

Нелинейность результирующей характеристики преобразования АЦП в, целом складывается из погрешностей преобразования в первом АЦП 2, ЦАП 3 блоке 4 вычитания и втором АЦП 5 .

При гармоническом входном сигнале вида

S cosw t,

где О - частота входного сигнала, нелинейность характеристики преобразования приводит к появлению в спектре выходного сигнала гармонических составляющих, кратных по частоте вхоному сигналу Спектр сигнала S6MX н выходе нелинейного АЦП при входном сигнале S можно представить в виде

со

еых

{ а

я 1

W t,

где ар - коэффициенты Фурье для составляющих с частотой п&). Передаточную характеристику нелинейного каскада при нормированном входном воздействии можно записать в виде

f(S) Ь0

оО

го

bm Tm(S),

где bm - константы;

Tm - полиномы Чебышева, определяемые рекурентным соотношением Тт-м 2s TWI Tm-f Поскольку t)cos mCOt,

то при S cos (0 t получают

|ь„

c

mЈ0t.

Сравнивая последнее выражение с

выражением для S

&ых

получают, что

при входном гармоническом сигнале коэффициенты Фурье однозначно определяют характеристику преобразовани АЦП,

Поскольку

f(S) S. то

BMJC

ионических составляющих значительно меньше уровня основного сигнала, .

ft

а,

п

где N - номер последней учитываемой

гармоники. Для компенсации в выходном сигнале продуктов нелинейности характеристики преобразования устройства необходимо синтезировать безинерционный нелинейный элемент, порождающий такие же гармоники, но с противоположным

знаком, т„Со с характеристикой преобразования

- IamTm(S)

fn : i

f,(s)

-Н

После сложения исходного и компенсирующего сигналов в спектре сигнала остается только основная гармоника и тогда можно записать

f(S)+fK(S)a,T1(S),

т.е„ результирующая характеристика преобразования безинерционного нелинейного элемента становится линейной.

Поскольку на выходе реального АЦП уровень входного сигнала во много раз больше уровней гармоник, то в качестве входного сигнала для компенсирующего нелинейного элемента можно

использовать выходной сигнал реального АЦП о

Таким образом, включение последовательно с АЦП безинерционного нелинейного элемента, реализованного на

базе запоминающего устройства, позволяет компенсировать гармоники входного сигнала и, следовательно, скомпенсировать нелинейность характеристики передачи АЦП в целом

Результирующая характеристика такого устройства может быть записана в виде

f(S) a,T,(S) ,

и линейность характеристики преобразования, и точность преобразования сохраняется при любом входном сигнале S с амплитудой, меньшей амплитуды тестового гармонического сигнала.

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) и может быть использовано в радиотехнических устройствах, в частности в устройствах цифровой обработки сигналов. Изобретение позволяет повысить точность преобразователя, состоящего из двух последовательно включенных АЦП и цифроаналогового преобразователя. Входной сигнал через аналоговый переключатель поступает на первый АЦП, который преобразует его в цифровую форму. Результат преобразования через цифроаналоговый преобразователь поступает на вход блока вычитания. На второй вход блока вычитания поступает сигнал с входа первого АЦП. Результат вычитания через второй АЦП поступает на первый вход коммутатора. На второй вход коммутатора поступает сигнал с блока управления. На третий вход коммутатора поступает сигнал с выхода первого АЦП. Сигнал с выхода коммутатора поступает на запоминающее устройство. Сигнал с выхода запоминающего устройства поступает на выход устройства и на первый вход блока анализа спектра. На второй вход блока анализа спектра поступает сигнал с блока управления. Блок анализа спектра и блок синтеза нелинейного элемента осуществляют калибровку АЦП в целом с помощью генератора гармонического сигнала, подключаемого через аналоговый переключатель к входу первого АЦП на время калибровки. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

а« bm (m

У всех реальных АЦП нелинейность характеристики преобразования сравнительно невелика, поэтому уровни гар55

Формула изобретения

1 « Аналого-цифровой преобразователь, содержащий аналоговый переклю

чатель, первый вход которого явльет- ся входной шиной, а выход соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя и первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен через цифроаналоговый преобра- зователь к выходу первого зналого-ци- фрового преобразователя,, а выход блока вычитания соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, апоминающее устройство,, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены Ьлок анализа спектра, блок синтеза нелинейного элементаs блок управления, коммутатор и генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с вторым входом аналогового переключателя, а выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управлениял а выход подключен к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого соединен с выходом блока синтеза нелинейного элемента, а вьксод язляется выходной шиной и подключен к первому входу блока анализа спехтра,, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход подклю

5

0

5

0

чен к первому входу блока синтеза нелинейного элемента, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления

3„ Преобразователь по пЛ, о т - личающийся тем, что блок синтеза нелинейного элемента выполнен на блоке фиксации результата, сумматоре, постоянном запоминающем устрой- стве и умножителе, первый вход которого является первым входом блока, второй вход соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого является вторым входом блока, а выход умножителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через блок фиксации результата соединен с выходом сумматора и является выходом блока

Tft

Фиг.г

w

17

выход

18

выход 3

Выход 1 Фиг.З