Устройство для аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов Советский патент 1990 года по МПК H03M1/06 

Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано в системах передачи и обработки импульсных сигналов для преобразования этих сигналов в двоичный код в условиях воздействия низкочастотной и высокочастотной помех.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 3 и ч - временные диаграммы при

преобразовании импульсов колоколооб- разной и прямоугольной форм в усло- .виях воздействия помех.

Устройство (фиг. 1) содержит фильтр i высокой частоты (ФВЧ), усилитель 2, аналоговый сумматор 3, ана- лого-цифоовой преобразователь (АЦП) 4, цифрогналоговый преобразователь (ЦАП) 5 и Фильтр 6 низкой частоты (ФНЧ).

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 2) содержит и цепочек, каждая из которых состоит из соединенных последовательно сумматора J, усилителя 8, веооягностного реле Э и

СП

оэ

4

4j

to

ел

|компаратора 10, а также шифратор 11 и резистивный делитель 12.

На фиг. 3,а кривой 1 изображен входной полезный сигнал V(t) колоко- лообразной формы, кривой 2 - низкочастотная (НЧ) помеха X(t), а ломаной 3 высокочастотная (ВЧ) помеха S(t). На фиг. 3,6 кривой 2 изображен сигнал U(O на выходе ФВЧ 1 (фиг. 1), JQ для сравнения с ним кривой 1 изображен полезный сигнал V(t) и ломаной 3 изображена ВЧ-помеха S(t) „ На фиг. кривой 1 изображен сигнал jV(t) с выхода аналогового сумматора 3 (фиг. 1), а кривой 2 - сигнал F(t) с выхода ЦАП 5 (фиг. 1) Тактовые импульсы, поступающие на АЦП Ч (фиг. 1), изображены на фиг, 3,г. ,Сигнал Y(r) с выхода ФНЧ 6 (фиг. ) изображен на фиг.

На фиг. 4,а,б,в,г,д изображены временные диаграммы процессов, протекающих в тех же точках устройства, что и на фиг„ 3,а,б,в,г,д. Разница

15647254

ствии с используемой шкалой квантования.

Сумматоры 7 (фиг. 2) предназначены для формирования сигналов разности между входным полезным сигналом и уровнями квантования.

Усилители-ограничители 8 (фиг. 2) устанавливают сигналы разности, поступающие с сумматоров 7, до диапазона входных рабочих напряжений вероятностных реле 9 и ограничивают сигналы для предотвращения режима насыщения усилителей. В качестве усилителей-ограничителей 8 используются двухсторонние ограничители.

Вероятностные реле 9 (фиг. 2) определяют состояние полезных сигналов

5

20

25

относительно порога Ucp 6r в условиях помех. В качестве вероятностных реле используются высокочастотные реле.

Компараторы 10 служат для согласования выходных уровней сигналов вероятностных реле с уровнями сигналов шифратора 11.

состоит лишь в том, что входной полезный сигнал V(t) имеет прямоугольную форму.

Усилитель 2 (фиг. 1) необходим цля согласования входного полезного сигнала из диапазона I) VMC(K- - VWUH с сигналом поступающим с выхода ЦАП 5. Коэффициент передачи усилителя 2 определяется из соотношения

Ку. q/2-VMVlH

(О

где q - шаг квантования N-разрядного ЦАП 5}

причем коэффициент передачи усилителя 2

и

(2 - 1)/V

ак

(2)

Если условие (1) выполняется, а условие (2) не выполняется, необходимо увеличить разрядность N и уменьшить шаг квантования ЦАП 5. При изменении диапазона D входных полезных сигналов коэффициент Кус передачи усилителя 2 изменяется согласно выражениям (1) и (2). о

Передаточная функция WT(p) ФНЧ 6 выбирается как дополнение к передаточной функции W(p) ФВЧ 1, т.е. W. (р) к 1 - W (р). Фильтры собраны на звеньях первого порядка

Резистивный делитель 12 (фиг. 2), входящий в состав АЦП Ч, формирует уровни квантования сигнала в соответ

0

5

0

относительно порога Ucp 6r в условиях помех. В качестве вероятностных реле используются высокочастотные реле.

Компараторы 10 служат для согласования выходных уровней сигналов вероятностных реле с уровнями сигналов шифратора 11.

Шифратор 11 предназначен для преобразования унитарного кода в двоичный код, а также для обеспечения принудительного обнуления АЦП при помощи сигнала Сброс во время переходного процесса.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии АЦП ч (фиг„1) 5 обнулен сигналом Сброс. При этом на его выходе Нулевой код. При отсутствии на входе устройства информационных импульсов V(t) (фиг. За, кривая 1) и наличии только НЧ-помехи X(t) (фиг. 3,а, кривая 2) и ВЧ-поме- хи S(t) (фиг. 3,а, ломаная 3) ФВЧ 1 подавляет НЧ-помеху X(t),, пропуская только ВЧ-помеху S(t). Высокочастотная помеха S(t) усиливается на усилителе 2 и поступает на вход аналогового сумматора 3- Нулевой код, записанный на АЦП ч, поступает на вход ЦАП 5. Поэтому коду соответствует нулевой потенциал F(t) на выходе ЦАП 5 (фиг. 3, ломаная 2). Нулевой потенциал, поступающий с выхода ЦАП 5 на вход ФНЧ 6, повторяется на его выходе Y(t) F(t) 0 и поступает на второй вход аналогового сумматора 5 3 (фиг. 3,д). Таким образом, ВЧ-помеха S(t) поступает с выхода аналогового сумматора 3 на вход АЦП. АЦП ч является помехоустойчивым. В его.

0

5

0

5

состав входят вероятностные реле 9 (фиг. ч), которые определяют состоние входных сигналов относительно уровня порога Ucp ep. На выходе верятностного реле 3 формируются сигналы, пропорциональные вероятности превышения входным сигналом уровня U

cp. ep Так как вероятность превышения ВЧ-помехой S(t)этого порога близка к нулю, то вероятностные ре останутся в нулевом состоянии. В нлевом состоянии останутся компарат 10 (фиг. ч), а следовательно, не именит своего нулевого состояния и шифратор 11 (фиг. 2), входящий в став АЦП ч. Таким образом, АЦП ч не изменит своего состояния и на его выходе будет записан нулевой код.

При поступлении на вход устройства в момент t полезного сигнала положительной полярности V(t) с наложенной на него НЧ-помехой X(t) и ВЧ-помехой S(t) (Фиг.3,а) ФВЧ 1 подавляет НЧ-помеху X(t), пропускает практически без искажений ВЧ-помеху S(t) на всем интервале времени и в начальный период От t до t полезный сигнал V(t). В это время можно принять V(t)U(t). Таким образом, на выходе ФВЧ 1 формируется сигнал U(t)(фиг. 3,6, крива 2) с наложенной на него ВЧ-помехой S(t) (фиг 3,6, ломаная 3). Аддитивная смесь сигнала U(t) и ВЧ-помехи S(t) поступает на усилитель 2, где усиливается с коэффициентом передачи , и поступает на вход аналогового сумматора 3. На другой вход аналогового сумматора 3 поступает сигнал Y(t) положительной обратной связи, который равен нулю до момента t (фиг. 3,д), поэтому в интервале от t1 до tfl сигнал V(t) U(t)-KyC V(t)-KVc. Сигнал V(t), искаженный усиленной с коэффициентом К с ВЧ- помехой S(t), поступает с выхода аналогового сумматора 3 на вход АЦП 4. В АЦП ч (фиг. 2) этот сигнал поступает на первые входы сумматоров 7 на другие входы которыхiпоступают с соответствующих выходов резистивного делителя 12 напряжения порогов 0,5q (,5)q. Таким образом, на выходах сумматоров 7 образуются алгебраические суммы .(t) сигналов: V(t) , одного из напряжений порогов 0,5q-(n-0,5 и усиленной ВЧ-помехи S(t), т.е.

T.(t) (t) - (i-0,5)q+S (t).K,c i 1,n.

0

5

0

Сигналы ,(t) поступают на соответствующий усилитель-ограничитель 8 (фиг. 2). Коэффициенты передачи каждого усилителя-ограничителя KVC 2 tjcp ер /СЬ Усиленные на усилителях-ограничителях 8 сигналы f;(t) поступают на соответствующее вероятностное реле 9 (фиг, 2). При нарастании входного полезного сигнала будет нарастать также сигнал на входе вероятностных реле 9- Следовательно, будет возрастать и вероятность превышения этим сигналом в условиях ВЧ- помехи уровня порога Uc ep . Поэтому на выходе вероятностных реле будут формироваться сигналы, пропорциональные этим вероятностям. Как только эти сигналы превысят значение, соответствующее вероятности 0,5 на выходе соответствующих компараторов 10 появятся 1, Так, в момент t (фиг.З) на выходе вероятностного реле 9 (фиг. 2) младшего уровня сформирует- ся сигнал U , соответствующий этой вероятности. Это соответствует Превышению полезным сигналом V(t) уровня q/2. На выходе компаратора 10, в этот момент появится 1м. Вероятность превышения входными сигналами остальных вероятностных реле 9 г 9П уров- 5 ня Ucp в в это время близка к нулю, Поэтому выходные сигналы этих реле не превысят уровня U и реле 9

5

0

0

5

9h останутся в исходном состоянии. Следовательно, и компараторы 102- 10П останутся в нулевом состоянии. Таким образом, на входе шифратора 11 (фиг. 2) будет сформирован унитарный код, соответствующий младшему уровню квантования. С приходом тактового импульса (фиг. ) в момент tL на выходе шифратора 11 будет сформирован двоичный код, соответствующий унитарному коду на его входе. Моменты t и t ,, близки между собой, максимальная разность между ними составляет период повторения тактовых импульсов t - - t2 Дt (фиг. 3,г). Сформированный код с единицей в младшем первом разряде и нулями в остальных разрядах поступает на вход ЦАП 5 (фиг. 1), на выходе которого формируется потенциал F(t), соответствующий этому коду (фиг. ломаная 2). Сигнал

F(t) с выхода ЦАП 5 поступает на ФНЧ 6, где сглаживается. Сигнал Y(t) (фиг, 3,л) с выхода ФНЧ 6 поступает на аналоговый сумматор 3 (фиг„1), где происходит восстановление полезного сигнала V(t)-Kyc , a

значит, и входного полезного сигнала V(t). Восстановленный полезный CHI- нал V(t) K-U(t) + Y(t) (фиг.3,в, кривая 1) с выхода аналогового сумматора 3} искаженный ВЧ-помехой, поступает на вход АЦП k. Закончился первый такт работы устройства. Та- ким образом, на входе АЦП 4 устра- нена НЧ-помеха и восстановлен полез- ный сигнал, а АЦП k устраняет ВЧ помеху и преобразует полезный сигнал а код„ При дальнейшем нарастании по- пезчого сигнала устройство работает так же, как и на первом такте. В {зависимости от крутизны входного полезного сигнала (фиг„ 3, 0 в момент tj сработает следующее вероятност- мое реле 9 или несколько вероятност- ных реле, входящих в состав АЦП Кфиг. 2) В момент t с приходом тактового импульса изменится код на выходе А11П А в соответствии с новым знамением входного полезного сигна ла, Аналогично работает устройство при обработке заднего фронта полезного входного сигнала V(t) (фиг.З). При обработке полезного сигнала V(t) с большой крутизной фронтов (фиг. ), искаженного НЧ- и ВЧ-поме- хами, устройство работает аналогично, Отличие заключается лишь в том, что в зависимости от крутизны входного

156 7258

налов, содержащее фильтр верхних частот, выход которбго соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому входу аналогового сумматора, и цифроаналоговый преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены фильтр нижних частот и аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход является ши10

ной Сброс, третий вход является

15

20

25

шиной тактовых импульсов, а выходы соединены с соответствующими входами цифооаналогового преобразователя и являются вьСходной шиной, выход циф- роаналогового преобразователя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к второму входу аналогового сумматора, вход фильтра высокой частоты является входной шиной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем что аналого- цифровой преобразователь выполнен на резистивном делителе, шифраторе и п цепочках, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, усилителя-ограничителя вероятностного реле и компаратора, причем первые входы сумматоров объединены и являются первым входом аналого-циф- 35 рового преобразователя, выходы компараторов соединены с первого по п-м входами шифратора, (п+1)-й вход которого является вторым входом аналого- цифрового преобразователя, (п+2)-й

30

полезного сигнала срабатывают на пер-40 вход шифратора является третьим входом аналого-цифрового преобразоватевом же такте несколько вероятностных реле 9 (фиг. 2). Этим обеспечивается , восстановление полезного сигнала с большой крутизной фронтов на входе АЦП k (фиг. 1) с первого же такта и 45 преобразование полезного сигнала в код на его выходе.

Формула изобретения

1. Устройство для аналого-цифро- 50 вого преобразования импульсных сигля, выходы шифратора являются выходами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы компараторов соединены с шиной соответствующего потенциала, вторые входы сумматоров соединены с соответствующими выходами ре- зистивного делителя, первый вход ко- торого является шиной опорного напряжения, а второй вход - шиной нулевого потенциала.

ной Сброс, третий вход является

шиной тактовых импульсов, а выходы соединены с соответствующими входами цифооаналогового преобразователя и являются вьСходной шиной, выход циф- роаналогового преобразователя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к второму входу аналогового сумматора, вход фильтра высокой частоты является входной шиной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем что аналого- цифровой преобразователь выполнен на резистивном делителе, шифраторе и п цепочках, каждая из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, усилителя-ограничителя вероятностного реле и компаратора, причем первые входы сумматоров объединены и являются первым входом аналого-циф- рового преобразователя, выходы компараторов соединены с первого по п-м входами шифратора, (п+1)-й вход которого является вторым входом аналого- цифрового преобразователя, (п+2)-й

вход шифратора является третьим входом аналого-цифрового преобразователя, выходы шифратора являются выходами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы компараторов соединены с шиной соответствующего потенциала, вторые входы сумматоров соединены с соответствующими выходами ре- зистивного делителя, первый вход ко- торого является шиной опорного напряжения, а второй вход - шиной нулевого потенциала.

С fax сумматора У

Изобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и может быть использовано в системах передачи и обработки импульсных сигналов для преобразования этих сигналов в двоичный код в условиях воздействия низкочастотных и высокочастотных помех, искажающих полезный сигнал. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для аналого-цифрового преобразования импульсных сигналов, содержащее фильтр верхних частот, вход которого является входом устройства, цифроаналоговый преобразователь, сумматор и усилитель, между выходом сумматора и N-разрядным входом цифроаналогового преобразователя введен аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом устройства, второй его вход соединен с шиной тактовых импульсов, а третий вход соединен с шиной "Сброс", а между выходом цифроаналогового преобразователя и вторым входом сумматора дополнительно введен фильтр нижних частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

pL| llljljl - |f||H)|||l|l|HIIIIIIIIIHI Illlll

Э j/ftj

ft«.3