АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1973 года по МПК H03M1/46 

1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения в цифровой код.

В известном аналого-цифровом преобразователе, содержащем аналоговое запомииающее устройство, сравнивающее устройство, цифро-аналоговый преобразователь, регистр памяти, источник дополнительных образцовых напряжений, содержащий цифро-аналоговый преобразователь и масщтабирующий делитель, логическое устройство, устройство управления, реверсивный счетчик HI счетчик, в связи с тем, что время интервала квантования может достигать значительной величины при низкочастотных входных сигналах, погрешность измерения в этом случае будет возрастать пропорциюнально росту интервала квантования иб-за разряда запоминающего конденсатора; кроме того, в известном устройстве задается приведенная ошибка восстановления входного сигнала, а с уменьшением измеряемого сигнала по амплитуде необходимо более точно автоматически устанавливать интервал квантования (не выдавая излишней информации о сигнале) и более точно восстанавливать функцию измеряемого сигнала, что может быть осуществлено при задании относительной погрешности восстановления входного сигнала.

В предлагаемом устройстве, с целью повышения точности измерений и расширения частотного ди1апазона входных сигналов при их квантовании и автоматическом выборе интервала квантования при линейной экстраполяции, в преобразователь дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь - умножитель, состоящий из дискретного делителя, измерительных ключей, двух разнополярных источников образцового напряжения и схем совпадений для подключения кодовых сигналов к измерительным ключам, а также регистр памяти с входными и выходными схемами совпадений, схемы совпадений управлеНИ1Я измерительными ключами и схемы «ИЛИ, причем выход регистра памяти соединен соответственно через схемы совпадений управления измерительными ключами с одним из входов схем «ИЛИ, через входные схемы

совпадений - с входами дополнительного регистра памяти, одни выходы которого соединены со схемами совпадений источника дополнительных образцовых напряжений, другие выходы - через выходные схемы совпадений

с другими входами схем «ИЛИ, выходы которых соединены с управляющими входами измерительных ключей цифро-аналогового преобразователя, а также через схемы совпадений для подключения кодовых сигналов к

измерительным ключам - с управляющими

входами измерительных ключей цифро-аиалогового преобразователя - умножителя, выход которого соединен с выходами цифро-аналогового преобразователя и источника дополни тельных образцовых напряжений, а также одним из входов сравнивающего зстройства.

На чертеже представлена фуикциоиальная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство, как и известное, осуществляет квантование измеряемого сигнала Их по амплитуде с автоматическим (адаптивншм) выбором временного интервала квантования при линейной экстраполяции сигнала. Текущая погрещнюсть -восстановления сигнала при линейной экстраполяции определяется но формуле:

S,: 2y(t + -yt)-y(t + }

где г/( + значение измеряемого сигнала, задержанного на половину интервала квантования; г/(/+т) - значение измеряемого сигнала, задержанного на полный интервал квантования; y(t} - текущее значение ивмеряемомого сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый сигнал подается на аналоговое запоминающее устройство /. По команде «Пуск от устройства 2 управления в аналоговое запоминающее устройство подается управляющий сигнал, по которому осуществляется аналоговое запоминание мгновенного значения измеряемого сигнала Ux, которое затем преобразуется в код. В этом преобразовании участвуют аналоговое запоминающее устройство /, сравнивающее устройство 3, устройство 2 управлени1Я и цифро-аналоговый преобразователь 4, состоящий из дискретного делителя 5, двух источников 5 и 7 образцового разнополярного напрян ения, измерительных ключей 8 и регистра 5 памяти, дополнительного регистра 10 памяти, входных // и выходных 12 схем совпадений, схем 13 совпадений управления измерительными ключами и схем «ИЛИ 14.

Во время преобразования от устройства 2 управления поступает разрещающий сигналив схемы 13 совпадений управления измерительными ключами, благодаря чему кодовые сигналы с регистра 9 памяти управляют дискретным делителем 5, преобразуя сигнал t/.x. Остальные управляющие входы схем совпадений во время преобразоваиия заперты. По окончании преобразования запомненного значения сигнала U в устройстве 2 управления одновременно формируются сигналы: перезаписи кода регистра 9 памяти в дополнительный регистр 10 памяти и перезаписи кода реверсивного счетчика 15 IB счетичк 16. Сигнал перезаписи кода регистра 9 памяти поступает на управляющие входы входных схем 11 совпадений. После этих сигн1алов измеренное значение Ux в коде хранится в дополнительном регистре 10 памяти. Результат измерения Их, как будет показано ниже, будет задержан 5 на интервал квантования е принят за значение y(,). Код реверсивного счетчика /5, а следовательно, и счетчика 16, соответствует половине интервала квантования т/2. После перезаписи кода в счетчик 16 на последний

0 подаются тактовые импульсы для определения половины интервала квантования г/2.

Сигнал со счетчика 16, соответствующий по времени концу половины интервала квантовани т/2, поступает в устройство 2 управления,

5 которое формирует сигнал на следующее преобразование измеряемого сигнала Ux. По этому сигналу, как и после команды «Пуск, аналоговым запоминающим устройством 1 запоминается мгновенное значение сигнала Ux,

0 которое затем преобразуется в код аналогично предыдущему преобразованию, т. е. снова подается разрешающий сигнал на схемы 13 совпадений управления измерительными ключами, а остальные схемы совпадений выключаются. После этого преобразования сигнала Ux код его остается в регистре 9 памяти. Этот результат измерения задержан на время половины интервала квантования т/2 и в дальнейщем будет принят за значение г/(/4-т/2).

0 По окончании измерения сигнала Ux, задержанного Hia половияу интервала квантования т/2, определяется вторая половина интервала т. Для этого переписывается код реверсивного счетчика 15 в счетчик 16, на который затем ог устройства 2 управления подаются тактовые импульсы. Сигнал со счетчика 16, соответствующий второй половине, интервала квантования т, поступает в устройство 2 управления, которое формирует сигвал на

0 аналоговое запоминание текущего значения y(t} аналоговым запоминающим устройством /. Одновременно с указанным сигналом в устройстве 2 управления формируется общий управляющий сигнал на схемы 17 совпадений и

5 выходные схемы 12 совпадений дополнительного регистра 10 памятж Схемы 17 совпадеР ий для подключения кодового сигнала к измерительным ключам 18, измерительные ключи 18, дискретный делитель 19 и два разнопо0 лярных источника 20 и 21 образцового напряжения образуют цифро-аналоговый преобразователь-удвоитель 22. Выходное напряжение в цифро-аналоговом преобразователе-удвоителе 22 удваивается или за счет выбора

5 источников 20 и 21 образцовых напряжений вдвое больщими по сравнению с источниками 6 И1 7, или за счет различного масщтабирования дискретных делителей 5 и 19. Таким образом, измеренное значение г/(/-}-т/2), код кото0 рого хранится в регистре 9 памяти, преобразуется в цифро-аналоговом преобразователеудвоителе 22 в аналоговое значение, равное 2г/(/+т/2). В дополнительном регистре 10 памяти хранится кодовое значение иемеряемого сигнала

г/(+т). Выходные схемы 12 совпадений подключены к регистру 10 таким образом, что на их выходе образуется кодовое значение сигнала |/(-{-т) с противоположным знаком. При подаче управляющего сигнала на выходные схемы 12 совпадений код сигнала г/() с противоположным знаком, проходя схемы «ИЛИ 14, подается на измерительные ключи 8 цифро-авалогового преобразователя 4, в котором на выходе дискретного делителя 5 образуется аналоговое значение измеряемого сигнала г/(+т) с противоположным измеренному значению знаком. Измеренные значения 2(-|-т/2) и y(,} вычитаются «а выходах дискретных делителей 5 и 79 и подаются на вход сравнивающего устройства 3, на другой вход которого подано измеренное текущее значение входного сигнала y(t).

От устройства 2 управления на сравнивающее устройство 3 подается стробирующий импульс, в результате чего определяется знак разности между текущим значением измеряемого сигнала y(t) и алгебраической суммой удвоенного значения измеряемого напряжения через половину интервала квантования 2«/(4-t/2) и значением измеряемого сигнала с противоположным знаком через интервал квантования y(). Результат сравнения при определении знака разности записывается в логическое устройство 23 в виде «Нуля или «Единицы. Логическое устройство 23 по команде от устройства 2 управления в зависимости от знака разности, включает напряжение ошибки восстановления Ле() с соответствующим знаком. Это напряжение снимается с источника 24 дополнительных образцовых напряжений, состоящего из дискретного делителя 25, измерительных ключей 26, схем 27 совпадений, управляющих включением измерительных ключей 26 и масштабирующего делителя 28. Код относительной ошибки восстановления подается с дополнительного регистра 10 памяти и соответствует модулю измеренного зеачеиия y(). Масштаб (величина) относительной ошибки восстановления выбирается масштабирующим делителем 28 и определяет ошибку восстановления входного сигнала. При отрицательной разности в ключается -Ае(0, при положительной разности. +Ае(). Сигнал включения напряжения Д8(0 подается на схемы 27 совпадений от устройства 2 управления.

Значение напряжения ошибки восстановления Ае(/) суммируется на выходах дискретных делителей 5 и 19. Образуется алгебраическая сумма напряжений 2г/(-|-т/2), г/(г;+т) с противоположным знаком и As (О, которая сравнивается сравнивающим устройством 3 с текущим значением y(t), запомненным аналоговым запоминающим устройством. При сравнении этих напряжений могут возникнуть различные варианты, в зависимости от которых логическое устройство 23 принимает рещение об изменении (уменьшении или увеличении) интервала квантования измеряемого

сигнала т на величину Ат (вычитает или прибавляет единицу в реверсивный счетчик /5). Далее с помощью устройства 2 управления считывается код с дополнительного регистра 10 памяти, который соответствует измеренному значению y(, и измеряется ранее запомненное напряжение y(t), которое для следующего (нового) цикла измерения будет соответствовать напряжению //(/+т).

Дальнейшая работа устройства не отличается от описанной ранее, т. е. после измерения запомненного значения y(t} следует определение половины скорректированного интервала квантования и т. д. В начале измерения

код реверсивного счетчика 15 равен нулю, что соответствует минимально возможному интервалу квантования т (с реверсивного счетчика 15 в счетчик 16 считывается обратный код). По мере увеличения числа циклов измерения

код на реверсивном счетчике 15 увеличивается и начинает флуктуировать около определенного оптимального для данного процесса интервала квантования до тех пор, пока не изменится спектр (или соответственно антикорреляционная функция) в.ходного сигнала.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий аналоговое запоминающее устройство, сравнивающее устройство, цифро-аналоговый преобразователь, регистр памяти, источник дополнительных опорных напряжений, содержащий цифро-аналоговый преобразователь и масштабирующий делитель, логическое устройство, устройство управления, реверсивный счетчик и счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона входных сигналов при их квантовании и автоматическом выборе интервала квантования при линейной экстраполяции, в преобразователь дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь-умножитель, состоящий из дискретного делителя, измерительных ключей, двух разнополярных источников образцового напряжения и схем совпадений для подключения кодовых сигналов к измерительным ключам, а

также регистр памятш с входными и выходными схемами совпадений, схемы совпадений управления измерительными ключами и схемы «ИЛИ, причем выход регистра памяти соединен соответственно через схемы совпадений

управления измерительными ключами с одним из входов схем «ИЛИ, через входные схемы совпадений - с входами дополнительного регистра памяти, одни выходы которого соединены со схемами совпадений источника

дополнительных образцовых напряжений, другие выходы-через выходные схемы совпадений с другими входами схем «ИЛИ, выходы которых соединены с управляющими входами измерительных ключей цифро-аналогового

преобразователя, а также через схемы совпа7

деиин для подключения кодовых сигналов к нзмерительнь :кл1оча.м - с управляющими входами измерительных ключей цифро-адалогоБого преобразователя - у-множителя, выход

которого соеди111ен с .выходами цифро-аналогового п.реобразователя и источника дополнительных образцовых напряжений, а также одним из входов сравнивающего устройства.

II 1|

27

L..

Вык. код

23

ТТТТУГ