Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1975 года по МПК H03K13/17 

1

Изобретение относится к измерительной| ;и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях случайных напряжений в код, а также в устройствах ; для измерения и преобразования в код ха- рактеристик случайных стационарных сигналов.

Известен преобразователь по авт. СБ. № 37О719.

: Однако известный преобразователь ( не измеряет одномерную функцию распределения, функцию распределения времени между экстремальными значениями, автокорреляционную и взаимную корреляционную функцию стационарных эргодических входных случайных сигналов, а также среднее значение для нестационарных по среднему значению рходных случайных С1п налов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преОбразователя. ..Для этого Б него введен управляемый сигналами режимов работы распределитель, |1хоДы которого соединены с выходами циф ро-аналогового преобразователя, управляю.щего устройства, устройства для определения знака приращения, а выходы распредели-реля подключены к управляющим входам исрочника дополнительных образцовых напряжений, к входам управляющего устройства, устройства для определения знака приращени управляющим BxojaaM измерительных ключей.

На чертеже приведена структурная элек1 рическая схема преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь содерjjiHT - измерительные ключи 1 и 2, виходы , 1 оторых соединены с входом сравнивающего устройства 3, второй вход и выход которого подключены к управляющему устройству 4 роединенному также с входами цифро-аналогового преобразователя 5, реверсивышо учетчика 6, счетчика 7, с входом и выхочцом распределителя 8, с входами логического устройства 9 и источника дополнительЧых образцовых напряжений 10. Выход расиределителя 8 подключен к входу устройс- ва для определения знака приращений 11, ыход которого соединен с входами цифро-

.аналогового преобразователя 5 и раснреде-пителя 8, а выходы цифро-аналогового преЦ образоватэля подключдны к входам р о;пределителя 8, сравнивающего устрбйстйа 3 и выходу измерительного ключа 12, уп4 равлшощий вход которого, а также управ-г I ляющий вход измерительного ключа 13 сог единены с выходом распределителя 8. Сигнальный вход измерительного ключа 13 Г подключен к выходу генератора образцов о4 го случайного сигнала 14, выход которогр подключен также к сигнальному входу из-.; мерительного ключа 15. Выхода измерительных ключей 1,2,13 и 16 объединены, а управляющие входьг ъизмерительных ключей 1 и 2 соединены с: выходом управляющего устройства 4, вход которого подключен также к выходу ;4eiv чика 7. Другой выход счетчика 7 соеди- I нен с входом цифро-аналогсвого преобра- зователя 5, а вход счетчика 7 подключен.; к выходу реверсивного счетчика 6, два . , входа которого соединены с выходами ло- ; гического устройства 9, вход которого соединен с выходом сравнивающего устрой- . ства 3, два выхода - с входами источника дополнительных образцовых напряжений 10, а третий выход - с входолд устройства для определения знака приращений 11. Выход распределителя 8 подключен также к входу источника дополнительных образцовых нап{эяжений 10, а выходы последнего - к сигнальным входам измерительных ключей 12 и 16. Преобразователь работает следующим образом. Преобразователь может работать в режиме адаптивного квантования, в котором по заданной погрещности восстановления , сокращается избыточная информация. При или этом измеряемое напряжение нодк поченное через соответствующий измерительный ключ 1 или 2 к Сравнивающему устройству 3, преобразуется в цифровой код пря помощи управляющего устройства 4 и цифро-аналогового преобразователя 5, Далее при помощи реверсивного счетчи- ка 6 и счетчика 7 определяется интервал квантования, пропорциональный коду ревер-i сивнсго счетчика р, и включается в работу распределитель 8, на первом такте которся о при помощи управляющего устройства 4, лсмгического устройства 9, сравни-i вающего устройства 3 и цифро-аналогового преобразователя 5 сетределается знак прира щения входного напряжения У (или J ); на такте распределителя 8 J 2 . . . I . 4 . {включается источник дополнительных образ4 щовых напряжений 10 - заданная погреш|ность восстановления, с которой сравниваетЬя приращение измеряемого . В случае превыщения измеряемым .; налом заданной погрешности йШ восстановления, код на реверсивном счетчике 6 уве4 Ьичивается, а интервал квантования умень-ч гЩаеТся и, наоборот, если измеряемый сиг-1 ;нал не превыщает заданную погрещность I восстановления. Логическое устройство 9 по команде от уравнивающего устройства 3 при этом вьшолняет следующие операции, при помощи которых итерационным методом находят оптимальный интервал квантования; здля данного стационарного процесса и за- , данной,пот решностЕ восстановления. ; Адаптивное квантование по двум каналам для сигналов U и U осуществляет ,12 ся в Следующем режиме работы преобразсявателя. В этом режиме происходит поочередное включение измерительных ключей 1 и 2 управляющим устройством 4. Частота подключения (квантования) выбирается автоматически в зависимости от заданной погрещности восстановления и взаимной корреляционной функции сигналов, поступарощи : по разным каналам., i В режимах измерения функций распределения предложенный преобразователь в за- . висим ости от режима работы может изме- рять функции распределения экстремальных, максимальных и минимальных значений, функции распределения времени между указанными экстремальными значениями, а также фуикпию распределения случайного .стационарного эргодинеского сигнала. ; Экстремальные; а также отдельные мак- симальные и минимальные значения стадионарных эргодических сигналов фиксируются устройством 11 для определения знака приращения следующим образом. Как и в первом режиме работы, измеряется напряжение О или U . По окон-1 12 чании измерения от управляющего устройства 4-,, включается в:,рабрту распредёлитель8. От пёрвого тактового импульсараспрёдв-1 лителя 8, как и в первом режиме работы, в логическом устройстве 9 происходит определение знака приращения текущего значения измер)а емого напряжения. Логический сигнал, формируемый в результате определения знака приращения текущего значения измеряемого напряжения логическим устрой.ством 9, фиксируется устройством 11 для ,определения знака приращения. , Далее проводятся следующие измерения ,и определения знака текущего значения измеряемого напр51жения до тех пор пока не

произойдет измеяеш1е знака приращения, которое будет зафикеироваво устройством 11 как противоположный сигнал с JюгичeСЕОГО устройства 9, что соответствует .экстремальной точке сигнала, I Экстремальные, максимальные и минимальные значения измеряемого сигнала определяются по следующим изменениям знаков приращений измеряемого напряжения от ; одной операции к другой. Время между (экстремальными, макримальнымн и мини-мальными значениями определяется при по- мощи счетчика 7, который заполняется так товой частотой в интервалах между указанными значениями входного сигнала. Функция распределе1шя случайного входтного сигнала измеряется без преобразования его в код при помощи цифро-аналого:вого преобразователя 5. В этом случае сигналом режима работы управляющее уст ройство 4 порле запуска преобразователя сразу включает в работу-распределитель 8. В. этом режиме работы первыйтакт рас- . пределителя 8 служит для сравнеи1ия 1змеряемого напряжения U по одному из.выX . .

бранных каналов U или (J с первым

X . ;X.

-.1л ЕР

значением уровня выборки Дс. t ,

снимаемого с источника дополнительных образцовых напряжений 10 через измерительный ключ 12. Результат сравнения фиксируется логическим устройством 9. На следующемтакте распределителя 8 измерительным ключом 13 к входу сравнивающего устройства 3 подключается генератор образцового случайного сигнала 14, сигнал которого У сравнивается с преобразован 1ым .в

напряжение кодом реверсивного счетчика б

У . На предыдущем такте распределитё ор , - ,

ля 8 управляющим устройством 4 код реверсивного счетчика.,6 загшсь1ваётся. в-циф ро-аналоговый преобразователь 5, Однако этОт код преобразуется в аналоговый сигнал У только на втором такте распре-.

делителя 8, когда необходимо сравнить этот сигнал с сигналом генератора 14. Результат сравнения фиксируется логическим устройством 9, которое изменяет, код реверсивного счетчика 6 от измерения к измерению до тех пор, пока не будет на нем установившегося значения кода.

Логическое устройство 9, управляемое режимом работы, при измерении функции распределения увеличивает код реверсивного счетчика 6 на единицу при условии, что

V ; Ux AEi: , , .,: ; -Уор .L

умешзщает код реверсивного счетчика 6 на единицу при условии, что

IU,St ,I

Un U

op

|и оставляет его без изменения при

УХ е; Up UOP

и при

Ux AEi , lJr 0

i Источник дополнительных образцовых

напряжений 1О в этом режиме работы преобразователя формирует уровни выборки измеряемой фу1жшш распределения входно-г го сигнала. Эти уровни выборки задаются, и измеряются автоматически путём изме-

нения выходного напряжения источника 1О. Изменение напряжения уровня выборки происходит после фиксации установившегося значения точки функции распределения, которое определяется управляющим устройст-

вом 4 по количеству измерений или по другим признакам.:

: При измерении функции рас гределекия на реверсивном счетчике 6 устанавливает:ся код уровня выборки генератора образ-

цового-случайного сигнала 14, функции j распределения которого известны.

Установившимся значением точки измеряемой функции распределения будет такое значение кода реверсивного счетчика 6,

при котором вероятность непревышения заданного уровня выборки ЛЁt значением

измеряемого сигнала равна вероятности непревышения сигналом генератора образцового случайного сигнала 14 своего уровня выборки, значение которого устанавливается на реверсивном счетчике 6 в процессе измерения точки функции распределения. Измеряемая функция распределения

находится по установившимся значениям i кода реверсивного счетчика 6, соответствующим заданным уровням выборки. дЕ,При измерениях функций распределении экстремальных, максималысых. и минимальных значений сначала определяются экстремальные значения таким образом, как это уже было рассмотрено, а затем в работе снова участвует распределитель 8, но с .измененной устройством 11 программой :ра;боты, В первом сравнении вместо измеряв(Мого напряжения на первый вход сравнивак.1 Wero устройства 3 через ключ 16 подается напряжение дЕ, а на второй вход со-ответственно экстремальное значение -U I -t ,с дифро-аналогового преобразователя 5. В.| конце первого такта {после этого сравне-t ния) в цифро-аналоговый преобразователь 5 записывается код реверсивного счетчика 6: и далее преобразователь измеряет функцию; распределения. При измерении функции распределения j времени между экстремальными значениямч после нахождения экстремального значения: код счетчика 7 записывается в цифро-аналоговый преобразователь 5 до начала работы распределителя 8 по новой программе. Следовательно, на нервом такте распрвчделителя 8 в работе по новой программе : преобразованный в аналоговое значение . 11 о „ код счетчика 7 сравнивается с уровнем выборки Ei- и далее функция рао-« пределёния измеряется, как к ранее. Для всех значений уровней выборки ДЕ. Среднее значение также измеряется ите-; рационным методом. После подачи сигнала режима работы и запуска к первому входу сравнивающего устройства 3 измерительныгми ключами 1 и 2 подключается измеряеи , которое сравнивается Мое напряжение Л- на первом такте распределителя 8 с напряжением (J от генератора образцового слу- чайного сигнала 14, подаваемого на второй вход сравнивающего устройства 3 через измерительный ключ 15. Распределитель 8 начинает работать пос ле запуска преобразователя, т. е. аналогоцифрового преобразования измеряемого сигнала не происходит. Результат сравнения на первом такте распределителя 8 записывается в логическое устройство 9. На следующем такте распределителя 8 йод реверсивного счетчика б записывается в - Ш1(|5 о-аналоговый пре образователь 5, т. е. таким образом преобразуется в аналоговое значение U - На следующем такте распределителя 8 на пряжение Oj,. родаваемовот генератора образцового случайного сигнала 14 через измерительный ключ 13 на вход сравниваю щего устройства 3, сравнивается им с напряжением U Оба результата сравнения фиксируются логическим устройством 9, которое рабо- тает также, как при измерении функции )аспределения, i Следующим импульсом распределителя 8 преобразователь за исключением реверсивного счетчика 6 сбрасывается и выполняются новые измерения до тех пор, покакоД на реверсивном счетчике не установится иГ не будет соответствовать среднему значению измеряемого сигнала. 1, Сигналами переклуэчения режимов работь|| управляются выходные шины распределите- ря 8 таким образом, что в каждом из ре-; жимов работы устанавливается строго оп-; ределенная последовательность операций, которые повторяются от одного цикла измерений к другому. По результатам адаптивного квантования можно вычислить нормированные корреляционные функции, однако это неудобно з-за большого количества вычислений и часто требуются значения этих функций, представленных Электрическими сигналами э коде. I Предложенный преобразователь позволя- 1ет измерять нормированные автокорреляцирнную функцию и взаимную корреляционную функцию полярным методом для двух стационарных центрированных сигналов, т. et сигналов с математическим ожидадаем, равнь М нулю. Центрирование измеряемьтх сигналов производится по результатам измерения средних значений напряжений {J Центрирующие напряжения в коде вводятся во входные регистры источника дополнительных образцовых напряжений 10. Измеряемый сигнал (J в этом режиме не Преобразуется в код, а измерение начинает9Я с работы распределителя 8. На первом такте распределителя 8 измеряемое напряжение сравнивается с нулевым значением {с уровнем центрирования Л Е). В указанном .режиме после сброса преобразователя перёд первым тактом на счетчике 7 устанавливается код интервала f , который после изм ревдя установивщегося значения точки автокорреляционной функции, соответствую- щей Г , изменяется на 2 и т. д. до величины интервала корреляции, а принеобходимости и более.. . 1 Код q: 2 i и т. д. может набираться на клавищном переключателе или регистре ;и перезаписываться в счетчик 7. Итак, на первом такте сравнивается измеряемое напряжение и с математическим ожиданием :{средним значением), и результат сравнения фиксируется логическим устройством 9. Одповременно с этим сравнением на счетчике J-7 от управляющего устройства 4 подаются счетные импульсы, при помощи которых фор мируется интервал времени Т . Во время формирования интервала так говые ..°. ,пульсы на распределитель 8 от управляю|щего устройства 4 блокируются.

9 После окончания интервала (/ сч&гтщ .7 формирует на-вход управляющего устройства 4 сигнал, по которому распределитель 8 начинает дальнейшую работу и формиру.ет следующий такт. На этом такте через интервал времени f снова сравниваются; напряжения U и ДЕ. В их подключении ; и сравнении участвуют те же элементы, что и на предыдущем такте. Результат этого сравнения та1сже фиксируется jrorH4ecKHM i устройством 9.I На следующем такте распределителя 8; код реверсивного счетчика 6 переписываетг|ся в цифро-аналоговый преобразователь 5,- образуя напряжение U j которое сравни- ;.ор, вается с напряжением генератора образцевого случайного сигнала 14, подключаемым измерительным к/почом 13 к входу сравнивающего устройства 3. Результат сравнения также фиксируется логическим : устройством 9.I ; В результате первых двух тактов логи ческое устройство 9 последовательно определяет совпадение 1, О или О, 1 и выдает 1, а при О, О или 1, 1 выдает О. В резуль;тате третьего такта с учетом первых двух тактов логическое устройство 9 работает следующим образом: записывает 1 + 1 в реверсивный счетчик при совпадении кода О , 1 и 1, О с 1; вычитает - 1 из реверсивного счетчика 6 при совпадении кода О,0и1, 1сО; оставляет код реверсивного счетчика Q без изменения при совпаде1ши кодов О, 1и1,ОсОиО,О и 1, 1 с 1., I Распределитель 8 последним тактовым j импульсом начинает следующий цикл изме-) рения с интервалом между первыми двумя I сравнениями, равными Ч Такие циклы i следуют друг за другом до получения установившегося значения нормированной авто- I корреляционной функции на реверсивном счетчике 6, соответствующего Затем

iO (находится следующая точка функции, соогветствующая 2 Я/ , и т. д. i В режиме измерения B3aiiMHOH корреляционной функции двух входных напряжений полярным методом измеряется взаимная Корреляционная функция двух входных напряжений , математическое ожидание которых должно быть равно нулю, или, если оно не равно нулю, должно быть-измерено для каждого сигнала и затем вводиться в источник дополнительных образцовых напряжений 10. ; Преобразователь работает по той же схеме, что и в предыдущем режиме, за исключением второго сравнения, при котором U сравнивается через интервал . 2.. tl с уровнем ДЕр ® П 1,2,3... : Итак, считывание кода измеряемых параметров при статических измерениях проводится по команде с управляющего устройства 4 после их установления. , В зависимости от режима работы аре- образшателя несколько изменяется работа логического устройства 9, что определяется предложенными алгоритмами, но не усложняет логического устройства 9. J П р е д м е т и 3 о б р е т е н и я . I : Аналого-цифровой преобразователь по авт. св. № 37О719, отличающий|с я тем, что, с целью расщирения фуякщю;нальных возможностей, в него введен управляемый сигналами режимов работы распределитель, входы которого соединены с выходами цифро-аналогового преобразоваТеля, управляющего устройства, устройства для определения знака приращения, а выходы распределителя подключены к управляющим входам источника дополнигель;Ных образцовых напряжений, к входам управляющего устройства, устройства для оп- ределения знака приращения и управляющнм . входам измерительных ключей.| Сигнал Вклю(ение Ретпа napofiempa