Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1976 года по МПК H03K13/17 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - составляющая погрешности, определяемая величиной кванта младшего разряда; N - число разрядов АЦП; ц а2 ; CLj - коэффициенты пропорциональное ти, Для нахождения оптимальной зависимоети между параметрами АЦП при минимизац ошибки преобразования продеференцируем вы ражение 1 по этим параметрам и из решши уравнений получим, что при н -r-f, (N-l),(2); при t const Сп Гс1дгп2 fn2 f Анализ выражений (1) - СЗ) показывает что для различных значений частотного 1спектра входного сигнала j- существует минимальное значение суммарной погрешности АЦП (и пр min)j которое может быть достигнуто с помощью изменения соответствующего параметра (параметров) АЦП до его оптимального значения, Целью изобретения является обеспечение минимальной ошибки П|зеобразования слу чайных сигналов путем адаптивного изменения параметров АЦП, например длительности такта или числа разрядов устройства, В предлагаемом устройстве поставленная цель достигается тем, что в него введены устройство сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, устройство определения установившегося режима преобразования, логическая схема и устройство управления параметром, выход которого сое динен с одним из входов устройства управления, а входы - с выходами логической схемы, вход которой подключен к выходу устройства сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, один вход которого соединен с выходом реверсивного счет чика, а другой вход - с выходом устройства определения установившег-ося режима преобр зования, первый вход которого подключен к выходу сравнивающего устройства, а второй вход - к одному из выходов устройства управления, соединенному также с управляю щими входами устройства стробирования.и реверсивного счетчика. На. фиг. 1 представлена блок - схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - граф зависимости погрешности АЦП от длительТю 5тйтакта преобразования для различных зна,чений частотного спектра fg . Преобразователь состоит из сравниваемо го устройства (СУ) 1, аналогового сумма тора 2, первого преобразователя код напр жение СПКН) 3, устройства стробирования 4, устройства управления 5, реверсивного счетчика (PC) 6, второго преобразователя КОД - напряжение. 7, устройства определения установившегося режима преобразования 8, устройства 9 сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, логической схемы 10 устройства 11 управления параметром, Преобразователь работает следующим образом, По каждому сигналу Запуск устройство управления 5 выдает команды, по которым Производится преобразование вход11ого сигнала Ux в цифровой код с помощью СУ 1 и ПКН 3. При этдм преобразование происходит со значением параметра АЦП, равным ТЗ ( L - 1) (например, при методе пораз ргздного уравновешивания с длительностью такта IT- ( L - 1 ) или числом разрядов f ( i - 1), которое было установлено первоначально или в процессе предыдущей работы; 6(1- 1)-м цикле преобразования), В конце каждого цикла преобразования устройство управления 5 вырабатывает сигнал Конец преобразования, который поступает на управляющий вход устройства стробирования 4, обеспечивая подключение , ко входу аналогового сумматора 2 напряжения Uj() с выхода ПКН 7, и на управляющие входы PC 6 и устройства 8, СУ 1 ТГ сравнивает напряжение U х с суммой напряжений L:(, где UQI - выходное напряжение ПКН 3 в конце ( -го цикла преобразования (уравновешивания). Данное сравнение эквивалентно сравнению текущей ощибки аналого-цифрового преобразователя Anpi l/s-Uoi с напряжением U7(i.4)i Результат сравнения поступает с выхода СУ 1 на PC 6 и устройство 8, При этом если J7({) f то в PC ,6. добавляется единица и напряжение. / ) увели чивается на квант, если же {/ .;. /Ayjpi то из PC 6 вычитается единица и U7(i-i) уменьшается на соответствующую вeлич шy„ В процессе многократных тактов сравнения AnpiCUrl изменение Dfi происходит до тех пор, пока для рассматриваемого итерацио11ного процес а не выполнится fiafiejiCTBo вероятностей p lUnl |4npilJ pLlU,,,pL,(} При этом на выходе ПКН 7 устанавливлет«ся напряжение, которое связало с iioi-peuiностью преобразования cooTHOuienjiGM {U,,i,lyeT -Kunp,(5) где К - коэффициент пропорияон/ип.иостп, зависящий от з 1кона расп{1едол :иия гз.ходпг)- го сигнала и алгоритма функционирования АЦП, В момент выполнения равенства (4), определяемый устройством 8, на устройство 9 сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, поступает сигнал, до которому производится сравнение кодовых эквивалентов установившегося значения напряженияJTJ I ус гтт на I - м цикле .итерации с ;прёдшествуияцим у значение которого хранится в устройстве 9. При этом устройство 9 выдает следующие сигналы Xj в .логическую: схему Ю: 1 , если IUil.ycm lU7a-l)lijcm , LO , если ll 7ciycrn iU 4i-i)lycrn--Логическая схема 10 вырабатывает сигналы 21 , воздействующие на устройство 11, управления параметром которое и прои водит требуемое изменение параметра на величину tuQ; , Если Kj, 1, то шага Д0 сстается таким же, как был установле в конце поедществующего периода работы, T,.je., . Sign ДЦ; 51дчг AQ() . ;Если же X;, О, то знак приращения параметра изменяется на противоположный eig-n А Ц - SLgn ДЦ((1} . После соответствующего изменения пара метра и;, весь период работы многократн позторкется. При этом вторая итерационная процедура, вызывающая изменение параметра Q i , происходю до тех пор, пока не уста новится его оптимальное значение, при котором обеспечивается минимальная ошибка преобразования: iUaonlGDL. П np.MMH .MbtH В установивщемся режиме оптимальная величш-гй параметра находится в пределах Дй « При изменении частотного спектра входного сигнала происходит автоматическая перестройка соответствующего периметра АЦП, обеспечивающая минимальную ошибку преобразования. Рассмотрим в качестве примера работу Мредлагаемого АЦП для случая, когда пере страиваемым параметром является длитель ность-TaKTaiT. « Предположим, что на вход АЦП поступа входнг i сигнал с частотным спектром f и в резу,:.ьтате предыдущей работы устанавли&азтся значениеtT-t Qnmi которое соот зетствует погрешности Д (см. фиг. 2). Затем частотный спектр входного сигнала возрастает и становится равным f . АЦП начинает адаптацию.Врезультате первой итеряцкошюй процедуры при i- -tfonm., АШ1 работает до выполнения равенства (5), которое определяется устройством 8, При частотном спектре, равном Д. и принятой длительности такта -f-p погрешность АЦП равна Aji. В устройстве 9 происходит сравнение предыдущего и полученного значений погрешности. Так как ,J., )l то, в срртветствии с (6)Xi О и знак д1.(,-, меняется на противоположный. Поскольку не известно, какой был знак У ui: с,-н) в предыдущем цикле, будем рассмат1 Отватъ худщий из вариантов. Пусть tr ..тогда i . Увеличение ) длитедьяости такта, в результате цикла итерации приводит, к у величению погрешности АЦП ) Да 1 . следовательно XL О, и знак Ai меняется на противоположный. Очевидно, что в результате последующих итераций длительность такта -f уменьшается, пока уменьшается суммарная погрешность Дпр АЦП, а ПОдостижении jона начинает колебаться около этого значения, так как tf. опт ч определяет минимумом функции )/fa Таким образом, в рассмотренном АЦП путем автоматического изменения параметра t ,р достигается минимум суммарной погрешности преобразования. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнивающее устройство, преобразователь кода в напряжение, связанный с устройством управления, реверсивный счетчик, соединенный со вторым преобразователем кода в напряжение, выход которого (Через устройство стробирования подключен к одному входу аналогового сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого преобразователя кода в напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования случай- ных сигналов, введены устройство сравнения и запоминания состояния реверсивного счетчика, устройство определения установившегося режима преобразования, логическая схема и устройство управления параметром, выход которого соединен с одним из входов устройства управления, а .входы - с выходами логической схемы, вход которой подк;почен к выходу устройства сравнения и оапом.шання состояния poROiJCiiDJioго счетчика, один вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а другой вход - с выходом устройства определения установившегося режима преобразования, первый вход которого подключен к выходу сравниваюшего устройства, а второй вход к одному из выходов устройства управления, соединенному таКже с управляющими входами устройства стробирования и реверсивного счетчика.:

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт. св. N 139622, М. кл. Н 03 К 13/17, 24.07.65.

2.Авт. св. № 321941, М, кл. Н 03 К ; 13/02, О8.04.70 (прототип).

Ujf

М

-(

Di

г;±

ГГ I J LJ

8

r.fH/V

Запуск

J2(

ffOMpn npeoSflo

Jff/Offt/f

Zf

to

/f

2i

tr

т.оату гвягг r.ffffff tr.naitc iPat.Z