Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1979 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к области вычислительной техники. Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в которых точность преобразования при наличии помех повышается путем применения статистической обработки результатов отдельных преобразований. Они содержат сравнивающее устройство, устройство управления, распределитель,основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) реверсивный счетчик, дешифратор и логические схемы. Кроме того, с целью повышения точности преобразо вания постоянного напряжения в условиях аддитивных помех и сокращения времени преобразования при цифровом интегрирований результатов измерений они дополнительно содержат сумматоросреднитель, реверсивный счетчик заданной допустимой погрешности от помехи, ЦАП приращений и логическую схему Ц . Недостатками такого АЦП являются большое количество оборудования и не достаточные быстродействие и точност работы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является АЦП содержащий генератор импульсов, ре версивный счетчик, преобразователь кода в напряжение, два нуль-органа, счетчик, четыре элемента запрета, два триггера, ключи, элементы И и ИЛИ линии задержки 2. Повышение быстродействия и точности преобразования достигается путем соответствующего соединения элементов схемы, при этом код в реверсивном счетчике зависит от частоты обрабатываний нульорганов. Так, вероятность срабатывания первого нуль-органа можно приравнять к вероятности пребывания входного сигнала х (t) на время одного цикла преобразования под Уэт а вероятность срабатывания второго нуль-органа - к вероятности пребывания x(t) за то же время над Ugm . Если считать, что Р - вероятность пребывания x(t) надиэтЭ вероятность пребывания x(t) подПэт то в процессе преобразования один из нульорганов будет срабатывать.чаще до тех пор, пока Р не станет равным Pj . .Однако в таком вероятности срабатывания нуль-органов неодинаковы.Это не означает, что при каждом опросе нуль-органов срабатывает тот, по сигналу которого в реверсивном счетчике сформирован такой код. что преобразователь кода в напряжение формирует эталонное напряжёние, позволяющее приблизиться к оценк математического ожидания М х (t). Импульсная помеха любой величины которая налагается на сигнал в моме срабатывания нуль-органа, не может изменить код в реверсивном счетчике больше, чем на один Квант, Однако если импульсные помехи приходят чаще то код в реверсивном .счетчике может измениться больше, чем на один квант Это JFГpивoлит к тому, что в конДе процесса преобразования перед считыванием кода с реверсивного счетчика ко4 в этом счетчике может, отличаться больше, чём на квант, от оценки математического ожидания входной функции Mtx(t). : Целью изобретения является повышен1|е,;точности работы АЦП. Поставленная цель достигается за счет того, в АЦП,содержащий генератор импульсов , выход которого через тумблер соединен с сигнальным входом первого элемента запрета. управляющий вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, нулевой выход которого-соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с eдиJ ичным выходом второго триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с управляющим входом второго элемента запрета, сигнальный вход которого соединен с единичным входом первого триггера и выходом пе вого нуль-органа, а выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющими входами третьего и четвер| його элемёнтой запрета, причем сигнальный вход третьего элемента запрета соединён с вькодом блока управления Нуль-органами, а. сигнальный вход четвертого элемента запретачерез тумблер - с выходом второго нуль-органа, управляющий вход которого сое динен с выходом третьего элемента , запрета и управляюии1ад входами перво го нуль-органа и счетчика, вьссод кот росо соединей с входом первого элеме та задержки, первые входы первого и второго нуль-органов соединены с шин входного сигнала, а их вторые входы ,с выходом преобразователя кода в нап .жениis, входы которого соединены с вы ходами реверсивного счетчика и .пер-. ВЕШИ входами элеМейтов И, вторые вхо ды которых соединены с выходом второ vfp 11; входом третьего элементов . заi , причем выход-третьего элемент задержки соединен с шиной начальной установки и нулевыми входами первого и второго триггеров и ревер.сйвного счетчийа, введены два накапшваюишх счетчика: и элемент сравнения, йервый вход которого соединен с выходой первого элемента запрета и Суммирующим .Входом реверсивного счетчика, второй выхЬд -.с вычитаю661783щим входом реверсивного счетчика, .входЬм второго элемента задержки и единичным входом второго триггера. Первый и второй входы элемента сравне НИН соединены соответственно с выхода мипервого и второго накапливающих , счетчиков, первые входы которых соединены с выходами второго и четвертого элементов запрета соответственно. Вторые входы накапливающих счетчиков соединены с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с управляющим входом элемента сравнения. Структурная схема предложенного. АЦП показана на чертеже. - . АЦП содержит генератор импульсов д , реверсивный счетчик 2, преобразователь кода в напряжение 3, первый 4 и второй 5 нуль-органы, первый 6, , второй 7, третий 8 и четвертый 9 элементы запрета,элемент сравнения id,. первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, триггеры IS и 4 f блок -fS управления нуль-органами, счетчик. 16, первый 17, второй 18 и третий 19 элементы задержки, элементы И 2О,тумблер 2-f и первый 22 и второй 23 накапливающие счетчики. Входной аналоговый сигнал ; поступает на один из входов нуль-органов 4 и 5, вторые входы которых соединены: с выходом йреобразователя кода в напряжение 3, управляющие входы чере.з элемент запрета 8.- с выходом блока 15 управления нуль-органами. Выход элемента запрета 8 соединен с входом счетчика 16. Выход ,нуль -органа 4 соединен с единичным входомтриггера 13 и чере элемент запрета 7 подклю-чен к одному из входов накапливающего счетчика 22, выход которого соединен с одним из входов элемента сравнения 10, Выход нуль-органа 5 через тумблер 21. и элемент запрета 9 подключён к одному из входов накапливающего счетчика 23, выход которого соединен с другим входом элемента сравнения 10. Другие входы счетчиков 22 и 23 через элемент задержки 19 соединены с выходом счетчика 16 и с управляющим входом элемен-; та сравнения 10. Нулевой выход триГ гера 13 соединен с управляющими входами элемента запрета 6, единичЬый выход - с одним из входов элементов ,ИЛИ 11 и 12, другие входы которых... соединеныс единичным выходом триггера 14. Выход элемента ИЛИ 11 соедиfieH с управляющим входом элемента запрета 7, выход элемента ИЛИ -12 соединен с управляющими входа|ли эле ментов запрета 8 и 9, Генератор импульсов 1 через тумблер 21 и элемент запрета б с.оединен с с ммирующим входом реверсивного счетчика 2 и. с одним из выходов элемента сравнения 10, другой выход которого соединен с вычитающим входом счетчика 2, с единичным входом триггера 14, через элемент задержки 19 - с одним из входов элементов И 20, а через элемент задержки 18,подключенный к выхй ду элемента задержки 19,.- с входами счетчика 2 и с шиной начальной установки, соединенной с нулевьпми входами триггеров .13 и -14. Выходы счетчика 2 соединены с входами преобразователя кода в напряжение 3 и с другими входами элементов 20. Устройство работает следующим образом, После включения питания иуетанов ки управляющих триггеров 13 и -{4 в Исходное состояние подачей импульса на шину начальной установки и включения тумблера 2i начинается процесс: преобразования. При этом элемент запрета б открыт, а все остальные элементы запрета открыты. От генератора импульсов ) через элемент запре та 6 импульсы проходят на суммирующий вход счетчика 2, Преобразователь кода в напряжение 3, управляемый разрядами счетчика 2 вырабатывает ступенчато-линейное компенсирующее напряжение являющееся напряжением, обратной свяЗ.И. Нуль-орган 4 выдает импульс при %m(t) f и нуль-орган 5 вырабатыва ет импульс при ) . В начале процесса преобразования входного .сигнала срабатывает нульорган 5, поскольку компенсация Начинается от нулевого уровня, тй импуль от него не проходит на вход счеТдака 2, так как элемент запрета 8 закрыт. При достижении Ugm значения случа ного сигнала x(t) y(t) + hH) сра батывает нуль-орган 4. Импульс от него перебрасывает триггер-13, котор подает сигнал :запрета на элемент запрета 6 и снимает запрет ,со всех зстальных элементов запрета. BcTynaieT в действие блок 15 упрайЛенин нуль-органами, который представ ляет собой генератор, вырабатывающий импульсы одновременно запирающие оба нуль-органа на время, райное времени их восстановления, и затем открйвающие оба нуль-органа одновременно на время, равное времени их срабатывания Первый импульс с выхода нуль-органа 4 отключает суммирующий вход счетчика 2 от генератора импульсов 1 и от ; 5ывает элементы, запрета 7 и 9, разрешая тем самым прохождение импульсов q выходов нуль-органов 4 и 5 на входы ,йакапливающих счетчиков 22 и 23, Код в счетчиках 22 и 23 зависит от частоты срабатываний нуль-органов. Если, например, нуль-орган 4 срабатывает чаще чем нуль-орган-5, то код в счетчике 22 будет по величине боль.ше, чем в счетчике 23, При аереполнении счетчик 16 выдае импульс .опроса эл емента сравнения 10 кодов в счетчиках 22 и 23, формирует .Ьигнал, поступающий на суммирующий вход счетчика 2, если код в-счётчиг. ке 23 больше, чем в счетчике 22, или формирует сигнал, поступающий на вччитающий вход счетчика 2, если код в счетчике 22 больше, чем в счетчике 23. После того как элемент срав-. нения 10 сформирует сигнал на одном или другом выходе, сигнал переполнения с выхода счетчика 16, пройдя через элемент задержки 17,устанавли.вает разряды счетчиков 22 к 23 s нулевое состояние, При поступлении сигнала с элемента сравнения 10 на суммируюйдай вход счетиика 2 преобразователь кода в напряжение 3 формирует Уэт,.которое по величине на квант больше предыдущего. Это эталонное напряжение поступает на входы нуль-органов 4 и 5, и преобразователь продолжает работу, При поступлении сигнала с элемента сравнения 10 на вычитайвдий вход счетчика 2 код в счетчике уменьшается на единицу младшего ра;зряда. Этот же. сигнал поступает на вход триггера 14, который переходит в другое состояние. При этом на уйравдяющйё входы элементов запрета 7-9 подает.с.я .за:прещающий Сигнал, Пройдя элемент задержки 19, сигнал поступает на Входы элементов И 20, считывает установившийся код из счетчика 2, затем,пройдя через элемент- задержки 18, устанавливает разряды счетчика 2 внулевое сбстояниеи триггеры 13 и 14 в исходное состоя.ние, npeo6pa3OBiaTeJib готов к новому циклу преобразования. В результате действия помех код в счетчике 2 сравнения иэж x(t) может измениться в пределах Рдного Кванта, но и после следующего такта сравнения изменение кода может йроизойти в направлении, не соответ.Ьтвующем .приближению к оценке математического .ожидания входной функции (t). Из того факта, что вероятности пребывания x(t} над U.m ° .Ugttt равны, следует, что частота срабатывания одного нуль-органа больше, чем у другого, но не следует, что в момент считывания в йчетчике будет зафиксирован код, соответствующий (t), так как нейозможно предска.затъ, какой из нуль-органов срабатывает в результате отдельного сравнения Ugjn-t случайным сигналов x(t) , что приводит к появлению случайных погрешностей аналого-цифрового преобразования, Будем считать, что если в результате проведения сравнений ( с x(t) в счетчике 2 устанавливается код, в6личина которого приближ.ается к оценйё (t) , то принято правильное режение, и если после сравнения .Чзт,с x.(t.} код в счетчике 2 не приблизится к оценке Mfx(t) , то принято ложное решение, Если проводить S Сравнений с x(t), то число ложных решений равно где р(х) - вероятность принятия ложного решения. Число принятых правильных решени равно .C-f-plKlVs. Так как вероятности- принятия вер го и ложного решения не равны друг гу, то в результате S повторнью срав ний .с x(t) число верных и ложны решений не равно между собой и в нак ливающих счетчиках зафиксируются не равные по величине коды. .Серия из S повторных сравнений, на Р-ОМ такте должна заканчиваться принятием peireния.о следующей формируемой эталонно величине Ug., , которое формируется схемой сравнения на основании знака разности N(iH,2,...,n) - . Такая операция повторяется на каж дом такте формирования Ug . Процесс статистической обработки закончен, как только по сигналу схемы сравнения преобразователь кода в напряжение 3. сформирует УэмцЧ- /которое по величине меньше i что соответствует алгоритму работы развертывающего АЦП. При этом в счетчике 2 зафиксирован код, соответствующий оценке математического ожидания входной функции (t)). Таким образом, в предложенном АЦП случайные погрешности аналого-цифров го преобразования из-за действия случайных Помех на входной аналоговьгй сигнал устранейы. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, выход которого тумблер соединен с сигнальным входом первого элемента за прёта, управлянЗщий вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, нулевой выход которогосоединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые вход которых соединены с единичным выходо второго триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с управляющим вхо дом второго элемента запрета, сигнальный вход которого соединен с еди ничным входом первого триггера и вы83ходом первого нуль-органа, а выход второго элементаИЛИ соединение управляющими входами третьего и чётвертого элементов запрета, причем сигнальный вход третьего элемента запрета сое,цинен с выходом блока управлениянулё-8 га нами/ а сигнальный вход четвертого элементЬ запрета через тумблер соединен с выходом второго 7ЯЮЩИЙ вход которонуль-органа, управ го соединен с выхойом третьего элемента запрета и управляющими входами первого нуль-органа и счетчика, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, первые входы пер- вого и второго нуль-органов соединены с шиной входного сигнала, а вторые входы - q выходом преобразователя йо-да в напряжение, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика и пepвыIvlи входами элементов И, вторые входы которых соединены с выходом второго и входом третьего элементов задержки, причем выход третьего элемента задержки соединен с шиной начальной установки и нулевыми входами первого и второго- триггеров и реверсивного счетчика, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены два накаплив;ающих счетчика и элемент сравнения , первый вход которого соединен с выходом первого элемента за- i прета и суммирующим входом реверсив- s, ного счезчика, второй выход - с вычи- vi тающим входом реверсивного счетчика, входом второго элемента задержки и ; единичным входом второго триггера, nepiвый и второй входы элемента сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго накапливающих счетчиков, первые входы которых соединены с выходами второго и четвертого элемент ов запрета соответственно, а вторые выходом первого / элемента задержки, вход которого соединен с управляющим входом элемента сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 432676, МКИ Н 03 К 13/17, 07.07.1972. 2.Авторское свидетельство СССР №364092, МКИ Н 03 К 13/17, 18.01.1971.