Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/17 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и предназначено для преобразования широкополосных аналоговых электрических сигналов в ци,фровой код. Известен аналого-цифровой преобразовател, в котором для обеспечения минимальной ошибки преобразования случайных сигналов адаптивно изменяют ся параметры аналого-цифрового преобразования, например длительность такта или число разрядов Ш. Недостатком этого устройства является малая точность за счет низкой эффективности его работы при кодировании широкополосных сигналов и сигнгшов с быстроизменяющимся част9тным спектром, возникающая вследствие большого времени сходимости процесса адаптации. Известен следящий аналого-цифраво преобразователь, содержащий сравнительный блок, на первый вход которого подается входной сигнал, второй вход соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен с блоком управления, включакщи генератор импульсов, ключи и триггеры, выход блока управления соединен со входом реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом цифро-аналогового преобразователя 2 . Недостатком устройства является низкая точность аналого-цифрового преобразования широкополосных сигналов, возникающая из-за большой динамической погрешности при кодировании высокочастотных составляющих. Цель изобретения - расширение частотного диапазона спектра кодируемых сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый сравнивающий блок, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала, второй вход соединен с выходом первого цифро-аналогового преобразователя, а выход соединен со входом блока управления, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика подключен к входу первого цифро-аналогового преобразователя, введены второй и третий сравнивающие блоки, сумматор-вычислитель, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок управления разрядами реверсивного счетчика, блок памяти и второй цифро-аналоговый преобразователь, причем первые входы второго и третьего сравнивающих блоков соединены с шиной входного сигнала, вторые их входы соединены с соответствующими выходами сумматора-вычислителя, а выходы соединены с первым и йторым входами логического элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со входом блока управления разрядами реверсивного счетчика, первый выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика, а второй выход соединен через блок памяти и второй цифро-аналоговый преобразователь с первым входом сумматоравычитателя, второй вход которого под ключен к выходу первого цифро-аналогового преобразователя.. На чертеже представлена блок-схе ма аналого-цифрового преобразователя содержащего первый сравнивающий блок 1, блок управления 2, реверсивный счетчик 3, первый цифро-аналоговый преобразователь 4, сумматор-вычисли тель 5, второй и третий сравнива|ощие блоки б и 7, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, блок управления ре версивным счетчиком 9, блок памяти 10, второй цифро-аналоговый преобра зователь 11. Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Известно, что максимальная погрешность следящего аналого-цифрово го преобразователя без учета статической погрешности равна: ma4- WHma4 q,wd максимальная динамическая погрешность, А.wax- максимальная погрешность дискретности. Максимальная динамическая погреш ность при кодировании гармонических синусоидальных сигналов равна: при О m 1 Один.та)1 О при 1 т т .(-/;Л7-0|УСС05-1-) при m m Аинтаг 7Й iVi -cTCCos - cTccosJ) где m число разрядов преобразователя ; U« - амплитудное значение гармо нического входного сигнала t- - длительность такта преобра зования UJ - частота гармонического вхо ного сигнала. Из формул следует, что для обесп чения максимальной величины погрешности необходимо величину кван а q (или соответственно число разядов N) выбирать в зависимости от астоты входного сигнала. Предложенное устройство-работает ледующим образом. Блок управления реверсивным счетиком 9 по командам от логического лемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 переключа,т тактовую частоту задающего гене15аора последовательно ко входам тригеров реверсивного счетчика 3, увели-, чивая или уменьшая число разрядов реверсивного счетчика 3. В блоке памяти 10 записаны коды уставок, причем каждому весу разряда преобразователя соответствует своя величина уставки, которая, в общем случае, равна весу этого разряда. Блок управления реверсивным счетчиком 9, переключая разряды реверсивного счетчика 3, одновременно включает код уставки, соответствукяций этому разряду. При подаче импульса Пуск начинается процесс уравновешивания входного напряжения U компенсирующим напряжением цифро-аналогового преобразователя 4 DO . Блок управления 2, включает младший разряд реверсивного счетчика 3. По окончании переходного процесса в конце такта сравнивающий . блок 1 дает команду на выключение или включение этого разряда. Одновременно с этим код уставки, соответствующий включенному разряду, преобразуется цифро-анаочоговым преобразователем 11 в аналоговую величину, которая в сумматоре-вычитателе 5 суммируется и вычитается с компенсирующим напряжением Uo . Полученные напряжения Ug + UQ - Цустпоступают на входы сравнивающих блоков б и 7, на другие входы которых подается входной сигнал. Если lU х Uol Uycr .то через логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 блок управления реверсивным счетчиком 9 уменьшает число разрядов преобразователя, и следующий такт преобразования происходит с величиной кванта преобразования в два раза большей, чем первый такт. Процесс увеличения величины кванта преобразования (или, соответственно, уменьшение числа разрядов преобразователя) продолжается до тех пор, пока разность 4Jx - Uo этом случае логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ В выдает команду в блок управления реверсиЬным счетчиком 9 на уменьшение величины кванта преобразования. Процесс изменения величины кванта преобразования происходит в течение всего цикла работы следящего аналогоцифрового преобразователя. Таким образом, следящий аналого-цифровой преобразователь выходит на режим слежения за изменением входного сигнала с максимальной скоростью и, находясь в режиме слежения, гщаптивно изменяет величину кванта преобразования (или. соответственно, число разрядов) в зависимости от скорости изменения входного сигнала, обеспечивая минимальную погрешность аналого-цифрово го преобразования . Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь содержащий сравнивающий блок первый входксзторого соединен с шиной входного сигнала, второй соединен с выходом первого цифро-ана логового преобразователя, а выход со единен со входом блока управления, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика подключен к входу первого цифро-аналогового преобразователя, о т л и ч ающийс я тем, что, с целью расширения, частотного диапазона спектра кодируемых сигналов, введены второй и третий сравнивающие блоки, сумматор-вычислитель, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок управления разрядами реверсивного счетчика, блок памяти и второй цифро-аналоговый преоб ii ll

/Vx 5 разователь, причем первые входы второго и третьего сравнивающих влоков соединены с ШИНОЙ входного сигнала, вторые их входы соединены с соответствующими выходами сумматора-вычислителя, а выходы соединены с первым и вторым входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со входом блока управления разрядами реверсивного счетчика, первый выход которого соединен со вторялм входом реверсивного счетчика, а второй выход соединен через блок памяти и второй цифро-аналоговый преобразователь - с первым входом сумматоравычитателя, второй вход которого подключен к выходу первого цифро-аналогового преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 52524, кл. Н 03 К 13/17, 1974. 2.Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, М., Высшая школа, 1973, с.229.