Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к технике преобразования анаипоговых сигналов в цифровой код, и может использоваться для передачи сообщений в системах связи. .Известен способ аналого-цифрового преобразования входного сигнала, реализованный в устройстве, основанный н°а интегрировании разности между текущим значением первой производной и запомненньом значением в момент отсчета, представляющей собой текущее значение погрешности линейной аппроксимации. Моменты дискретизации определяют по достижению значением интеграла заданной погрешности аппроксимации l Недостатком такого способа является большая чувствительность к низкочастотным флюктуационным шумам, связанная с.необходимостью вычисления, производной. Известно, что при дифференцировани меняется спектр помехи, а именно: амплитуды спектральных составляющих будут пропорциональны значению частоты, т.е. белый шум с равномерным распределением спектра будет иметь после дифференцирования треугольный спектр Это приводит к ухудшению отношениясигнал/шум после дифференцирования, так как большинство сигналов имеют спадающий спектр. Особенно зто относится к медико-биологическим сигналам. Таким образом, на участках сигнала с нулевым (или мальем) значением производной после дифференцирования образуется сигнал производной помехи с подчеркнутыми высокочастотными составляющими. Отношение сигнал/шум на этих участках становится меньше 1 и в момент дискретизации будет запомнено не нулевое значение производной (как это должно быть при отсутствии шумов и помех), что приводит к сбою работы устройства. Известен также способ аналого-цифрового преобразования, основанный на запоминании входного сигнала в момен отсчета, определении приращения текущего значения и определении моментов квантования по достижению порогового уровня. Устройство для реализации этого способа содержит запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шиной и со вторым входом запомингиощего блока. а первый вход - с шиной порогового напряжения 2. Недостатками этого устройства так же являются большая чувствительность к высокочастотным флюктуационным шумам, Связанная с необходимостью вычисления производной. Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и повышение досто верности информации. Поставленная цель достигается тем что в способе аналого-цифрового преобразования, сЗснованном на запоминании входного сигнала в момент отсчет определении приращения текущего значения входного сигнала относительно его запомненного значения и определении моментов Квантования по дос-i тижении порогового уровня, перед определением моментов квантования осуществляют формирование.напряжений, пропорциональных квадрату входного сиг нала и времени, за которое произошло приращение входного сигнала, и их суммирование. Причем в устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход KOTODOго соединен с входной шиной, и компа ратор, выход которого соединен с выходной шиной и с вторым входом запоминающего блока, а первый вход - с шиной порогового напряжения, введены последовательно соединенные первый сумматор, квадратор-и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной шиной, а второй вход - с выходом запоминающего блока. На фиг.1 изображены эпюры, поясняющие способ, где текущее значение входного сигнала сравнивают с запомненным значением в момент отсчета; на Зиг.2 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Квадрат значения прираи ния входного сигнала суммирую с квадратично изменяющимся напряжением, пропорциональным квадрату приращения времени. При достижении значением суммы данно го уровня формируют импульс дискретизации, по которому запоминается новое значение входного сигнала в моме дискретизации. Устройство содержит последователь но соединенные сумматор 1, квадратор 2, второй сумматор 3 и компаратор 4, а также оперативную память5 и генератор 6 квадратичного напряжения. Вы ход компаратора 4 соединен с управля ющими входами генератора 6 квадратич ного напряжения. Выход компаратора, 4 соединен с управляющими входами генератора 6 квадратичного напряжения и оперативной памяти 5, вход оперативной памяти 5 соединен с входом сумматора 1, являющегося входом устройства, а выход - с вычитающим входом первого сумматора 1. Выход генератора 6 квадратичного напряжения соединен со вторым входом второго сумс умматора 3. Устройство работает следующим образом. В момент формирования компаратором 4 выходного сигнала (момент t,) сбрасывают в ноль генератор 6 квадРатичного напряжения, а в оперативную Пс1мять 5 пе резаписывают текущее {значение входного сигнала (U). Сумматор 1 и квадратор 2 осуществляют формирование напряжения, пропорциоальное квадрату приращения сигнала. которое на сумматоре 3 суммируется с напряжением, пропорциональным квадрату приращения времени, сформированным генератором 6 квадратичного напряжения. Эта сумма представляет собой текущее значение квадрата длиныучастков линейно-аппроксимированного сигнала, показанных на фиг.1 сплошной линией. При достижении этой величины значение порога Upop, задаваемого пропорционально квадрату единичной длины, срабатывает компаратор 4, который и формирует выходной СИГНЕШ (момент времени t). Далее цикл повторяется. Таким образом, момент i и точки дискретизации определяете при выполнении условия (U,..(t.-t..j2. V ае, где единичная длина участка линейной аппроксимации, или (/lU.-JU..j (i.-t.2,g,con5t, т.е. осуществляется равномерное квантование по длинам участков линейноаппроксимированного сигнаипа. На участках входного сигнала с большим значением производной моменты дискретизации будут задаваться чагце, чем на участках с меньшим значением производной. Тем самым осуществляется адаптация частоты дискретизации и скорости изменения входного сигнала. Преимуцество предлагаемого способа по сравнению с известным способами заключается в сокращении избыточности информации в исходном сообщении для сигналов, изменяющихся с конечной скоростью, что, в свою очередь,позволяет повысить эффективность использования канала связи при передаче сообщений, а также повышении помехо65 УСТОЙЧИВОСТИ, в частности, к высокочастотным флюктуационным шумам за счет исключения операции дифференцирования.

Кроме того, предлагаемый способ имеет ряд преимуществ, позволяющих ,эффективно его использовать при передаче информации. Во-первых, наличие однозначной связи между х и л, между моментами квантования (flX) , позволяет передават только одну координату. Это же обстоятельство позволяет при восстано лении принятого сооб1дения сразу же определить наклон текущего участка сигнала при линейной интерполяции. Во-вторых, предлагаемый способ позволяет легко воспроизводить дискрет но передаваемый сигнал в реальном масштабе времени. Дело в том, что известные способы, имея заранее не определенный интервал между момента ми дискретизации, требуют предварителвиой записи информации на промежуточный носитель (или в оперативну памят,) . Кроме того, при условии от сутствия помех эти способы не дают точек дискретизации на участках сиг нала с постоянным значением произво ной и, следовательно, ординаты между соединенными точками дискретиза ции могут существенно отличаться друг от друга, что приводит,к невоз можности использования ступенчатой интерполяции при воспроизведении принятого сообщения. Предлагаемый способ имеет максимальные значения дииКЧд1), равные йВ, что с учетом функциональной связи между ними поз воляет в реальном масштабе времени ( без. задержки) восстанавливать при нятое дискретное сообщение. Простейшее дополнение, заключающееся в сравнении соседних отсчетов и отбрасывании последующих при равенстве наклона (сравнение по At или по ли) сигнала, позволяет осуществит дальнейшее сжатие информации для ее хранения и получить коэффициент сжатия информации, присущий известным способам(Сохранив высокую помехоустойчивость, присущую предлагаемому способу дискретизации. Кроме того, предлагаемый способ позволяет аппроксимировать исходный аналоговый сигнал кусочно-линейным с равными длинами участков. Это может найти применение при решении вопросов распознавания формы сигнала или для описания сигнала аналитически с целью проведения другой последуюпэй обработки.

к преимуществам предлагаемого, способа следует отнести также и простоту его аппаратурной реализации. , iФормула изобретения 1. Способ анёшого-цифрового преобразования, основанный на запоминании входного сигнсша в момент отсчета, определении приращения текущего входного сигнала относительно его запомненного значения и определении моментов квантования по достижении порогового уровня, отличающийся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости и повышения достоверности информации, перед определением моментов 1 квантования 1осуществляют формирование напряжений, пропорциональны х квадрату приращение входного сигнала и времени, за которое произошло приращение вхэдного сигнала, и их суммирование. 2. Устройство аналого-цифрового преобразования, содержащее запоминающий блок, первый вход которого соединен с входной шиной, и компаратор, выход которого соединен с выходной шинойИ с вторым входом запоминающего блока, а первый вход - с шиной порогового напряжения, отличающееся тем, что в него введе- ны последовательно соединенные первый сумматор, квадратор и второй сумматор, а также генератор квадратичного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем первый вход первого сумматора соединен с входной шиной, а второй вход - с выходом запомингиощего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 574852, кл. Н 03 К 13/02, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР 588625, кл. Н 03 К 13/02, 1976 (прототип) .

и.

Фиг 2