Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к импульсной технике и используется при аналого-цифровом преобразовании узкополосных сигналов, у которых ширина спектра много меньше центральной частоты.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, логические и дискретные элементы 1,

Недостатком данного устройства является малый динамический диапазон.

Известен аналого-цифровой преобразователь , содержащий сравнители, установленные на его входе, генера. тор импульсов образцовой частоты, счетчики, элементы И и ИЛИ, регистр триггеры, блок ключей, информацион-, ные входы которых соединены с выходами разрядов двух счетчиков L2j.

Недостатком известного ангшого- -. цифрового преобразователя является то, что он не способен восстановить Форму сигнала, если последний подвергся двустороннему ограничению в аналоговой части аппаратурного .

Цель изобретения- расширение динамического диапазона.,

Пост двленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛИ, первый триггер, ключ, два ксяиларатора, первые входы которых соединены с входной шиной, введены счетчик амп10литуд, счетчик фаз, инвертор, второй элемент ИЛИ, третьи элемент ИЛИ, второй триггер, источник двухполярного эталонного напряжения, первый и второй выходы которого соответст15венно соединены с входами компараторов, выход первого из которых через ключ.соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым входом

20 генератора образцовой частоты, с первым входом второго триггера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика фаз, а выход - с первым входе первого элемента И, второй

25 вход которого соединен с управляюцим входом ключа и инверсными выходами второго триггера, третий вход - с первым входом второго элемента И и выходом инвертора, четвер30тый вход - с вторым выходом генера- ,

тора образцовой частоты, вторым вхоом второго элемента И, а выход информационным входом счетчика мплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первыи входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен доолнительно с nepBfcjM входом первого элемента ИЛИ, а выход, старшего разяда - с первым входом второго элеента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входаи третьих элементов ИЛИ, а второй вход - с выходом старшего разряда счетчика фаз, выходы остальных разрядов которого соединены с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами Третьих элементов ИЛИ, третий вход с третьим выходом генератора образцовой частоты, а выходы - с первыми входами регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератораобразцовой частоты,, при этом выход второго компаратора соединен с вторым входом второго триггера , прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом счетчика фаз.

На фиг. 1 приведена диаграмма, поясняющая принцип взятия отсчетов амплитуды и фазы; на фиг. 2 - функциональная схема аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов ; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжения в рйзличных точках аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов содержит компараторы 1 и 2, соединенные между собой, информационные входы которых являются входом всего преобразователя. К опорному, входу сравнителя 1 подключен положительный выход источника 3 двухполярного эталонного напряжения, отрицательный выход которого подключен к опорному входу сравнителя 2. Выход сравнителя 1 соединен с информационным входом ключа 4, выход которого подключен к первому входу триггера 5. Управляющий вход ключа 4 соединен с инверсным выходом триггера б, к первому входу которого подключен выход сравнителя 2. Вторые входы триггеро.в 5 и б подключены к выходу пусковых импульсов генератора 7 образцовых частот, Имеющего еще три выхода: импульсов, заполнения, импульсов считывания и тактовых импульсов. Прямой выход триггера 5 и инверсный выход триггера б соединен соответственно с первым и вторым входами элемента И 8. Прямой выход

триггера б подключен к одному из входов элемента И 9. К остальным двум входам элементов И 8 и 9 подключены выход импульсов заполнения генератора 7 образцовых частот и выход инвертора 10. Выход элемента И 8 соединен с входом счетчика 11 амплитуды, а выход элемента И 9 с одним из входов элемента ИЛИ 12, другой вход которого подключен к выходу младшего разряда счетчика 11 амплитуды. Выход элемента ИЛИ 12 соединен с входом счетчика 13 фазы. Шины сброса счетчиков 11 и 13 соединены со .вторыми входами триггеров 5 и б, Выходы последних разрядов счетчиков 11 и 13 подключены к входам элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с входом инвертора 10 и входами элементов ИЛИ 15, установленных между выходами всех, кроме последнего, разрядов счетчика 11 амплитуды и информационными входами блока 16 ключей, к остальным информационным входам которого подключены выходы всех, кроме последнего, разрядов счетчика 13 фазы. Управляющий вход блока 16 ключей соединен с выходом импульсов считывания генератора 7 образцовых частот. Выходы блока 16 ключей соединены с входами ячеек рэгистра 17, вход тактовых импульсов которого соединен с соответствующим выходом генератора 7 образцовых частот. Выход последней ячейки регистра 17 является выходом аналого-цифрового преобразователя узкополосных сигналов.

Работает аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов . следующим образом.

Аналого-дифровое преобразование выполняется nyVeM взятия через интервалы, равные 1/ ДР, и представления в цифровой форме пар отсчетов 6,Т и ut (фиг. 1), по которым определяется отсчет V(t.) и ЧС) по формулам

V(t) Ее/sin nci.j&t

Ч)(Ц) -2r().

Уровень Во мал и играет роль шаг квантования. Поэтому вычисление VCty,) достаточно проводить с точностью до величины Е . При этом формула для определения V(tyj) может быть упрощена

VCt) Ео/7Р оДТ.

Вычисление значений V(tj) и Ч (t можно выполнить в аналого-цифровом преобразователе, но, как правило, в этом нет необходимости, поскольку цифровая обработка сигнешов производится с использованием отсчетов. дС и at, однозначно связанных с отсчетами амплитуды и фазы. Поэтому в предложенном аналого-цифровом преобразователе (фиг. 2) при каждом взятии пары отсчетов на выходе формируются цифровые значения f и A ьзятие каждой пары отсчетов начинается в момент ty, пуска, в котор на вторые в.ходы триггеров 5 и 6 с генератора 7 образцовых частот пост пает пусковой импульс, Этот импульс I переводит триггеры 5 и 6 в состояние, при котором напряжение на осно ных выходах триггеров присутствует, а на инверсных отсутствует. Одновре менно пусковой импульс устанавливае в нулевое состояние (сбрасывает) счетчики 11 и 13, После этого напря жение на входах и выходе элемента ИЛИ 14 отсутствует, а на выходе инвертора 10 присутствует. После прихода пускового импульса элемент И 9 открывается, пропуч;кая импульсы заполнения через элемент ИЛИ 12 на вход счетчика 13, а элемент И 8 ост ется закрытым из-за отсутствия напряжения на инверсном выходе триггера б (фиг. Зг, д)1 Такое положение сохраняется до тех пор, пока входное напряжение, возрастая, не достигает -Е, В момент достижения на выходе компаратора 2 появляется короткий импульс (фиг. За, в), пере водящий триггер 6 всостояние, при котором на его основном выходе напряжение исчезает, а на инверсном появляется. В результате на управляющий вход ключа 4 поступает открывакяций потенциал, элемент И 8 открывается и начинает пропускать импульсы заполнения на вход счетчика 11, а элемент И 9 закрывается, прекращая поступление импульсов заполнения через первый вход элемента ИЛИ 12 (фиг. Зг, д). Одновременно на второй вход элемента ИЛИ 12 с выхода младшего разряда счетчика 11 начинают поступать импульсы с частотой следования в два раза ниже частоты импульсов заполнения, так как каждый разряд счетчика 11 играет роль делителя частоты на два (фиг. Зе), С выхода элемента ИЛИ 12 эти импульсы попадают на входсчетчика 13 (фиг. Зж), В момент, когда входное напряжение, возрастая, дос тигает +Е0, на выходе компаратора 1 появляется короткий импульс, (фиг. За, б), который, пройдя через открытый ключ 4, переводит триггер 5 в состояние, при котором на его основном выходе напряжение отсутствует. Элемент И 8 закрывается, прек ращая поступление импульсов на входы обоих счетчиков. На этом заканчиваются измерения, проводимые при взятии данной пары отсчетов. Число импульсов, поступивших за время измерения на вход счетчика 11, пропор ционально интервалу ДТ (фиг. За, г) который определяет амплитуду сигна:. ла. Поэтому счетчик 11 назван счетчикo ; амплитуды. Число импульсов, поступивших за время измерения на вход счетчика 13, пропорционально интервалу At, поскольку At 0,5 .ДС (фиг. За), а на вход счетчика 13 в течение времени At поступали импульсы с частотой заполнения, затем в течение времени uf, с частотой в два раза ниже (фиг. Зж). Интервал At определяет фазу сигнала. Поэтсйиу счетчик 13 назван, счетчиком . Через время 2/, после прихода пускового импульса с соответствующего выхода гейератора 7 образцовых частот на управляющий вход блока 16 ключей поступает импульс считывания, открывающий ключи. К этому времени процесс измерения ДТ к t t уже окончен и показания счетчиков 11 и 13 через открытые ключи блока16 перезаписываются в регистр 17, Тактовые импульсы, поступающие в регистр 17 с соответствующего выхода генератора 7 образцовых частот, продвигают записанную в регистре информацию на выход аналого-цифрового преобразователя. В . зависимости от условий работы последнего тактовая частота может быть различной, но ее минимально допустимое значение должно быть таким, чтобы за время между двумя соседними парами отсчетов регистр 17 освобождался от записанной в нем информации ,Если амплитуда входного напряжения в момент взятия отсчетов оказывается меньше Ъ.д, то на выходах компараторов 1 и 2 не появляются короткие импульсы. Поэтому импульсы заполнения, поступающие после прихода пускового импульса через элемент И 9 на счетчик 13 фазы, заполняют этот счетчик до последнего разряда. Как только в последний разряд счетчика 13 записывается единица, она через элементы ИЛИ 14 поступает на вход инвертора 10, напряжение на выходе которого исчезает. Повтору элемент И 9 закрывается, прекращая доступ импульсов заполнения в счетчик 13. Если входным напряжением превышен уровень -Ед но не достигнут уровень -ЬЬ заполнение счетчиков 11 и 13 продолжается до тех пор, пока в одном из них в последний разряд не записывается единица и падение напряжения на входе инвертора 10 не закрывает элемент ИВ. Число разрядов каждого из счетчиков выбирается таким, чтобы при поступлении имрульсов заполнения запись единищл в последний разряд происходила через время, примерно равное l,2/f(j . Всем ситуациям, когда в последний разряд одного из счетчиков

записывается единица, соответствует минимальный уровень амплитуды. Поэтому независимо от того, что зафиксировано в момент считывания в счетчике 11 амплитуды, во все ячейки регистра 17, в которые заносят по казания счетчика 11, записываются единицы. Единицы поступают с выходо элементов ИЛИ 15 на один вход каждого из которых подается напряжение свыхода элемента ИЛИ 14. Это соответствует максимальному значению At что равнозначно минимуму амплитуды.

Таким образом, структура предлагаемого аналого-цифрового преобразов.ателя узкополосных сигналов позволяет при взятии отсчетовизмерять характеристики сигнала, однозначно связанные с амплитудой и фазой и, одновременно, не искажающиеся при двустороннем ограничении, что дает возможность воспроизводить сигналы с большим диапазоном возможных значений.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь узкополосных сигналов, содержащий генератор образцовой частоты, регистр, блок ключей, два элемента И, первый элемент ИЛИ, первый триггер, ключ, два компаратора, первые входы которых соединены с входной шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены счетчик амплитуд, счётчик фаз, инвертор второй элемент ИЛИ, третьи элементы ИЛИ, второй триггер, источник двухполярного эталонного напряжения первый и второй выходы которого со.ответственно соединены с вторялми входами компараторов, выход первого из которых через ключ соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с первым выходом генератора образцовой частоты, с первым входом второго триггера и входами сброса счетчика амплитуд и счетчика фаз, а выход с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом ключа и инверсными выходами второго триггера, третий вход - с первым входом- второго элемента И и выходом инвертора, четвертый вход - вторым выходом гене0 ратора образцовой частоты и вторым входом второго элемента И, а выход с информационным входом счетчика амплитуд, выходы разрядов которого, кроме старшего, соединены с первы5 ми входами третьих элементов ИЛИ, выход младшего разряда соединен дополнительно с первым входом первого элемента ИЛИ, а выход старшего разряда - с первым входом второго

0 элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом инвертора и вторыми входами третьих элементов ИЛИ, а второй вход - с выходом старшего разряда счетчика фа.з, выходы осталь5 ных разрядов которого соединены

с первыми входами блока ключей, вторые входы которого соединены с выходами третьих элементов ИЛИ, третий вход - с третьим выходом генератора образцовой частоты, а выходы

с первыми входами регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом генератора образцовой частоты, при этбм выход второго компаратора соединен с вторым входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с

информационным входом счетчика фаэ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фм,1

niiilllllltlllliHI