Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) и может быть использовано в радиотехнических устройствах, в частности в устройствах цифровой обработки сигналов. Изобретение позволяет повысить точность преобразователя, состоящего из двух последовательно включенных АЦП и цифроаналогового преобразователя. Входной сигнал через аналоговый переключатель поступает на первый АЦП, который преобразует его в цифровую форму. Результат преобразования через цифроаналоговый преобразователь поступает на вход блока вычитания. На второй вход блока вычитания поступает сигнал с входа первого АЦП. Результат вычитания через второй АЦП поступает на первый вход коммутатора. На второй вход коммутатора поступает сигнал с блока управления. На третий вход коммутатора поступает сигнал с выхода первого АЦП. Сигнал с выхода коммутатора поступает на запоминающее устройство. Сигнал с выхода запоминающего устройства поступает на выход устройства и на первый вход блока анализа спектра. На второй вход блока анализа спектра поступает сигнал с блока управления. Блок анализа спектра и блок синтеза нелинейного элемента осуществляют калибровку АЦП в целом с помощью генератора гармонического сигнала, подключаемого через аналоговый переключатель к входу первого АЦП на время калибровки. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 03 M 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4324 1 31 /24-24 (22) 21. 09.87 (46) 07. 02. 90. Бюл. У 5 (72) В.А.Маковий (53) 68).325(088.8) (56) Титце У. и др. Полупроводнико= вая схемотехника, 1982, с.255-464.

Авторское свидетельство СССР

9 1159161, кл. Н 03 M 1/10, 1985 ° (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к аналогоцифровым преобразователям (АЦП) и может быть использовано в радиотехнических устройствах, в частности в устройствах цифровой обработки сигналов. Изобретение позволяет повысить точность преобразователя, состоящего из двух последовательно включенных AIgf и цифроаналогового преобразователя. Входной сигнал через аналоговый переключатель поступает на первый АЦП, который преобразует его в цифровую форму. РезульИзобретение предназначено для использования в.радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в устройствах цифровой обработки сигналов.

Цель изобретения — повьппение точности преобразователя.

На фнг.1 изображена блок-схема преобразователя; на фиг.2 — схема блока синтеза нелинейного элемента; на фиг.3 — схема блока управления, Преобразователь содержит переключатель 1, первый аналого-цифровой

„,80„„1541778 A 1 тат преобразования через цифроаналоговый преобразователь поступает на вход блока вычитания. На второй вход блока вычитания поступает сигнал с входа первого АЦП. Результат вычита" ния через второй АЦП поступает на первый вход коммутатора. На второй вход коммутатора поступает сигнал с блока управления. На третий вход коммутатора поступает сигнал с выхода первого АЦП. Сигнал с выхода коммутатора поступает на запоминающее устройство. Сигнал с выхода запоминающего устройства поступает на выход устройства и на первый вход блока анализа спектра. На второй вход блока анали9 за спектра поступает сигнал с блока управления. Блок анализа спектра и блок синтеза нелинейного элемента осуществляют калибровку АЦП в целом с помощью генератора гармонического сигнала, подключаемого через аналоговый переключатель к входу первого АЦП на время калибровки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. преобразователь (АЦП) 2, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, блок

4 вычитания, второй АЦП 5, запоминающее устройство (ЗУ) 6, коммутатор 7, блок 8 анализа спектра, блок 9 синтеза нелинейного элемента, блок 10 управления, генератор 11 гармонического сигнала. йь

Блок синтеза нелинейного элемента (фиг.2) содержит блок 12 фиксации результата, сумматор 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14 умножитель 15.

1541778

Блок управления может быть выполнен на основе двух счетчиков (фиг.3) и содержит счетчик 16, определяющий номер спектральной составляющей в блоке 8 анализа спектра., счетчик 17, определяющий номер отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нелинейного элемента, сумматора 18.

Преобразователь работает следуюпуее образом.

В режиме калибровки в каждую ячейку запоминающего устройства 6 первоначально записываются коды, соответствующие адресам ячеек,, т.е. запоминающее устройство можно рассматривать как дискретный элемент с линейной характеристикой преобразования. Гармонический сигнал с амплиту.дой,, равной максимальной амплитуде 20 входного сигнала АЦП через аналоговый переключатель 1„подается на вход первого АЦП 2 и вход блока 4 вычитания, в котором выделяется разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного гармонического сигнала,, причем выход" ное напряжение ЦАП 3 является анало. говым эквивалентом цифрового кода, поступающего на него с первого АЦП 2.

Разность выходных напряжений ЦАП 3 и входного гармонического сигнала кодируется вторым АЦП 5 н в качестве кодов младших разрядов через коммутатор 7 поступает на первый адресный вход ЗУ 6. Ha,второй вход коммутатора 7 в качестве кодов старших раз1 рядов поступает цифровой код с Выхо да первого АЦП 2.

Поскольку в ячейки ЗУ 6 записаны их адреса, то информация на его выходе повторяет информацао на входе и выходной сигнал содержит ошибку преобразования АЦП в целом.

Отсчеты входного гармонического сигнала с выхода запоминающего уст-,15 ройства поступают в блок 8 анализа, спектра.

Спектральные отсчеты выходного сигнала первого 2 и второго 5 АЦП поступают на вход блока 9 синтеза нелинейного элемента.

Для синтеза одной точки характе.ристики передачи нелинейного элемента в блок 12 фщ сации результата записывается ноль. Затем все значения

55 спектральных отсчетов последовательно поступают на первый вход умножителя 15. Одновременно на адресные входы ПЗУ 14 из блока 10 управления поступают номер спектрального отсчета и номер точки, в которой синтезируется значение характеристики передачи нелинейного элемента.

Результаты умножения величины каждой спектральной составляющей на соответствующее значение полинома Чебышева поступает на сумматор 13 и суммируется с предыдущими результатами, В ПЗУ 14 записаны значения полиномов

Чебышева. На выходе блока синтеза нелинейного элемента получаются значения характеристики передачи блока нелинейного элемента в оцной (i) точке где ад - коэффициент Фурье для составляющего сигнала с частотой;

Т„ — полнномы Чебышева.

Такая процедура повторяется для всех точек характеристики передачи нелинейного элемента.

Анализ спектра ведется на интервале длительности одного периода входного сигнала. После завершения анализа спектра входного сигнала все адресные входы ЗУ б через коммутатор

7 подключаются к первому выходу блока 10 управления. На выходы ЗУ 6 для записи поступают значения передаточной характеристики, сформированной с помощью блока 9 синтеза нелинейного элемента на основании спектра выходного сигнала ЗУ 6.

В рабочем режиме входной сигнал через аналоговый переключатель 1 поступает одновременно на вход первого

АЦП 2 и на вход блока 4 вычитания, в котором выделяется разность входного сигнала и выходного напряжения

ЦАП 3. Зто выходное напряжение является аналоговым эквивалентом цифрового кода, поступающего на ЦАП 3 с первого АЦП 2.

Сигнал с выхода блока 4 вычитания кодируется вгорым АЦП 5 и поступает через коммутатор 7 на адресные входы

ЗУ 6 в качестве кодов младших разрядов. На адресные входы ЗУ 6 через второй вход коммутатора в качестве кодов старших разрядов поступает циф-ровой код с выходов первого АЦП 2.

Цифровой код с выходов считывания

ЗУ 6 является выходным сигналом АЦП.

5 l 54 l 7

При подаче на сумматор 18 номера спектральной составляющей входного сигнала и номера отсчета характеристики передачи блока 9 синтеза нели-.

5 нейного элемента формируется адрес ячейки ПЗУ 14 для считывания значений полиномов Чебышева.

Нелинейность результирующей характеристики преобразования АЦП в, целом складывается из погрешностей преобразования в первом АЦП 2, ЦАП 3, блоке 4 вычитания и втором АЦП 5.

При гармоническом входном сигнале вида 15

S =cosMt, где + — частота входного сигнала, нелинейность характеристики преобразования приводит к появлению в спектре выходного сигнала гармонических 20 составляющих, кратных по частоте входному сигналу. Спектр сигнала S ы„ на выходе нелинейного АЦП при входном сигнале S можно представить в виде

СО 25

SÅ =2aa + вык

f (S}+f< (S) =a< T< (S), т.е. результирующая характеристика преобразования безинерционного нелинейного элемента становится линейной, З0 Поскольку на выходе реального АЦП уровень входного сигнала во много раз больше уровней гармоник, то в качестве входного сигнала для компенсирующего нелинейного элемента можно использовать выходной сигнал реального АЦП.

Таким образом, включение последовательно с АЦП безинерционного нелинейного элемента, реализованного на

40 базе запоминающего устройства, позволяет компенсировать гармоники входного сигнала и, следовательно, скомпенсировать нелинейность характеристики передачи АЦП в целом.

45 Результирующая характеристика такого устройства может быть записана в виде

50 и линейность характеристики преобра зования, и точность преобразования сохраняется при любом входном сигнале S с амплитудой, меньшей амплитуды тестового гармонического сигнала. то а = Ь„„(m = п). где а — коэффициенты Фурье для составляющих с частотой п63.

Передаточную характеристику нелинейного каскада при нормированном входном воздействии можно записать в виде где Ь,к, — константы;

Тщ — полиномы Чебышева, определяемые рекурентным соотношением Tm = 2S Ткк, - Т„

Поскольку Т„,(соя р:t) =cos m (d t » то при S = сов(д и получают

f(S) = - Ь + Ь cos шИй.

1 м ю

Сравнивая последнее выражение с выражением для Бв, получают, что ьых при входном гармоническом сигнале коэффициенты Фурье однозначно определяют характеристику преобразования

АЦПо

Поскольку вы„, монических составляющих значительно меньше уровня основного сигнала, т е. где N — номер последней учитываемой

rармоники.

Для компенсации в выходном сигнале продуктов нелинейности характеристики преобразования устройства необходимо синтезировать безинерционный нелинейный элемент, порождающий такие же гармоники, но с противоположным знаком, т.е. с характеристикой преобразования

После сложения исходного и компенсирующего сигналов в спектре сигнала остается только основная гармоника и тогда можно записать

f (S) = а<Т, (S) = a„S, У всех реальных АЦП нелинейность характеристики преобразования сравнительно невелика, поэтому уровни гарФормула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий аналоговый переклю1541778 чатель, первый вход которого является входной шиной, а выход соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя и первым входом блока вычитания, второй вход которого под,ключен через цифроаналоговый преобра зователь к выходу первого аналого-ци фрового преобразователя„ а выход бло(;ка вычитания соединен с входом второ,го аналого-цифрового преобразователя,,запоминающее устройство„ о т л и— ч а to шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок анализа спектра, блок синтеза нелинейного элемента, блок управления, коммутатор и генера= тор гармонического сигнала, выход ,которого соединен с вторым входом

,аналогового переключателя, а выходы

) первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора, управляющий

1 вход которого соединен " первым выходом блока управления., а выход подключен к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого соединен с выходом блока синтеза нелинейного элемента, а выход является выходной шиной и подключен к первому входу блока анализа спектра, второй вход которого соединен с вторьм выходом блока управления, а выход подключен к первому входу блока синтеза нелинейного элемента, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления.

2 ° Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на соединенных

10 последовательно первом и втором счетчиках и сумматоре, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходамн первого и второго счетчиков, причем выход второго счет l5 чика, выход сумматора и выход первого счетчика являются соответственно вторым, третьим и первым выходами блока, а вход первого счетчика является тактовой шиной.

20 3. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок синтеза нелинейного элемента выполнен на блоке фиксации результата, сумматоре, постоянном запоминающем устройстве и умножнтеле, первый вход которого является первым входом блока, второй вход .соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого является вторым входом

ЗО блока, а выход умножителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через блок фиксации результата соединен е выходом сумматора и является выходом блока.

1541778

Составитель Б.Махнанов

Редактор Я.Бланар Техред М.Ходанич Корректор T.Ìàëåö

Заказ 290 Тираж 664 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г..Ужгород, ул. Гагарина, 101