[go: up one dir, main page]

RU2589388C1 - Alias analogue-to-digital converter - Google Patents

Alias analogue-to-digital converter Download PDF

Info

Publication number
RU2589388C1
RU2589388C1 RU2015100802/08A RU2015100802A RU2589388C1 RU 2589388 C1 RU2589388 C1 RU 2589388C1 RU 2015100802/08 A RU2015100802/08 A RU 2015100802/08A RU 2015100802 A RU2015100802 A RU 2015100802A RU 2589388 C1 RU2589388 C1 RU 2589388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
main
output
additional
analog
Prior art date
Application number
RU2015100802/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Кожевников
Кирилл Петрович Беспалов
Александр Александрович Долгачев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2015100802/08A priority Critical patent/RU2589388C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2589388C1 publication Critical patent/RU2589388C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement and computer engineering and can be used for conversion of analogue electric signals into digital code. Apparatus comprises a track-and-hold, voltage controlled oscillators, analogue-to-digital converters, special-purpose processors for fast Fourier transform, maximum amplitude units, subtract units.
EFFECT: high accuracy of conversion.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для быстрого преобразования аналоговых электрических сигналов в цифровой код в системах, функционирующих в модулярной системе счисления.The invention relates to the field of measuring and computer engineering and can be used to quickly convert analog electrical signals to digital code in systems operating in a modular number system.

Известно устройство (аналог) (авт.св. СССР №1368989, МКИ Н03М 1/28, БИ №3, 1988 г.), содержащее блок определения остатка по наибольшему основанию СОК, аналогово-цифровые преобразователи, сумматоры, шифраторы, блоки коррекции, коммутаторы, одновибратор, регистр, аналоговую входную шину, шину коррекции, шину управления, выходную шину «ядро числа» и выходные шины остатков по соответствующим основаниям СОК. Недостаток - малая точность преобразователя.A device (analog) is known (ed. St. USSR No. 1368989, MKI N03M 1/28, BI No. 3, 1988), containing a unit for determining the residue on the largest basis of the RNS, analog-to-digital converters, adders, encoders, correction blocks, switches, one-shot, register, analog input bus, correction bus, control bus, output "core of the number" and output bus residues on the corresponding grounds of the RNS. The disadvantage is the low accuracy of the converter.

Известно устройство (аналог) (авт.св. СССР №1181141, МКИ Н03М 1/28, БИ №35, 1985 г.), содержащее блок определения остатка по наибольшему основанию СОК, аналогово-цифровые преобразователи, блоки коррекции, входную шину, шину коррекции, выходные шины кодов по основаниям СОК, сумматоры, шифраторы, шины кодов оснований СОК. Недостаток - малая точность преобразователя.A device (analogue) is known (ed. St. USSR No. 1181141, MKI H03M 1/28, BI No. 35, 1985), comprising a residual determination unit based on the largest base of RNS, analog-to-digital converters, correction blocks, input bus, bus corrections, output bus codes on the bases of the RNS, adders, encoders, bus codes of the bases of the RNC. The disadvantage is the low accuracy of the converter.

Наиболее близким к заявляемому является изобретение (пат. 2433527 Российская Федерация, МПК7 Н03М 1/28, заявл. 12.04.2010; опубл. 10.11.2011), содержащее блоки слежения-хранения, аналогово-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи, блоки вычитания, выходные шины кодов остатков в СОК, вход.Closest to the claimed invention is an invention (US Pat. 2433527 Russian Federation, IPC 7 H03M 1/28, application. 04/12/2010; publ. 10.11.2011), containing tracking-storage units, analog-to-digital converters, digital-to-analog converters, subtraction units, output bus codes of residuals in the RNS input.

Недостаток прототипа - малая точность преобразователя, обусловленная ростом ошибки от каскада к каскаду в результате уменьшения в геометрической прогрессии единичного интервала квантования по отношению к интервалу неопределенности, формируемого шумом.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of the converter, due to the increase in error from cascade to cascade as a result of a decrease in the geometric progression of a single quantization interval with respect to the uncertainty interval generated by noise.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в повышении точности представления формы аналогового сигнала в цифровом виде.The task, which is aimed by the claimed device, is to increase the accuracy of the representation of the shape of the analog signal in digital form.

Технический результат выражается в реализации иного подхода к аналого-цифровому преобразованию, позволяющему устранить операцию, наиболее негативно влияющую на точность.The technical result is expressed in the implementation of a different approach to analog-to-digital conversion, which allows to eliminate the operation that most negatively affects accuracy.

Технический результат достигается тем, что в алиасный аналого-цифровой преобразователь, содержащий вход, блок слежения-хранения, n основных аналого-цифровых преобразователей, n выходных шин кодов остатков в системе остаточных классов, где n - число оснований системы остаточных классов, введены основной генератор, управляемый напряжением, n дополнительных генераторов, управляемых напряжением, n дополнительных аналого-цифровых преобразователей, n основных и n дополнительных спецпроцессоров быстрого преобразования Фурье, n основных и n дополнительных блоков максимальной амплитуды, n блоков вычитания и n шин кодов оснований системы остаточных классов, при этом вход устройства объединен с входом блока слежения-хранения, выход которого соединен с входом основного и дополнительных генераторов, управляемых напряжением, при этом выход основного генератора, управляемого напряжением, соединен с входом основных аналого-цифровых преобразователей, а выход i-го

Figure 00000001
дополнительного генератора, управляемого напряжением, соединен с входом i-го дополнительного аналого-цифрового преобразователя, при этом выход i-го основного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом i-го основного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье, а выход i-го дополнительного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом i-го дополнительного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье, при этом выход i-го основного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье соединен с входом i-го основного блока максимальной амплитуды, а выход i-го дополнительного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье соединен с входом i-го дополнительного блока максимальной амплитуды, выход которого соединен с третьим входом i-го блока вычитания, первый вход которого объединен с i-й шиной кодов оснований системы остаточных классов, при этом выход i-го основного блока максимальной амплитуды соединен со вторым входом i-го блока вычитания, выход которого объединен с i-й выходной шиной кодов остатков в системе остаточных классов.The technical result is achieved by the fact that an alias analog-to-digital converter containing an input, a tracking-storage unit, n main analog-to-digital converters, n output buses of residual codes in the system of residual classes, where n is the number of bases of the system of residual classes, the main generator is introduced voltage-controlled, n additional voltage-controlled oscillators, n additional analog-to-digital converters, n main and n additional special fast Fourier transform processors, n main and n additional body blocks of maximum amplitude, n blocks of subtraction and n buses of base codes of the system of residual classes, while the input of the device is combined with the input of the tracking-storage unit, the output of which is connected to the input of the main and additional generators controlled by voltage, while the output of the main generator controlled by voltage connected to the input of the main analog-to-digital converters, and the output of the i-th
Figure 00000001
an additional voltage-controlled generator is connected to the input of the i-th additional analog-to-digital converter, while the output of the i-th main analog-to-digital converter is connected to the input of the i-th main special Fourier transform special processor, and the output of the i-th additional analog-to-digital the converter is connected to the input of the i-th additional special processor of the fast Fourier transform, while the output of the i-th main special processor of the fast Fourier transform is connected to the input of the i-th main maxim block amplitude, and the output of the i-th additional special processor of the fast Fourier transform is connected to the input of the i-th additional block of maximum amplitude, the output of which is connected to the third input of the i-th subtraction block, the first input of which is combined with the i-th bus of the base codes of the system of residual classes while the output of the i-th main block of maximum amplitude is connected to the second input of the i-th subtraction block, the output of which is combined with the i-th output bus of residual codes in the system of residual classes.

На фиг. 1 представлена структурная схема алиасного АЦП в код СОК.In FIG. 1 shows a block diagram of an alias ADC in the code RNS.

На фиг. 2 приведена зависимость алиасной частоты в основной ветви от частоты гармоники основного ГУН.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the alias frequency in the main branch on the harmonic frequency of the main VCO.

На фиг. 3 приведена зависимость алиасной частоты в дополнительной ветви относительно частоты гармоники основного ГУН.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the alias frequency in the additional branch relative to the harmonic frequency of the main VCO.

На фиг. 4 представлена таблица 1 с выборками АЦП в соответствии с номерами.In FIG. 4 presents table 1 with ADC samples in accordance with the numbers.

На фиг. 5 представлены спектры после БПФ в основной ветви и интерполяция к непозиционному представлению по основаниям 3, 5 и 7.In FIG. Figure 5 shows the spectra after the FFT in the main branch and the interpolation to the non-positional representation at bases 3, 5, and 7.

На фиг. 6 представлены спектры после БПФ в дополнительной ветви и формирование на их основе признака четности.In FIG. Figure 6 shows the spectra after the FFT in the additional branch and the formation of the parity sign on their basis.

На фиг. 7 представлена таблица 2 опорных напряжений параллельного АЦП и взвешивание на их основе соответствующего входного сигнала.In FIG. 7 shows table 2 of the reference voltage of the parallel ADC and weighting based on them the corresponding input signal.

Сущность изобретения заключается в синтезе гармонического сигнала и естественной трансляции его спектра в первую зону Найквиста при дискретизации на элементарных аналого-цифровых преобразователях (АЦП) с частотами выборок, зависящими от значений оснований применяемой системы остаточных классов (СОК).The essence of the invention lies in the synthesis of a harmonic signal and the natural translation of its spectrum into the first Nyquist zone during sampling on elementary analog-to-digital converters (ADCs) with sampling frequencies depending on the base values of the applied system of residual classes (RNS).

Построение прототипа по каскадному принципу приводит к тому, что синтез сигнала шума в первом каскаде, с уменьшением (без учета масштабирования) в разы единичного интервала квантования в следующем каскаде, во столько же раз увеличивает интервал неопределенности, на котором может быть зафиксировано ошибочное значение. Например, если взять основания СОК равными p1=3, р2=5, р3=7, то в одном тракте прототипа диапазон рабочих напряжений может быть разбит на три - в первом каскаде, потом один квант первого каскада - уже на пять - во втором, и один квант из второго каскада - на семь - в третьем каскаде. Таким образом, сгенерированный в первом каскаде уровень шума остается постоянным (для простоты - без учета шума следующих каскадов), а единичный интервал квантования уменьшается в разы. Применение масштабирования приводит к обратной картине - интервал единичного квантования почти не меняется, а ошибка первого каскада растет в геометрической прогрессии. Устранить негативное влияние каскадного построения возможно через иной подход к аналого-цифровому преобразованию.The construction of the prototype according to the cascade principle leads to the fact that the synthesis of the noise signal in the first stage, with a decrease (without scaling) by a factor of a single quantization interval in the next stage, increases the uncertainty interval by which the erroneous value can be recorded. For example, if you take the bases of the RNS equal to p 1 = 3, p 2 = 5, p 3 = 7, then in one path of the prototype the range of operating voltages can be divided into three - in the first stage, then one quantum of the first stage - already into five - in the second, and one quantum from the second cascade - by seven - in the third cascade. Thus, the noise level generated in the first stage remains constant (for simplicity - without taking into account the noise of the following stages), and a single quantization interval is reduced significantly. The use of scaling leads to the opposite picture - the interval of unit quantization remains almost unchanged, and the error of the first stage grows exponentially. It is possible to eliminate the negative impact of cascade construction through a different approach to analog-to-digital conversion.

Если частота отсчетов АЦП меньше удвоенной максимальной частоты сигнала, то возникает эффект биения и наложение спектров (алиасинг, - от английского «aliasing»). Спектр алиасных биений всегда располагается в полосе частот от 0 до fi 12, где fi - частота дискретизации элементарного АЦП. Данный процесс является прямым следствием теоремы Котельникова или (в иностранной литературе) критерия Найквиста (Аналого-цифровое преобразование: [пер. с англ.] / Под ред. Уолта Кестера. - М.: Техносфера. - 2007. - 1016 с.). Полосы частот от (N-1)·fi/2 до N·fi/2 образуют зоны Найквиста, где N - номер зоны. Зависимость алиасной частоты (fa) от линейно изменяющейся частоты входного гармонического сигнала можно представить следующим образом (фиг. 3). Для квантования уровня входного сигнала его сначала необходимо преобразовать в гармонический с частотойIf the sampling frequency of the ADC is less than twice the maximum frequency of the signal, then there is a beating effect and superposition of the spectra (aliasing, from the English “aliasing”). The spectrum of alias beats is always located in the frequency band from 0 to f i 12, where f i is the sampling frequency of the elementary ADC. This process is a direct consequence of the Kotelnikov theorem or (in foreign literature) the Nyquist criterion (Analog-to-digital conversion: [translated from English] / Edited by Walt Kester. - M .: Technosphere. - 2007. - 1016 p.). Frequency bands from (N-1) · f i / 2 to N · f i / 2 form Nyquist zones, where N is the zone number. The dependence of the alias frequency (f a ) on the linearly varying frequency of the input harmonic signal can be represented as follows (Fig. 3). To quantize the level of the input signal, it must first be converted to harmonic with frequency

Figure 00000002
Figure 00000002

где F - диапазон рабочих гармонических частот, который синтезируется генератором, управляемым напряжением (ГУН), fн - начальная частота ГУН, Е - диапазон рабочих напряжений АЦП, Ubx - преобразуемый уровень входного сигнала. Далее синтезированная гармоника сворачивается по частоте, согласно фиг.3, на i

Figure 00000001
элементарных АЦП, работающих с частотой выборкиwhere F is the range of working harmonic frequencies that is synthesized by a voltage-controlled oscillator (VCO), f n is the initial frequency of the VCO, E is the range of operating voltage of the ADC, U bx is the converted input signal level. Next, the synthesized harmonic is convoluted in frequency, according to figure 3, on i
Figure 00000001
elementary ADCs operating at a sampling rate

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
- количество уровней квантования алиасного АЦП, pi - основания применяемой СОК, a n - количество оснований СОК. На этом работа с аналоговым сигналом прекращается и начинается анализ данных в цифровом виде, заключающийся в формировании амплитудно-частотной характеристики, определении частоты с максимальной амплитудой и четности исходной полосы Найквиста, что позволяет реализовать код в СОК. Таким образом устраняется межкаскадная геометрическая прогрессия ошибки и, соответственно, повышается точность преобразования.Where
Figure 00000004
is the number of quantization levels of the alias ADC, p i is the base of the applied RNS, an is the number of bases of the RNC. This stops the work with the analog signal and begins the analysis of data in digital form, which consists in the formation of the amplitude-frequency characteristics, determining the frequency with maximum amplitude and parity of the original Nyquist band, which allows you to implement the code in the RNS. This eliminates the interstage geometric progression of the error and, accordingly, increases the accuracy of the conversion.

Дополнительным эффектом является упрощение конструирования алиасного устройства по сравнению с прототипом, т.к. отпадает необходимость применения специализированных по основаниям СОК элементарных АЦП, место которых могут занимать обычные позиционные. Другим дополнительным эффектом является возможность выбора полосы частот ГУН в зависимости от прикладной области алиасного АЦП, позволяющая отстроиться от электромагнитного излучения внешнего источника, наиболее влияющего в качестве шума.An additional effect is the simplification of the design of an alias device compared to the prototype, because there is no need to use elementary ADCs specialized on the basis of RNC, which can be replaced by ordinary positional ADCs. Another additional effect is the ability to select the VCO frequency band depending on the application area of the alias ADC, which allows you to tune out from the electromagnetic radiation of an external source that most affects noise quality.

Показанный на фиг. 1 алиасный АЦП содержит вход 1, блок слежения-хранения 2, основной 3 и дополнительные 4.1-4.n генераторы, управляемые напряжением (ГУН), основные 5.1-5.n и дополнительные 6.1-6.n аналого-цифровые преобразователи (АЦП), основные 7.1-7.n и дополнительные 8.1-8.n спецпроцессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ), основные 9.1-9.n и дополнительные 10.1-10.n блоки максимальной амплитуды, шины кодов оснований системы остаточных классов 11.1-11.n, блоки вычитания 12.1-12.n, выходные шины кодов остатков в СОК 13.1-13.n.Shown in FIG. 1 alias ADC contains input 1, tracking-storage unit 2, main 3 and additional 4.1-4.n voltage-controlled oscillators (VCO), main 5.1-5.n and additional 6.1-6.n analog-to-digital converters (ADC) , basic 7.1-7.n and additional 8.1-8.n special fast Fourier transform (FFT) processors, main 9.1-9.n and additional 10.1-10.n maximum amplitude blocks, base code buses of the system of residual classes 11.1-11.n , subtraction blocks 12.1-12.n, output buses of residual codes in RNS 13.1-13.n.

Вход устройства 1 объединен с входом блока слежения-хранения 2, выход которого соединен с входом основного 3 и дополнительных 4.1-4.n ГУН, при этом выход основного ГУН 3 соединен с входом основных АЦП 5.1-5.n, а выход i-го дополнительного ГУН 4.1-4.n соединен с входом i-го дополнительного АЦП 6.1-6.n, при этом выход i-го основного АЦП 5.1-5.n соединен с входом i-го основного спецпроцессора БПФ 7.1-7.n, а выход i-го дополнительного АЦП 6.1-6.n соединен с входом i-го дополнительного спецпроцессора БПФ 8.1-8.n, при этом выход i-го основного спецпроцессора БПФ 7.1-7.n соединен с входом i-го основного блока максимальной амплитуды 9.1-9.n, а выход i-го дополнительного спецпроцессора БПФ 8.1-8.n соединен с входом i-го дополнительного блока максимальной амплитуды 10.1-10.n, выход которого соединен с третьим входом i-го блока вычитания 12.1-12.n, первый вход которого объединен с i-й шиной кодов оснований системы остаточных классов 11.1-11.n, при этом выход i-го основного блока максимальной амплитуды 9.1-9.n соединен со вторым входом i-го блока вычитания 12.1-12.n, выход которого объединен с i-й выходной шиной кодов остатков в системе остаточных классов 13.1-13.n.The input of device 1 is combined with the input of the tracking-storage unit 2, the output of which is connected to the input of the main 3 and additional 4.1–4.n VCOs, while the output of the main VCO 3 is connected to the input of the main ADCs 5.1–5.n, and the output of the ith additional VCO 4.1-4.n is connected to the input of the i-th additional ADC 6.1-6.n, while the output of the i-th main ADC 5.1-5.n is connected to the input of the i-th main special processor FFT 7.1-7.n, and the output of the i-th additional ADC 6.1-6.n is connected to the input of the i-th additional special processor BPF 8.1-8.n, while the output of the i-th main special processor BPF 7.1-7.n is connected to the input ohm of the i-th main block of maximum amplitude 9.1-9.n, and the output of the i-th additional special processor FFT 8.1-8.n is connected to the input of the i-th additional block of maximum amplitude 10.1-10.n, the output of which is connected to the third input i of the subtraction block 12.1-12.n, the first input of which is combined with the i-th bus of the base codes of the system of residual classes 11.1-11.n, while the output of the i-th main block of maximum amplitude 9.1-9.n is connected to the second input i -th subtraction block 12.1-12.n, the output of which is combined with the i-th output bus of residual codes in the system of residual classes 13 .1-13.n.

Работа алиасного АЦП (фиг. 1) начинается с запоминания уровня аналогового сигнала, поступающего на вход 1, в блоке слежения-хранения 2. Далее вычисление остатка по основанию pi осуществляется в i-м

Figure 00000005
основном и дополнительном тракте по аналогичной схеме. Вначале входной уровень преобразуется ГУН в частоту гармонического сигнала по формулеThe operation of the alias ADC (Fig. 1) begins with storing the level of the analog signal supplied to input 1 in the tracking-storage unit 2. Next, the remainder is calculated from the base p i in the ith
Figure 00000005
primary and secondary tract in a similar way. Initially, the input level is converted by the VCO to the frequency of the harmonic signal according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где F - диапазон рабочих гармонических частот, который синтезируется генератором управляемым напряжением (ГУН), fн - начальная частота ГУН, Е - диапазон рабочих напряжений АЦП, Uвx - преобразуемый уровень входного сигнала. Здесь fн=fmin для основного ГУН 3 и fн=fmin+fi/4 для дополнительных ГУН 4.1-4.n, где для простоты минимальная частота fmin=0. Частота гармоники дополнительных ГУН 4.1-4.n зависит через f0 от частоты выборки дополнительных АЦП 6.1-6.n. Но частота выборки i-го основного 5.i и дополнительного 6.i

Figure 00000006
АЦП одинакова:where F is the range of working harmonic frequencies, which is synthesized by a controlled voltage generator (VCO), f n is the initial frequency of the VCO, E is the range of operating voltages of the ADC, U in is the converted input signal level. Here f n = f min for the main VCO 3 and f n = f min + f i / 4 for additional VCO 4.1-4.n, where for simplicity the minimum frequency f min = 0. The harmonic frequency of the additional VCOs 4.1-4.n depends on f 0 on the sampling frequency of the additional ADCs 6.1-6.n. But the sampling frequency of the i-th primary 5.i and additional 6.i
Figure 00000006
ADC is the same:

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000007
- количество уровней квантования алиасного АЦП, pi - основания применяемой СОК, a n - количество оснований СОК. Далее гармоника сворачивается на основных 5.1-5.n (фиг. 2) и дополнительных 6.1-6.n (фиг. 3) АЦП, при этом алиасную частоту можно определить из выраженияWhere
Figure 00000007
is the number of quantization levels of the alias ADC, p i is the base of the applied RNS, an is the number of bases of the RNC. Next, the harmonic is minimized on the main 5.1-5.n (Fig. 2) and additional 6.1-6.n (Fig. 3) ADCs, while the alias frequency can be determined from the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

Здесь (и далее) математическая операция в квадратных скобках подразумевает как результат целую часть числа.Here (and further), the mathematical operation in square brackets implies as a result the integer part of the number.

Т.к. для БПФ необходимо 2K (K - целое положительное) выборок, при том, что основания СОК pi - взаимно простые, то должно выполняться условие:Because for FFT, 2 K (K is a positive integer) samples are necessary, while the bases of RNS p i are mutually simple, then the condition must be satisfied:

Figure 00000009
Figure 00000009

Зная алиасные частоты и частоты дискретизации, можно определить значения всех 2K выборок каждого i-го основного (5.1-5.n) и дополнительного (6.1-6.n) АЦП:Knowing the alias frequencies and sampling frequencies, it is possible to determine the values of all 2 K samples of each i-th primary (5.1-5.n) and additional (6.1-6.n) ADCs:

Figure 00000010
Figure 00000010

где А - амплитуда гармоник от ГУН (3 и 4.1-4.n), Ei - диапазоны измеряемых АЦП (5.1-5.n и 6.1-6.n) напряжений, номер выборки

Figure 00000011
- разрядность АЦП 5.1-5.n и 6.1-6.n. Полученные на АЦП (5.1-5.n и 6.1-6.n) выборки передаются спецпроцессорам БПФ 7.1-7.n и 8.1-8.n, на выходе которых формируется по 2K-1+1 значений, соответствующих линиям амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в первой зоне Найквиста. В блоках максимальной амплитуды 9.1-9.n и 10.1-10.n на основе полученных значений АЧХ производится интерполяция максимума спектра к непозиционному виду: в основных (9.1-9.n) по основанию pi, а в дополнительных (10.1-10.n) по основанию 2. Как результат основной (9.1-9.n) блок выдает число в диапазоне от 0 до pi-1, а дополнительный (10.1-10.n) - «1», если максимум спектра расположен в левой половине первой зоны Найквиста, и «0» - в правой половине, i-я основная и i-я дополнительная ветки сходятся на блоке вычитания 12.i
Figure 00000012
, где в зависимости от признака четности номера зоны Найквиста производится («1» от блока 10.i) или не производится («0» от блока 10.i) операция вычитания полученного в основной ветке числа из pi-1. Значение pi подается по шинам кодов оснований системы остаточных классов 11.1-11.n. Таким образом, на выходной шине 13.1-13.n формируется окончательный код в СОК.where A is the harmonic amplitude from the VCO (3 and 4.1-4.n), E i are the ranges of the measured ADC (5.1-5.n and 6.1-6.n) voltages, the sample number
Figure 00000011
- the capacity of the ADC 5.1-5.n and 6.1-6.n. The samples obtained at the ADC (5.1-5.n and 6.1-6.n) are transmitted to the FFT special processors 7.1-7.n and 8.1-8.n, at the output of which 2 K-1 + 1 values are generated corresponding to the amplitude-frequency lines characteristics (frequency response) in the first Nyquist zone. In blocks of maximum amplitude 9.1-9.n and 10.1-10.n, based on the obtained AFC values, the spectrum maximum is interpolated to a non-positional form: in the main ones (9.1-9.n) on the basis of p i , and in the additional ones (10.1-10. n) on the basis of 2. As a result, the main (9.1-9.n) block gives a number in the range from 0 to p i -1, and the additional (10.1-10.n) - “1” if the maximum of the spectrum is located in the left half the first Nyquist zone, and “0” in the right half, the i-th main and i-th additional branches converge on the subtraction block 12.i
Figure 00000012
where, depending on the sign of parity, the Nyquist zone number is performed (“1” from block 10.i) or not performed (“0” from block 10.i), the operation subtracts the number received in the main branch from p i -1. The value of p i is supplied via the codes of the bases of the system of residual classes 11.1-11.n. Thus, on the output bus 13.1-13.n, the final code in the RNC is generated.

Пример.Example.

Рассмотрим алиасный АЦП по основаниям СОК pi=3, р2=5, р3=7 (т.е. n=3,

Figure 00000013
,
Figure 00000014
. Такой алиасный АЦП содержит вход, блок слежения хранения 2, основной 3 и три дополнительных ГУН 4.1-4.3, по три АЦП, спецпроцессора БПФ и блока максимальной амплитуды в основной (соответственно 5.1-5.3, 7.1-7.3, 9.1-9.3) и дополнительной (соответственно 6.1-6.3, 8.1-8.3, 10.1-10.3) ветке. Плюс к этому алиасный АЦП содержит по три шины кодов оснований СОК 11.1-11.3, блока вычитания 12.1-12.3 и выходных шин кодов остатков 13.1-13.3.Consider the alias ADC on the bases of the RNS p i = 3, p 2 = 5, p 3 = 7 (i.e. n = 3,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
. Such an alias ADC contains an input, storage tracking unit 2, main 3, and three additional VCOs 4.1-4.3, three ADCs, an FFT special processor, and a maximum amplitude unit in the main (5.1-5.3, 7.1-7.3, 9.1-9.3, respectively) and additional ( accordingly 6.1-6.3, 8.1-8.3, 10.1-10.3) branch. In addition, the alias ADC contains three buses of base codes of the SOK 11.1-11.3, a subtraction block 12.1-12.3, and output bus codes of residuals 13.1-13.3.

Пусть на вход устройства 1 поступил уровень сигнала Uвх.=3,2 В, который запоминается в блоке слежения-хранения 2. Поскольку частоты гармоник с дополнительных ГУН 4.1-4.3 привязаны к частотам выборки АЦП 6.1-6.3, то рассчитаем сначала частоты выборок по известной формуле. Пусть диапазон рабочих гармонических частот F=1000 кГц, тогда частоты выборок основных 5.1-5.3 и дополнительных 6.1-6.3 АЦП есть:Let the input level of the device 1 received a signal level U I. = 3.2 V, which is stored in the tracking-storage unit 2. Since the harmonic frequencies from the additional VCO 4.1-4.3 are tied to the sampling frequencies of the ADC 6.1-6.3, we first calculate the sampling frequencies using the well-known formula. Let the range of working harmonic frequencies F = 1000 kHz, then the sampling frequencies of the main 5.1-5.3 and additional 6.1-6.3 ADCs are:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Теперь можно вернуться к гармоникам ГУН. Пусть диапазон преобразуемых алиасным АЦП напряжений - от 0 до 5 В, т.е. Е=5 В, тогда частоты гармоник ГУН при входном уровне сигнала Uвх.=3,2 В будут равны (по № ГУН):Now you can return to the harmonics of the VCO. Let the range of voltages converted by an alias ADC be from 0 to 5 V, i.e. E = 5 V, then the harmonics frequency of the VCO at the input signal level U I. = 3.2 V will be equal (according to the number of VCO):

Figure 00000017
Figure 00000017

Рассчитаем алиасные частоты во всех трактах (по № АЦП):We calculate the alias frequencies in all paths (according to the ADC number):

Figure 00000018
Figure 00000018

Поскольку для БПФ необходимо 2K (K - целое положительное) выборок, то для выполнения условия достаточно, чтобы K=4, т.к. максимальное основание pn=7. Определим 2K выборок по известной формуле для каждого АЦП 5.1-5.3 и 6.1-6.3 для простоты взяв начальную фазу алиасных биений равной нулю, при амплитуде А=2 В, равенстве всех диапазонов преобразуемых АЦП напряжений Ei=5 В, равенстве разрядности всех АЦП (5.1-5.n и 6.1-6.n) L=5 (таблица 1 на фиг. 4). Покажем для примера расчет v1 для АЦП 5.1:Since 2 K (K is a positive integer) samples are necessary for the FFT, it is sufficient for K = 4 to satisfy the condition, since maximum base p n = 7. We define 2 K samples according to the well-known formula for each ADC 5.1-5.3 and 6.1-6.3 for simplicity by taking the initial phase of alias beats equal to zero, with amplitude A = 2 V, equality of all ranges of converted ADC voltages E i = 5 V, equality of the bit depth of all ADCs (5.1-5.n and 6.1-6.n) L = 5 (table 1 in Fig. 4). We show for example the calculation of v 1 for ADC 5.1:

Figure 00000019
Figure 00000019

Полученные на АЦП (5.1-5.3 и 6.1-6.3) выборки передаются спецпроцессорам БПФ 7.1-7.3 и 8.1-8.3, на выходе которых формируется по девять значений, соответствующих линиям АЧХ в первой зоне Найквиста. В блоках максимальной амплитуды 9.1-9.3 и 10.1-10.3 на основе полученных значений АЧХ производится интерполяция максимума спектра к непозиционному виду: в (9.1-9.3) по основанию pi, а в дополнительных (10.1-10.3) по основанию 2. Алгоритм интерполяции может быть разным, но в данном случае удобно исходить из площади фигуры под кривой спектра в соответствующей непозиционной полосе частот, поскольку такой подход нагляден. Согласно фиг. 5, на выходах основных блоков максимальной амплитуды формируются следующие значения: (9.1) - 1, (9.2) - 2, (9.3) - 2. Согласно фиг. 6, на выходах дополнительных блоков максимальной амплитуды формируются значения: (10.1) - 0, (10.2) - 1, (10.3) - 1. Окончательное формирование кода СОК происходит на блоках вычитания (12.1-12.3): α1=1, α2=(5-1)-2=2, α3=(7-1)-2=4. Таким образом, код в СОК по основаниям p1=3, p2=5, p3=7 равен 1, 2, 4.The samples obtained at the ADC (5.1-5.3 and 6.1-6.3) are transmitted to the FFT 7.1-7.3 and 8.1-8.3 special processors, at the output of which nine values are generated that correspond to the frequency response lines in the first Nyquist zone. In the blocks of maximum amplitude 9.1-9.3 and 10.1-10.3, based on the obtained AFC values, the spectrum maximum is interpolated to the non-positional form: in (9.1-9.3) on the basis of p i , and in additional (10.1-10.3) on the basis of 2. The interpolation algorithm can be different, but in this case it is convenient to proceed from the area of the figure under the spectrum curve in the corresponding non-positional frequency band, since this approach is obvious. According to FIG. 5, the following values are formed at the outputs of the main blocks of maximum amplitude: (9.1) - 1, (9.2) - 2, (9.3) - 2. According to FIG. 6, the following values are formed at the outputs of additional blocks of maximum amplitude: (10.1) - 0, (10.2) - 1, (10.3) - 1. The final generation of the RNC code occurs on the subtraction blocks (12.1-12.3): α1 = 1, α 2 = (5-1) -2 = 2, α 3 = (7-1) -2 = 4. Thus, the code in the SOK on the basis of p 1 = 3, p 2 = 5, p 3 = 7 is 1, 2, 4.

Проверим полученный результат. Рассмотрим параллельный АЦП (Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. - Изд. 6-е. - М.: Мир, 2003. - 704 с, рис. 9.49) (без смещения нуля на 1/2 младшего разряда), состоящего из делителя опорных напряжений, компараторов, количество которых Р=3*5*7=105, и шифратора. Измеряемое напряжение равно 3,2 В. Получив таблицу опорных напряжений (таблица 2 на фиг. 7), кратных Е/105, где Е=5 В, обнаруживаем, что компараторы с 1-го по 67-й установятся в «1», а все остальные в «0». Следовательно, на выходе шифратора установится код, десятичное представление которого равно 67. Целые остатки от деления числа 67 на 3, 5 и 7 соответственно равны 1, 2 и 4.Check the result. Consider a parallel ADC (P. Horowitz, W. Hill circuitry Art:..... Translated from English - Univ 6th - M .: Mir, 2003. - 704, Figure 9.49) (without zero offset by 1/2 low-order), consisting of a reference voltage divider, comparators, the number of which is P = 3 * 5 * 7 = 105, and an encoder. The measured voltage is 3.2 V. Having received a table of reference voltages (table 2 in Fig. 7), multiples of E / 105, where E = 5 V, we find that the comparators from 1st to 67th are set to "1", and everyone else is at "0". Therefore, at the output of the encoder, a code is set whose decimal representation is 67. The whole remainders of dividing the number 67 by 3, 5 and 7 are respectively 1, 2 and 4.

Claims (1)

Алиасный аналого-цифровой преобразователь, содержащий вход, блок слежения-хранения, n основных аналого-цифровых преобразователей, n выходных шин кодов остатков в системе остаточных классов, где n - число оснований системы остаточных классов, отличающийся тем, что введены основной генератор, управляемый напряжением, n дополнительных генераторов, управляемых напряжением, n дополнительных аналого-цифровых преобразователей, n основных и n дополнительных спецпроцессоров быстрого преобразования Фурье, n основных и n дополнительных блоков максимальной амплитуды, n блоков вычитания и n шин кодов оснований системы остаточных классов, при этом вход устройства объединен с входом блока слежения-хранения, выход которого соединен с входом основного и дополнительных генераторов, управляемых напряжением, при этом выход основного генератора, управляемого напряжением, соединен с входом основных аналого-цифровых преобразователей, а выход i-го
Figure 00000020
дополнительного генератора, управляемого напряжением, соединен с входом i-го дополнительного аналого-цифрового преобразователя, при этом выход i-го основного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом i-го основного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье, а выход i-го дополнительного аналого-цифрового преобразователя соединен с входом i-го дополнительного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье, при этом выход i-го основного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье соединен с входом i-го основного блока максимальной амплитуды, а выход i-го дополнительного спецпроцессора быстрого преобразования Фурье соединен с входом i-го дополнительного блока максимальной амплитуды, выход которого соединен с третьим входом i-го блока вычитания, первый вход которого объединен с i-й шиной кодов оснований системы остаточных классов, при этом выход i-го основного блока максимальной амплитуды соединен со вторым входом i-го блока вычитания, выход которого объединен с i-й выходной шиной кодов остатков в системе остаточных классов.
An alias analog-to-digital converter containing an input, a tracking-storage unit, n main analog-to-digital converters, n output buses of residual codes in the residual class system, where n is the number of bases of the residual class system, characterized in that a voltage-controlled main oscillator is introduced , n additional voltage-controlled oscillators, n additional analog-to-digital converters, n main and n additional special fast Fourier transform processors, n main and n additional maxi blocks total amplitude, n subtraction blocks and n bus codes of the base system of the residual classes, while the input of the device is combined with the input of the tracking-storage unit, the output of which is connected to the input of the main and additional generators controlled by voltage, while the output of the main generator controlled by voltage is connected with the input of the main analog-to-digital converters, and the output of the i-th
Figure 00000020
an additional voltage-controlled generator is connected to the input of the i-th additional analog-to-digital converter, while the output of the i-th main analog-to-digital converter is connected to the input of the i-th main special Fourier transform special processor, and the output of the i-th additional analog-to-digital the converter is connected to the input of the i-th additional special processor of the fast Fourier transform, while the output of the i-th main special processor of the fast Fourier transform is connected to the input of the i-th main maxim block amplitude, and the output of the i-th additional special processor of the fast Fourier transform is connected to the input of the i-th additional block of maximum amplitude, the output of which is connected to the third input of the i-th subtraction block, the first input of which is combined with the i-th bus of the base codes of the system of residual classes while the output of the i-th main block of maximum amplitude is connected to the second input of the i-th subtraction block, the output of which is combined with the i-th output bus of residual codes in the system of residual classes.
RU2015100802/08A 2015-01-12 2015-01-12 Alias analogue-to-digital converter RU2589388C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015100802/08A RU2589388C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Alias analogue-to-digital converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015100802/08A RU2589388C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Alias analogue-to-digital converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2589388C1 true RU2589388C1 (en) 2016-07-10

Family

ID=56371152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015100802/08A RU2589388C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Alias analogue-to-digital converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2589388C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747568C1 (en) * 2020-08-05 2021-05-07 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Analog-to-digital converter modulo m

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1181141A1 (en) * 1983-10-10 1985-09-23 Ставропольское высшее военное инженерное училище связи им.60-летия Великого Октября Analog-to-digital converter operating in residual class system
SU1368989A1 (en) * 1986-05-15 1988-01-23 Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. A-d converter into code of residual class system
US5189420A (en) * 1990-06-08 1993-02-23 The Mitre Corporation Method and apparatus for direct analog to formatted digital number conversion
US6144329A (en) * 1997-06-06 2000-11-07 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for processing analog signals using residue-based digital operations
RU2433527C1 (en) * 2010-04-12 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) Analogue-to-digital converter in residue number system
WO2012009796A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 Kapik Inc. System and method for high speed analog to digital data acquisition

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1181141A1 (en) * 1983-10-10 1985-09-23 Ставропольское высшее военное инженерное училище связи им.60-летия Великого Октября Analog-to-digital converter operating in residual class system
SU1368989A1 (en) * 1986-05-15 1988-01-23 Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Ракетных Войск Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. A-d converter into code of residual class system
US5189420A (en) * 1990-06-08 1993-02-23 The Mitre Corporation Method and apparatus for direct analog to formatted digital number conversion
US6144329A (en) * 1997-06-06 2000-11-07 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for processing analog signals using residue-based digital operations
RU2433527C1 (en) * 2010-04-12 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) Analogue-to-digital converter in residue number system
WO2012009796A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 Kapik Inc. System and method for high speed analog to digital data acquisition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747568C1 (en) * 2020-08-05 2021-05-07 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Analog-to-digital converter modulo m

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Albrecht A family of cosine-sum windows for high-resolution measurements
JP4498184B2 (en) Linearity compensation circuit
RU2589388C1 (en) Alias analogue-to-digital converter
Eielsen et al. Existing methods for improving the accuracy of digital-to-analog converters
RU2659468C1 (en) Following sine and cosine angle-to-code converter
Vujičić et al. Concept of stochastic measurements in the Fourier domain
RU2433527C1 (en) Analogue-to-digital converter in residue number system
Romashov et al. The regression model of power spectral density of phase noise of direct digital synthesizers
RU127557U1 (en) SOLID SOLID FORMING DEVICE WITH DIRECT DIGITAL FREQUENCY SYNTHESIS
Urekar et al. Low resolution stochastic Flash ADC for high precision energy and RMS voltage measurements for smart grid
KR101567361B1 (en) Appratus and method for frequency synthesis reducing noise
Samarah A 320 mhz digital linear frequency modulated signal generator for radar applications using fpga technology
RU2404438C1 (en) Signal real-time analysis device
CN114157274B (en) A flexible and agile high-accuracy carrier generation system and method
RU2740790C1 (en) Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise
RU2504891C1 (en) Method of generating output frequency of direct synthesis digital synthesiser
Hariharan et al. Coherent Sinusoid Generation using Novel DDFS Architecture
Duan et al. INL based dynamic performance estimation for ADC BIST
RU2747568C1 (en) Analog-to-digital converter modulo m
JP7503100B2 (en) Correction system for eliminating phase noise effects and analog-to-digital conversion device including same
JP5774168B2 (en) Analog / digital converter
RU2290754C1 (en) Method for transforming code of system of remainder classes to voltage
KR101040262B1 (en) Wideband digital frequency measurement method
RU2700334C1 (en) Method of measuring phase difference of harmonic signals at outputs of linear paths with low signal-to-noise ratios
Al-Ibrahim et al. New high resolution and low distortion coherent sweep oscillators

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180113