Спосіб додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача

1. Спосіб додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача, який полягає у частковому підсумовуванні відліків аналогоцифрового перетворювача (АЦП) у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому накопичення сигнальних відліків в межах стробів здійснюють шляхом вагової обробки, який відрізняється тим, що формуванню сигнальних відліків стробів за результатами накопичення відліків АЦП передує попередня цифрова фільтрація відліків АЦП в режимі "ковзаючого вікна" відповідно до виразів: 3 46667 наступній демодуляції сигналу. Як наслідок, знижуються вимоги до продуктивності обчислювальних пристроїв. Недоліком відомого способу є неоптимальність обробки сигналів. Відомий спосіб додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача [3], сутність якого полягає у частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому накопичення сигнальних відліків в межах стробів здійснюється шляхом вагової обробки за виразом: (i 1)N 1 Uic Ut cos( 0 t) , t iN (i 1)N 1 Uis Ut sin( (1) 0 t) , t iN де i =0, 1,... - номер строба, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування (для усунення паразитного набігу початкової фази сигналу від стробу до стробу має бути кратною 4), 0 - центральна частота фільтра додаткового стробування, - період дискретизації АЦП, t - порядковий номер відліку АЦП. Наведений вираз (1) фактично описує операцію цифрової фільтрації сигналів і може бути отриманий з співвідношення, викладеного у [3], шляхом розгляду дійсного аналогового сигналу,  тобто за умови Im(Ut ) 0 . Спосіб-аналог дозволяє здійснити оптимальне проріджування даних на виході АЦП для гармонійного сигналу з частотою 0 , яке зводиться до формування одного сумарного сигналу по вибірці і кількох відліків із заданою періодичністю [3]. Таке проріджування (децимація) сигнальної вибірки дозволяє уникнути енергетичних втрат, а сформовані зазначеним чином нові відліки сигналів більш декорельовані за шумом. Крім того, це дозволяє узгодити високі швидкості передачі даних АЦП з продуктивністю подальших цифрових пристроїв обробки сигналів. Важливою властивістю застосування операції додаткового стробування відліків АЦП є її нечутливість до постійних зсувів напруги нуля АЦП. Недоліком способу-аналогу є порівняно високий рівень бокових пелюсток амплітудно-частотної характеристики цифрового фільтра додаткового стробування, неможливість його застосування для додаткового стробування сигналів, представлених у базисі функцій Хартлі. Найбільш близькім за своєю сутністю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача [4], сутність якого полягає у частковому підсумовуванні відліків АЦП у фіксованих інтервалах часу (стробах), що не перекриваються, при цьому накопичення сигнальних відліків в межах стробів здійснюють з використанням парної й непарної функцій Хартлі відповідно до виразів: 4 (i 1)N 1 Uic Ut cas ( t) , 0 t iN (i 1)N 1 Uis (2) Ut cas ( t) , 0 t iN де cas ( ) cas ( ) cos( ) sin( ) , cos( ) sin( ) - парна й непарна функції Хартлі, Ut - часові вибірки напруг сигналів по виходу АЦП, i - номер стробу, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування, 0 - центральна частота фільтра додаткового стробування, - період дискретизації АЦП, t - порядковий номер відліку АЦП. Використання способу-прототипу дозволяє розширити перелік сигналів, для яких може бути здійснене додаткове стробування, на множину сигналів, представлених у базисі функцій Хартлі. Недоліком способу-прототипу є порівняно високий рівень бокових пелюсток амплітудночастотної характеристики цифрового фільтру додаткового стробування. З урахуванням сказаного, технічне завдання, що вирішується заявленою корисною моделлю, полягає у зменшенні рівнів бокових пелюсток амплітудно-частотної характеристики операції додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача з метою підвищення завадозахищеності. Сутність корисної моделі полягає в тому, що формуванню сигнальних відліків стробів за результатами накопичення відліків АЦП передує попередня цифрова фільтрація відліків АЦП в режимі «ковзаючого вікна» відповідно до виразів [5]: Uc t Ut Us t 5 Ut 11 Ut 1 15 Ut 2 15 Ut 4 11 Ut 3 5 Ut 6, Ut 7, 5 (3) де t - порядковий номер відліку АЦП, додаткове стробування отриманих у такий спосіб відліків напруг сигналів виконують шляхом вагової обробки за виразами: ( y 1)N 1 c Wy Uc cas ( t 0 t Uc cas ( t 0 t , t yN (4) ( y 1)N 1 s Wy Us t cas ( 0 t Us t cas ( 0 t , t yN де Uc( s ) - квадратурні складові сигналу на виt ході операції «ковзаючого вікна», y 0, Y 1 - порядковий номер стробу, N - кількість відліків АЦП, над якими здійснюється операція додаткового стробування, 0 - центральна частота фільтру додаткового стробування, - період дискретизації АЦП. Конкретний варіант заявленого способу відрізняється тим, що аналого-цифрове перетворення сигналу здійснюють з періодом дискретизації, кратним непарному числу чвертей періоду носійної частоти. 5 46667 Суттєвою відмінністю заявленого способу є застосування для одноканальної (безквадратурної) схеми аналого-цифрового перетворення напруг сигналів вагової обробки відліків АЦП в режимі «ковзаючого вікна» згідно з відомою з [5] операцією цифрової фільтрації й подальше використання результатів вказаної операції вагової обробки сигналів в режимі «ковзаючого вікна» в якості вхідного масиву квадратурних відліків сигналів для двоканальної операції додаткового стробування відліків АЦП у базисі функцій Хартлі. Для доказу працездатності заявленого способу додаткового стробування відліків АЦП було проведене його математичне моделювання за допомогою програми, розробленої в пакеті MathCad. В результаті моделювання була досліджена амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) сукупності операцій, що реалізують заявлений спосіб додаткового стробування. Зазначені характеристики у нормованому вигляді наведені на Фіг.1 для випадку, коли протяжність стробу дорівнює 16 відлікам АЦП (відлікам сигналів після операції «ковзаючого вікна»), а аналого-цифрове перетворення сигналу здійснюється через чверть періоду його носійної частоти. На Фіг.1 АЧХ, що відповідає сукупності операцій заявленого способу, наведена суцільною лінією, а пунктирною лінією зображена АЧХ способупрототипу, описаного виразом (1). Із графіків Фіг.1 видно, що максимальний рівень перших бокових пелюсток АЧХ при використанні заявленого способу зменшено майже у двічі (~5дБ), а других бокових пелюсток - приблизно у 3 рази. Крім того, спостерігається певне звуження головної пелюстки АЧХ. Все це підвищує завадозахищеність операції додаткового стробування відліків АЦП. Практична реалізація заявленого способу зво Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 диться до застосування у приймачі інформаційного повідомлення цифрового сигнального процесора чи програмованих матриць логічних елементів, наприклад, від фірми Xilinx, за допомогою яких мають виконуватись передбачені заявленим способом операції над отриманими в результаті аналого-цифрового перетворення відліками цифрових напруг сигналів. В якості АЦП можуть застосовуватись мікросхеми фірми Analog Devices, Texas Instruments тощо. Джерела інформації: 1. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.Н. Антипов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин и др. Под ред. В.Т. Горяинова. - М: Радио и связь. - 1988. - С.41. 2. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.Н. Антипов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин и др. Под ред. В.Т. Горяинова. - М.: Радио и связь. - 1988. - С.42-43. 3. Слюсар В.И. Синтез алгоритмов измерения дальности М источников при дополнительном стробировании отсчетов АЦП // Радиоэлектроника. - 1996. №5. С.55-62. (Изв. вузов). http://www.slyusar.kiev.ua/IZV_VUZ_ 1996_5.pdf. 4. Патент України на корисну модель №41297. МПК (2006) G01S7/36, H03D13/00. Спосіб додаткового стробування відліків аналого-цифрового перетворювача. // Слюсар В.І., Васильєв К.А. - Заявка на видачу патенту України на корисну модель №U200900296 від 15.01.2009. - Патент опубліковано 12.05.2009, бюл. №9. - прототип. 5. Jan-Erik Eklund and Ragnar Arvidsson. A Multiple Sampling, Single A/D Conversion Technique for Demodulation in CMOS. // IEEE Journal of SolidState Circuits, Vol.31, No.12, December 1996. Pp.1987-1994. http://iroi.seu.edu.en/jssc9697/data/31_12_08.PDF. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601