Пристрій вибірки і зберігання (пристрій голуба)

Реферат: UA 91234 U UA 91234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки аналого-цифрового перетворювання, зокрема до перетворювачів з перемежуванням, а також до пристроїв вибірки і зберігання, що є частиною перетворювачів або незалежними від них. Перший аналог - це пристрій вибірки і зберігання, що описаний в: [1] Sample-and-Hold Amplifiers // Analog Devices' Tutorial MT-090. Rev. 0, 10/08, www.analog.com. [2] Analog-Digital Conversion / by ed. W. Kester // Analog Devices, 2004 (pp. 2.68-2.69, fig. 2.77), www.analog.com. Сигнал пристрою вибірки і зберігання є періодичним, що складається, за періодом дискретизації, з двох частин. Перша частина відповідає процесу вибірки (перехідна частина), друга - процесу зберігання (стала частина). Відлік сигналу береться з другої частини, значення якої є миттєвим значенням аналогового сигналу наприкінці першої частини періоду дискретизації сигналу пристрою. Недоліком першого аналога є те, що частота дискретизації сигналу обмежена процесом вибірки, його тривалістю. Процес вибірки, що є перехідним процесом, не дає можливості збільшити частоту дискретизації. Другий аналог - це аналого-цифровий перетворювач (АЦП) з перемежуванням, що описаний в: [3] Looney M. Advanced Digital Post-Processing Techniques Enhance Performance in TimeInterleaved ADC Systems //Analog Dialogue, 37-8, Aug. 2003. [4] Harris J. The ABCs of interleaved ADCs // EDN, Feb. 2013, № 2. [5] Харрис Дж. Многоканальные АЦП с перемежающейся выборкой входного сигнала / Сокр. пер. с англ. и комментарии В. Романова // Электронные компоненты и системы (ЭКиС), 2013, № 6, - С. 3-5. Для підвищення частоти дискретизації аналого-цифрового перетворювання, використовуються, згідно з другим аналогом, два або більше звичайних АЦП (наприклад, миттєвої паралельної дії), в кожному з яких на вході використовується звичайний пристрій вибірки і зберігання, що є першим аналогом. Частота дискретизації в кожному з вказаних АЦП є меншою ніж та, що потребується. Дискретизація відбувається поступово, від одного АЦП до іншого (із зсувом за часом), і періодично повторюється. Сигнали кожного з АЦП, маючи меншу частоту дискретизації, комутуються. За результатом, формується цифровий сигнал з більшою частотою дискретизації, обумовлений вказаним процесом, що є процесом перемежування. АЦП з перемежуванням, що є другим аналогом, мають такі недоліки: - по-перше, побудова АЦП з перемежуванням, для якого використовується декілька звичайних АЦП, є ускладненням; - по-друге, АЦП з перемежуванням має збільшені спотворення, які обумовлені різницею параметрів АЦП, що входять до його складу. В зв'язку з викладеним поставлено задачу: запропонувати пристрій вибірки і зберігання, який забезпечив би підвищення частоти дискретизації, за використанням одного АЦП, без вказаних недоліків. За прототип вибирається перший аналог. Пропонується пристрій вибірки і зберігання з перемежуванням, що може використовуватись з одним звичайним АЦП (без перемежування) або використовуватись окремо. Пропонується: 1. Пристрій вибірки і зберігання, що містить коло перетворювання аналогового сигналу в послідовність дискретних відліків, який відрізняється тим, що коло перетворювання є з перемежуванням. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що коло перетворювання з перемежуванням складається з: - дільника частоти тактових імпульсів, вхід якого є входом тактових імпульсів пристрою, а виходи є парними, з протифазними імпульсами управління, одні з яких, з тривалістю τ в, - для взяття вибірок, інші, з тривалістю τк, - для комутації вибірок, кожна пара імпульсів - із зсувом відносно попередньої на 360°/m, де m=1+τв/τк; - кіл вибірки і зберігання, кількість яких дорівнює m, входи сигналів кіл є входом сигналу пристрою, а входи управління кожного кола підключені до виходів імпульсів управління дільника частоти, що є для взяття вибірок; - комутаторів сигналів зберігання, кількість яких дорівнює m, входи сигналів комутаторів підключені до виходів кіл вибірки і зберігання, а входи управління комутаторів підключені до виходів імпульсів управління дільника частоти, що є для комутації вибірок; - суматора, входи якого підключені до виходів комутаторів сигналів зберігання, а вихід є виходом пристрою. 1 UA 91234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з двома колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з одним парним виходом імпульсів управління, до якого протифазно підключені обидва кола вибірки і зберігання та обидва комутатори сигналів, частота імпульсів управління в два рази менша за частоту тактових імпульсів, відношення тривалості імпульсів управління τв/τк=1, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою дорівнює частоті тактових імпульсів на вході пристрою. 4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з чотирма колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з чотирма парними виходами імпульсів управління, до яких поодинці підключені кола вибірки і зберігання та комутатори сигналів, частота імпульсів управління в чотири рази менша за частоту тактових імпульсів, фазовий зсув кожної з пар імпульсів, відносно попередньої, дорівнює 90°, відношення тривалості імпульсів управління в кожній парі τ в/τк=3, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою дорівнює частоті тактових імпульсів на вході пристрою. 5. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з чотирма колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з чотирма парними виходами імпульсів управління, до яких поодинці підключені кола вибірки і зберігання та комутатори сигналів, частота імпульсів управління в два рази менша за частоту тактових імпульсів, фазовий зсув кожної з пар імпульсів, відносно попередньої, дорівнює 90°, відношення тривалості імпульсів управління в кожній парі τ в/τк=3, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою в два рази більша, ніж частота тактових імпульсів на вході пристрою. 6. Пристрій за п. 1, 2, 3, 4 або 5, який відрізняється тим, що є складовою частиною аналогоцифрового перетворювача. Перелік фігур (з їх описом): Фіг. 1. Показані епюри напруг у колах пристрою вибірки і зберігання за п. 3. Номера позначених епюр відповідають номерам, що позначені нижче за схемою пристрою на фіг. 4. За номерами 1 та 2 на фіг. 1, а також нижче на фіг. 2 та 3, показані фрагмент аналогового сигналу та тактові імпульси на вході пристрою. За номерами 3 та 4 показані імпульси, що є імпульсами управління колами вибірки і зберігання, а нижче, за тими ж номерами, але в зворотному порядку, показані імпульси, що є інвертованими до попередніх і призначені для управління комутаторами сигналів. Перші з імпульсів є з тривалістю τ в, а другі - з тривалістю τк, де, в даному разі, τв=τк. Сигнали 5 та 6 - це сигнали двох кіл вибірки та зберігання, що мають знижену частоту та зсув за часом відповідно до імпульсів управління 3 та 4, частота яких поділена в два рази відносно частоти тактових імпульсів на вході. Сигнали 7 та 8 - це сигнали комутаторів, які є після комутації сигналів 5 та 6, що здійснена імпульсами управління 4 та 3, які є інвертованими імпульсами 3 та 4 (це ті ж самі імпульси згідно з фіг. 4). Сигнал 9 - це сигнал, що є сумою сигналів 7 та 8. Він є вихідним сигналом пристрою. Сигнал 9 - це сигнал дискретизації аналогового сигналу, який не має, на відміну від сигналів без перемежування, перехідних частин, що є властивістю прототипу. На фіг. 1, для наочності, імпульси управління та відповідні їм сигнали позначені однаковими літерами - а, б, в, г. Фіг. 2. Показані епюри напруг у колах пристрою вибірки і зберігання за п. 4. Номера позначених епюр відповідають номерам, що позначені нижче за схемою пристрою на фіг. 5. За номерами 10, 11, 12 та 13 показані імпульси, що є імпульсами управління колами вибірки і зберігання, а за номерами 14, 15, 16 та 17 - імпульси, , що є інвертованими до попередніх і призначені для управління комутаторами сигналів. Перші з імпульсів є з тривалістю τв, а другі - з тривалістю τк, де τв=3τк. Сигнали 18, 19, 20 та 21 - це сигнали чотирьох кіл вибірки та зберігання, що мають знижену частоту та зсув за часом й відповідають імпульсам управління 10, 11, 12 та 13, частота яких поділена в чотири рази відносно частоти тактових імпульсів на вході. Сигнали 22, 23, 24 та 25 це сигнали на виході комутаторів після комутації сигналів 18, 19, 20 та 21, здійсненою за імпульсами управління 14, 15, 16 та 17, які є інвертованими імпульсами 10, 11, 12 та 13. Сигнал 26 - це сигнал, що є сумою сигналів 22, 23, 24 та 25. Він є вихідним сигналом пристрою. Сигнал 26 - це сигнал дискретизації аналогового сигналу, який не має, на відміну від сигналів без перемежування, перехідних частин, що є властивістю прототипу. На фіг. 2, для наочності, імпульси управління та відповідні їм сигнали позначені однаковими літерами а, … ж. Фіг. 3. Показані епюри напруг у колах пристрою вибірки і зберігання за п. 5. За номерами 27, 28, 29 та 30 показані імпульси, що є імпульсами управління колами вибірки і зберігання, а за номерами 31, 32, 33 та 34 - імпульси, що є інвертованими до попередніх і призначені для 2 UA 91234 U 5 10 15 20 25 управління комутаторами сигналів. Перші з імпульсів є з тривалістю τ в, а другі - з тривалістю τк, де τв=3τк. Сигнали 35, 36, 37 та 38 - це сигнали чотирьох кіл вибірки та зберігання, що мають знижену частоту та зсув за часом й відповідають імпульсам управління 27, 28, 29 та 30, частота яких поділена в два рази відносно частоти тактових імпульсів на вході. Сигнали 39, 40, 41 та 42 - це сигнали на виході комутаторів після комутації сигналів 35, 36, 37 та 38, здійсненою за імпульсами управління 31, 32, 33 та 34, які є інвертованими імпульсами 27, 28, 29 та 30. Сигнал 43 - це сигнал, що є сумою сигналів 39, 40, 41 та 42. Він є вихідним сигналом пристрою. Сигнал 43 - це сигнал дискретизації аналогового сигналу, який не має, на відміну від сигналів без перемежування, перехідних частин, що є властивістю прототипу. На фіг. 3, для наочності, імпульси та відповідні їм сигнали пристрою позначені однаковими літерами а, … ж (аналогічних до тих, що показані на фіг. 2). Фіг. 4. Показана схема пристрою вибірки і зберігання, до якого належать епюри сигналів, що показані на фіг. 1. Показані: дільник частоти 44, два кола вибірки та зберігання 45 та 46, два комутатори 47 та 48, суматор 49 на виході пристрою. За номерами 1, … 9 показані місця, до яких належать сигнали, показані на фіг. 1. Фіг. 5. Показана схема пристрою вибірки і зберігання, до якого належать епюри сигналів, що показані на фіг. 2. Показані: дільник частоти 50, чотири кола вибірки та зберігання 51, 52, 53 та 54, чотири комутатори 55, 56, 57 та 58, суматор 59 на виході пристрою. За номерами 1, 2, 10…26 показані місця, до яких належать сигнали, показані на фіг. 2. Щодо схеми на фіг. 5, то їй відповідають також епюри на фіг. 3, але замість сигналів за номерами 10…26 будуть сигнали за номерами 27, … 43. Пункти 1 та 2 є узагальненими, а пункти 3, 4 та 5, яким відповідають фіг. 1, … 5, є їх простішою конкретизацією. Можливі інші схеми, в додаток до показаних на фіг. 4 та 5, що відповідають пунктам 1 та 2. Імпульси за номерами 3 та 4 (фіг. 1 та 4) є, по-перше, імпульсами управління колами вибірки і зберігання. По-друге, вони одноразово є імпульсами управління комутаторами, але ж - за інвертованим підключенням. Останнє є частковим випадком, обумовленим тим, що τв=τк. Можливість здійснення пристрою підтверджується тим, що він складається з частин, що є відомими. Структура пристрою, зв'язки та взаємодія його складових частин є новими. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Пристрій вибірки і зберігання, що містить коло перетворювання аналогового сигналу в послідовність дискретних відліків, який відрізняється тим, що коло перетворювання є з перемежуванням. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що коло перетворювання з перемежуванням складається з дільника частоти тактових імпульсів, вхід якого є входом тактових імпульсів пристрою, а виходи є парними, з протифазними імпульсами управління, одні з яких, з тривалістю в, - для взяття вибірок, інші, з тривалістю к, - для комутації вибірок, кожна пара імпульсів - із зсувом відносно попередньої на 360°/m, де m=1+в/к, кіл вибірки і зберігання, кількість яких дорівнює m, входи сигналів кіл є входом сигналу пристрою, а входи управління кожного кола підключені до виходів імпульсів управління дільника частоти, що є для взяття вибірок, комутаторів сигналів зберігання, кількість яких дорівнює m, входи сигналів комутаторів підключені до виходів кіл вибірки і зберігання, а входи управління комутаторів підключені до виходів імпульсів управління дільника частоти, що є для комутації вибірок, суматора, входи якого підключені до виходів комутаторів сигналів зберігання, а вихід є виходом пристрою. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з двома колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з одним парним виходом імпульсів управління, до якого протифазно підключені обидва кола вибірки і зберігання та обидва комутатори сигналів, частота імпульсів управління в два рази менша за частоту тактових імпульсів, відношення тривалості імпульсів управління в/к=1, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою дорівнює частоті тактових імпульсів на вході пристрою. 4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з чотирма колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з чотирма парними виходами імпульсів управління, до яких поодинці підключені кола вибірки і зберігання та комутатори сигналів, частота імпульсів управління в чотири рази менша за частоту тактових імпульсів, фазовий зсув кожної з пар імпульсів, відносно попередньої, дорівнює 90°, відношення тривалості імпульсів управління в кожній парі в/к=3, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою дорівнює частоті тактових імпульсів на вході пристрою. 3 UA 91234 U 5 5. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що є з чотирма колами вибірки і зберігання, його дільник частоти - з чотирма парними виходами імпульсів управління, до яких поодинці підключені кола вибірки і зберігання та комутатори сигналів, частота імпульсів управління в два рази менша за частоту тактових імпульсів, фазовий зсув кожної з пар імпульсів, відносно попередньої, дорівнює 90°, відношення тривалості імпульсів управління в кожній парі в/к=3, а частота дискретизації сигналу на виході пристрою в два рази більша, ніж частота тактових імпульсів на вході пристрою. 6. Пристрій за пп. 1, 2, 3, 4 або 5, який відрізняється тим, що є складовою частиною аналогоцифрового перетворювача. 4 UA 91234 U 5 UA 91234 U 6 UA 91234 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7