Повышение эффективности высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей за счет введения блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений

новится меньше, чем аналогичная характеристика для АПВ 2 А. Проведенные исследования позволили сделать вывод, что это будет сказываться на некотором ухудшении динамических характеристиках НССЗ, в частности может привести к некоторому увеличению времени начального захвата сложного сигнала для такой системы по отношению к АПВ 2 А с корреляцией по огибающей. Данный результат вполне закономерен и является естественной платой за повышение точности отслеживаемого параметра в стационарном режиме работы. Однако минимизация СКО слежения является более важным фактором с точки зрения повышения помехоустойчивости приема ШПС в целом.

Литература

1. Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. М., 2000.

2. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др; Под ред. Г.И. Тузова. М., 1985.

3. Шилов А.И. и др. Методы и алгоритмы обработки сигналов в аппаратуре спутниковой навигации при воздействии помех // Радиотехника. 2005. № 7.

4. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. М., 1986.

5. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь: Пер. с англ./ Под ред. В.В. Маркова. М., 1979.

6. Стиффлер Дж. Теория синхронной связи: Пер. с англ. М., 1975.

Ставропольский военный институт связи ракетных войск 15 ноября 2006 г.

УДК 621.3.084.2

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ БЛОКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАКА И ИНВЕРТИРОВАНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

© 2007 г. В.Я. Хорольский, С.Н. Бондарь, М.С. Бондарь

В настоящее время известно большое число методов преобразования напряжение - код [1]. Эти методы существенно отличаются друг от друга скоростью преобразования, сложностью аппаратной реализации, потенциальной точностью.

Несомненными лидерами в первых двух номинациях выступают параллельные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Например, восьмиразрядный преобразователь типа MAX 104 позволяет получить 1 млрд отсчетов в секунду. Он содержит 255 компараторов и 256 согласованных резисторов, его потребляемая мощность около 4 Вт, а стоимость - сотни долларов США [2].

Лучшими по потенциальной точности являются последовательные сигма-дельта АЦП. Например, 24-разрядный сигма-дельта АЦП AD 7789 позволяет получить 16,6 отсчетов в секунду, его потребляемая мощность равна 0,4 Вт, а стоимость - единицы долларов США.

Стремление совместить достоинства обоих типов АЦП привело к разработке последовательно-параллельных АЦП, в частности конвейерных АЦП. Так, 12-разрядный АЦП ADC 12281 выполняет до 20 млн отсчетов в секунду.

То есть повышение точности преобразования, обусловленное добавлением четырех разрядов по сравнению с параллельным АЦП, сопровождается пятидесятикратным снижением быстродействия (один

добавочный разряд приводит к десятикратному снижению быстродействия).

Вместе с тем проведенные авторами исследования показали, что одним из наиболее оптимальных путей повышения эффективности высокоскоростных АЦП, используемых для преобразования двухполярных сигналов, может служить введение в состав схемы АЦП блока определения знака и инвертирования отрицательных напряжений (БОЗиИОН), при одновременной замене двухполярного АЦП однополярным АЦП (ОАЦП).

Структурная схема устройства АЦП при этом примет вид, показанный на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема устройства АЦП

Структурная схема БОЗиИОН приведена на рис. 2. Он содержит: АК 1 и АК 2 - первый и второй аналоговые ключи; ИУПТ - инвертирующий усилитель постоянного тока; Ком - компаратор; Инв - инвертор.

^БОЗиИОН

1 выход

ИУПТ АК1

/

Ком Инв

АК2

2 выход ->

- на первом выходе БОЗиИОН (выход М,нак АЦП) формируется код знака полярности входного сигнала;

- сигнал со второго выхода БОЗиИОН, уровень напряжения которого соответствует модулю мгновенного значения амплитуды преобразуемого сигнала, поступает на вход однополярного АЦП и подвергается аналого-цифровому преобразованию.

Рис. 2. Структурная схема БОЗиИОН

Блок определения знака и инвертирования отрицательных напряжений работает следующим образом. Компаратор, в зависимости от полярности входного сигнала, формирует положительный или отрицательный порог, играющий роль знакового разряда - логической единицы или нуля, поступающих на второй выход БОЗиИОН (выход Жзнак. устройства АЦП), а также управляющего воздействия, поступающего на первый аналоговый ключ через инвертор и на второй аналоговый ключ непосредственно, обеспечивая взаимообратные состояния первого и второго аналоговых ключей.

В случае поступления на вход БОЗиИОН сигнала положительной полярности:

- компаратор формирует положительный потенциал;

- на первый выход БОЗиИОН поступает логическая единица;

- второй аналоговый ключ переводится в открытое состояние, первый - в закрытое;

- входной сигнал транслируется на второй выход БОЗиИОН.

В случае поступления на вход БОЗиИОН сигнала отрицательной полярности:

- компаратор формирует отрицательный потенциал;

- на первый выход БОЗиИОН поступает логический ноль;

- второй аналоговый ключ переводится в закрытое состояние, первый - в открытое;

- входной сигнал, инвертированный инвертирующим усилителем постоянного тока, подается на второй выход БОЗиИОН.

То есть БОЗиИОН определяет знак (полярность) напряжения входного сигнала и формирует его модуль (рис. 3), транслируемый далее с единичным коэффициентом передачи.

В целом устройство АЦП работает следующим образом. Сигнал, поступающий на вход устройства АЦП (БОЗиИОН), подвергается анализу, в результате которого:

б

Рис. 3. Формирование модуля сигнала: а - сигнал на входе; б - сигнал на втором выходе

На выходе однополярного АЦП (выходы Ымоя АЦП) формируется код, несущий информацию о модуле мгновенного значения амплитуды преобразуемого сигнала.То есть введение БОЗиИОН в состав «-разрядного устройства АЦП, предназначенного для аналого-цифровой обработки двухполярных сигналов и сигналов отрицательной полярности, эквивалентно:

а) введению п плюс первого разряда (увеличению выходной кодограммы на один разряд), а значит, увеличению точности аналого-цифрового преобразования;

б) упрощению устройства АЦП (в пересчете на один разряд), так как вес старшего разряда у высокоскоростных параллельных АЦП составляет 2п-1 компаратора, например, в случае 8-разрядного АЦП это составит 127 компараторов;

в) снижению энергопотребления устройством АЦП (в пересчете на один разряд), причем, в случае параллельных АЦП, практически вдвое;

г) двукратному снижению быстродействия - против десятикратного (в пересчете на один разряд), как в случае последовательно-параллельных АЦП.

Задержка, вносимая БОЗиИОН, определяется прежде всего задержкой, создаваемой инвертирующим усилителем постоянного тока, а именно, временем нарастания его выходного сигнала (например, сверхскоростной усилитель АЭ8009 характеризуется скоростью нарастания выходного сигнала 5500 В/мкс,

а

t

ТЖ3001 - 6500 В/мкс [3]). Иначе говоря, задержка, вносимая БОЗиИОН, выполненном на современной элементной базе, исчисляется долями нс.

Новизна положений, которые нашли отражение в статье, подтверждается полученным авторами положительным решением на выдачу патента № 2006119107/22(020759) от 03.07.2006.

Литература

1. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи: Справочник СПб., 2003.

2. Волович Г.И., Ежов В.Б. Микросхемы АЦП и ЦАП. М., 2005.

3. Волович Г.И. Широкополосные интегральные усилители Мйр://%^№.РЬЛТЛКга^Ьеш^Шг27-1 sx.pdf.

Ставропольский военный институт связи ракетных войск 15 ноября 2006 г.

УДК 62-52

МЕТОД ФОРМАЛИЗАЦИИ ЗАДАЧ ПОИСКА НЕИЗБЫТОЧНЫХ СТРУКТУР © 2007 г. А.Ю. Аликов, Н.А. Морозова, М.П. Шестаков

Метод формализации (МФ) задач поиска простых (неизбыточных) структур в процессе синтеза систем управления включает в себя систему понятий и их математических определений, обеспечивает возможность учета сложности структуры системы. В математической постановке задачи ее синтеза выполняет классификацию задач систем управления. Исследуются задачи нахождения структуро-неизбыточных решений. В рамках предложенной классификации выделяются типовые задачи, с одной стороны, отражающие широкий круг содержательно различных структур систем управления, и, с другой стороны, являющиеся достаточно просто разрешимыми в смысле возможно -сти построения эффективных численных методов их решения.

Неизбыточной, или простой, структурой будем называть допустимую структуру а, для которой невозможно указать допустимую структуру Ь, элементы которой являются подмножеством набора элементов структуры а. Это определение выражается формулой

а ^ (а е^э ) & (3 Ь е&д : Ь с а).

В общем случае неизбыточной, или простой, структурой можно считать допустимую структуру, которую нельзя упростить, не нарушив при этом условий ее допустимости. Данное определение может уточняться различным образом, в частности, в зависимости от того, как формализуется понятие сложности структуры.

Уточним понятие простой структуры следующим образом.

Неизбыточной, или простой, структурой будем называть допустимую структуру а, для которой невозможно указать допустимую структуру Ь, элементы которой являются подмножеством набора элементов структуры а.

Данное определение математически выражается следующей формулой

а ейп ^ (а еАа )&(ЗЬ ей3 : Ь с а),

где Q i - множество простых структур, a, b - структуры, представленные наборами соответствующих им элементов.

Учитывая сделанное выше определение МФ, правила сравнения сложности можно записать так:

aeQn ^ (aeQ3)&(3beQ3 :b^a).

Иными словами, простой (неизбыточной) является структура, в которой не может быть исключен ни один из ее элементов при соблюдении условий ее допустимости.

Таким образом, простая структура определяет набор элементов, присутствие которых в структуре синтезируемого объекта необходимо и достаточно для достижения поставленной цели - выполнения системы условий, определяющих допустимость решения.

Учитывая, что в данном случае используется правило МФ сравнения сложности, далее будем считать, что синонимами терминам «простой набор», «простая структура» являются термины «МФ набор», «МФ структура».

Минимальной структурой будем называть допустимую структуру, в которой число составляющих ее элементов минимально среди всех допустимых структур. То есть минимальной является такая допустимая структура а, для которой невозможно указать допустимую структуру b, число элементов которой меньше числа элементов структуры а. Данное определение математически выражается следующей формулой:

a ^ (a eQ3 ) & (3b eQ3 : card (b) < card (a)) или a ейм ^ (a eQ3 )&(3b eQ3 : bnyia),

где Q м - множество минимальных структур, а, b -структуры, представленные наборами соответствующих им элементов. Очевидно, минимальная структура всегда принадлежит множеству простых структур и является частным случаем простой структуры.