DE4110946A1

DE4110946A1 - Analog-/digital-konvertierungssystem mit verbesserter aufloesung

Info

Publication number: DE4110946A1
Application number: DE4110946A
Authority: DE
Inventors: Marcello Boella; Giampaolo Dian
Original assignee: Marelli Autronica SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1991-10-10
Also published as: IT9067251A1; GB9107023D0; IT1240168B; GB2242798A; IT9067251A0; FR2660815A1; FR2660815B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Analog-/Digital-Konvertierungssystem und insbesondere auf ein System umfassend:

- einen Eingang für ein analoges Signal, das in ein digitales gewandelt werden soll, und
- einen Analog/Digital-Wandler eingerichtet, um ein seinem Eingang zugeführtes Signal bei einer festgelegten Abtastfrequenz abzutasten und um eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit festgelegtem Quantisierungsbereich oder -band zu erzeugen.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Analog-/Digital- Konvertierungssystem mit verbesserter Auflösung zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird das Problem durch Mittel eines Analog-/Digital- Konvertierungssystem der zuvor beschriebenen Art gelöst, dessen wesentliches erfinderisches Charakteristikum darin liegt, daß das System ferner umfaßt:

- einen Generator zum Erzeugen eines periodischen Signals mit einer Frequenz niedriger als die Abtastfrequenz und einer Spitze-Spitze-Amplitude zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs des Analog-/Digital-Konverters und
- Mittel zur Überlagerung des von dem Generator gelieferten periodischen Signals über das am Eingang angelegte analoge Signal und zum Anlegen des resultierenden Signals an den Eingang des Analog-/Digital-Konverters.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der das periodische Signal erzeugende Generator vorzugsweise ein Dreieckwellensignalgenerator.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der detaillierten Beschreibung deutlich, die nachstehend unter Bezugnahme der Zeichnungen folgt, die nur als nicht einschränkendes Beispiel zu verstehen sind.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Analog-/Digital- Konvertierungssystems gemäß der Erfindung verdeutlicht und

Fig. 2 eine Reihe von erläuternden Graphen, die nützlich für das Verständnis sind, wie das erfindungsgemäße System arbeitet.

Gemäß Fig. 1 hat ein allgemein mit dem Bezugszeichen (1) versehenes Analog-/Digital- Konvertierungssystem nach der Erfindung einen Eingang (2) für ein analoges Signal, das in digitale Form konvertiert werden soll, und einen Mehrleiterausgang (3), von dem die digitale Darstellung der abgetasteten Werte des Signals abgegeben werden.

Das System umfaßt einen Analog-/Digital-Konverter (4) bekannter Bauart, so z. B. eines Sägezahn-(single-slope) oder eines Gegenkopplungstyps. Im Betrieb tastet der Analog-/Digital-Konverter (4) ein seinem Eingang zugeführtes analoges Signal ab, und zwar bei einer Abtastfrequenz f_c (z. B. 5 kHz), die von einem Oszillator (5) gesetzt ist, und erzeugt eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit einem festgelegten Quantisierungsbereich oder -band.

Ein mit dem Bezugszeichen (6) versehener Generator erzeugt ein periodisches Signal mit einer Frequenz f, die niedriger als die Abtastfrequenz f_c ist und die eine Spitze- Spitze-Amplitude von zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs des Analog-/Digital-Konverters (4) besitzt. Der Generator (6) ist z. B. ein Generator bekannter Bauart, der ein Dreieckwellensignal, vorzugsweise - jedoch nicht notwendigerweise - mit einem Nullmittelwert erzeugt.

Das durch den Generator (6) bereitgestellte Signal wird dem dem Eingang (2) zugeführten Signal an einen Knoten oder Addierer (7) überlagert und das resultierende Signal wird an den Eingang des Konverters (4) angelegt.

Der Ausgang des Konverters (4) ist mit einer Speichereinrichtung (8) verbunden, die geeignet ist, die durch den Konverter (4) zugeführten digitalen Werte innerhalb eines Zeitintervalls vorher festgesetzter Dauer zu addieren. Die Einrichtung (8) kann z. B. Speicher und Addierer zum Halten - zu jedem Zeitpunkt - der letzten n digitalen Werte entsprechend der abgetasteten letzten n analogen Werte und zur Ausgabe einer Angabe der Summe oder des Mittelwertes dieser letzten n digitalen Werte umfassen.

Das Überlagern des periodischen Signals, das von dem Generator (6) zugeführt wird, auf das analoge Signal, das in eine digitale Form konvertiert werden soll, verbessert die Auflösung der Konvertierung wie es nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 weiter erläutert wird.

Fig. 2 zeigt rein beispielhaft eine Kurve (A) eines analogen Signals, das an den Eingang (2) des Konvertierungs- oder Umwandlungssystems (1) angelegt ist. Der Quantisierungsbereich des Analog-/Digital-Konverters (4) ist mit (Q) angegeben. Der Teil des in Fig. 2 gezeigten Signals (A) fällt vollständig in einen gewissen Quantisierungsbereich, von dem angenommen wird, daß er dem digitalen Wert "100" zugeordnet ist. Wenn das dargestellte Signal (A) an den Eingang des Konverters (4) angelegt ist, wird der Konverter (4) jeweils das Signal "100" ausgeben, da die Änderung des Signals mehr eingeschränkt ist als die Amplitude des Quantisierungsbereichs (Q), so daß das Signal nicht die benachbarten Quantisierungsbereiche kreuzt.

Eine Kurve (B) des periodischen (Dreieckwellen) Sinals ausgegeben vom Generator (6) ist rein beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Die Frequenz f=1/T des Signals ist niedriger als die Abtastfrequenz f_c des Konverters (4) und ist z. B. ungefähr 1/32 der Frequenz f_c. Die Spitze-Spitze-Amplitude des Signals B - in Fig. 2 mit (a) angezeigt - ist (mindestens) gleich der Amplitude des Quantisierungsbereichs (Q).

Weiterhin unter Bezugnahme zu Fig. 2 wird erkennbar, daß der Mittelwert des Signals A+B daher der Kurve des Signals A folgt. Das Signal A+B ist nicht vollständig innerhalb des Quantisierungsbereichs enthalten, in dem das Signal A verbleibt (im dargestellten Beispiel), jedoch, für ein Zeitintervall t₁, gelangt es in den darüberliegenden Bereich oder das Band, das dem digitalen Wert "101" zugeordnet ist, kreuzt diesen also, und für ein Zeitintervall t₂ gelangt es in den darunterliegenden Bereich oder das Band, das dem digitalen "011" zugeordnet ist.

Im Betrieb wandelt daher der Konverter (4) in dem Konvertierungssystem (1) das Signal A+B in eine digitale Form um. Weiterhin unter Bezugnahme auf die rein beispielhafte Darstellung der Fig. 2 wird erkennbar, daß dann, wenn das an den Eingang (2) angelegte Signal die mit A in Fig. 2 angegebene Kurve annimmt, der Konverter (4) nicht länger immer den Wert "100" ausgibt, sondern:

- vor dem Zeitintervall t₁ wird der Wert "100",
- während des Zeitintervalls t₁ wird der Wert "101",
- zwischen den Zeitintervallen t₁ und t₂ wird der Wert "100",
- während des Zeitintervalls t₂ wird der Wert "011" und
- nach dem Intervall t₂ wird der Wert "100" wieder

zur Verfügung gestellt.

Es wird aus den zuvor wiedergegebenen Erläuterungen deutlich, daß als Ergebnis der Überlagerung des Signals B auf das Signal A die von dem Konverter (4) ausgegebenen Werte eine wiedergabentreuere Darstellung des Verhaltens des Signals A, das in eine digitale Form gewandelt werden soll, bilden und daher eine bessere Auflösung erreichen als die Darstellung, die bei einem unmittelbaren Eingeben des Signals A an den Eingang des Konverters (4) erzeugt werden würde.

Das periodische Signal, das dem in digitale Form zu konvertierenden analogen Signal überlagert wird, muß nicht notwendigerweise einen Nullmittelwert haben; ein Mittelwert anders als 0 bewirkt nur das Auftreten einer konstanten Komponente, d. h. eines konstanten "Offset"-Wertes in den von dem Konvertierungssystem abgegebenen Werten, der leicht in bekannter Weise eliminiert werden kann.

Ungeachtet dessen können die von dem Analog-/Digital-Konverter des erfindungsgemäßen Systems abgegebenen Signale auf andere als der gezeigten Weise gehandhabt werden, um Mittelwerte der Menge der Signale oder Untergruppen davon in konventioneller mathematischer Technik zu extrahieren.

Selbstverständlich bleibt das Prinzip der Erfindung das gleiche, wobei die Ausführungsformen und Details des Aufbaus in bezug auf die beschriebenen und dargestellten rein als nicht beschränkendes Beispiel verändert werden können, ohne daß hierdurch der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Ein Analog-/Digital-Konvertierungssystem umfassend:
einen Eingang (2) für ein in eine digitale Form umzuwandelndes analoges Signal (A),
einen Analog-/Digital-Konverter (4) ausgelegt um seinem Eingang zugeführte Signale bei einer festgelegten Abtastfrequenz (f_c) abzutasten und um eine digitale Darstellung der abgetasteten Werte in einem vorher festgesetzten Code mit einem festgelegten Quantisierungsbereich oder -band zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß das System ferner umfaßt:
einen Generator (6) zum Erzeugen eines periodischen Signals mit einer Frequenz (f) niedriger als die Abtastfrequenz (f_c) und einer Spitzen-Spitzen-Amplitude (a) von zumindest gleich der Amplitude des Quantisierungsbereich (Q) des Analog-/Digital-Konverters (4), und
Mittel (7) zur Überlagerung des von dem Generator (6) bereitgestellten periodischen Signals (B) auf das an den Eingang (2) aufgelegte analoge Signal (A) und Anlegen des resultierenden Signals (A+B) an den Eingang des Analog-/Digital-Konverters (4).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System ferner Speichermittel (8) zum Addieren der durch den Konverter (4) bereitgestellten digitalen Werte innerhalb eines Zeitintervalls festgelegter Dauer umfaßt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (6) derart ausgelegt ist, daß ein periodisches Signal (B) mit einem Nullmittelwert erzeugbar ist.

4. System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (6) ein Dreieckwellensignalgenerator ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (8) Speicher- und Addiereinrichtungen umfassen, die geeignet sind, zu jedem Moment die letzten n digitalen Werte zu halten, die den letzten n abgetasteten analogen Werte entsprechen, und um eine Angabe der Summe oder eines Mittelwertes der letzten n digitalen Werte abzugeben, wobei n eine festgelegte ganze Zahl ist.