ЦИФРОВОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК H03K7/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах передачи информации, а также ключевых усилителях мощности.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой модулятор (см. а. с. СССР N 1644371, опубл. в БИ N 15, 1991 г.), содержащий генератор прямоугольных импульсов, два счетчика, счетный триггер, триггер знака, три элемента ИЛИ, три триггера, инвертор, шесть элементов И, два мультиплексора, два формирователя импульсов, элемент И-НЕ, схему ограничения и схему сброса.

Недостатком наиболее близкого цифрового широтно-импульсного модулятора является сложность его технической реализации.

Сущность изобретения заключается в том, что в цифровом широтно-импульсном модуляторе, содержащем генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, счетный триггер, триггер знака, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый и второй триггеры, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй мультиплексоры, формирователь импульсов, элемент И-НЕ, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом счетного триггера, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным входами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета второго счетчика, разрядные входы которого соединены с выходом схемы ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, разрядные входы первого счетчика соединены с общей шиной, а выход - с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчика и входом инвертора, выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента И, прямой выход первого триггера соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, а инверсный выход - со вторым входом первого и первым входом второго мультиплексоров, прямой выход триггера знака соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента И-НЕ и первыми входами третьего и четвертого элементов И соответственно, выход элемента И-НЕ соединен с первым входом второго триггера, инверсный выход которого соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход схемы сброса соединен со вторыми входами первого элемента И и второго триггера, выход второго счетчика соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход первого элемента И соединен со вторыми входами второго элемента И и первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого и вторым входом второго мультиплексоров, выход второго элемента И соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с четвертыми входами первого и второго мультиплексоров.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить конструкцию цифрового широтно-импульсного модулятора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового модулятора, на фиг. 2 - функциональная схема схемы ограничения, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Цифровой широтно-импульсный модулятор (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы 6, 7 и 8 ИЛИ, триггеры 9 и 10, инвертор 11, элементы 12, 13, 14 и 15 И, мультиплексоры 16 и 17, формирователь 18 импульсов, элемент 19 И-НЕ, схему 20 ограничения, схему 21 сброса, выходные шины 22 и 23, входную шину 24, шину 25 знака. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен с первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ, а также с входом счетного триггера 4. Выход счетного триггера 4 соединен со счетным входом счетчика 2, разрядные входы которого соединены с общей шиной. Вторые входы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 5 знака, первый вход которого соединен с выходом инвертора 11, а второй вход соединен с шиной 25 знака. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета счетчика 3, разрядные входы которого соединены с выходом схемы 20 ограничения. Разрядные входы схемы 20 ограничения соединены с входной шиной 24, а знаковый вход - с шиной 25 знака. Выход счетчика 2 соединен с первым входом элемента 12 И. Выход элемента 8 ИЛИ соединен с первым входом элемента 13 И. Прямой выход триггера 9 соединен с первым входом элемента 8 ИЛИ, первым входом мультиплексора 16 и вторым входом мультиплексора 17. Инверсный выход триггера 9 соединен с первым входом мультиплексора 17 и вторым входом мультиплексора 16. Прямой выход триггера знака соединен с третьими входами мультиплексоров 16 и 17, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента 19 И-НЕ и первыми входами элементов 14 и 15 И, соответственно. Выход элемента 19 И-НЕ соединен с первым входом триггера 10, инверсный выход которого соединен со вторыми входами элементов 14 и 15 И. Выход схемы сброса соединен со вторыми входами элемента 12 И и триггера 10. Выход счетчика 3 соединен со вторым входом элемента 8 ИЛИ. Выход элемента 12 И соединен с входом инвертора 11, а также с входами записи информации счетчиков 2 и 3 и вторыми входами триггера 9 и элемента 13 И. Выход элемента 13 И соединен с входом формирователя 18 импульсов, выход которого соединен с четвертыми входами мультиплексоров 16 и 17. Выходы элементов 14 и 15 И соединены соответственно с выходными шинами 22 и 23.

Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме 155 ЛА3 с кварцевой стабилизацией или с времязадающим конденсатором. Счетчики 2 и 3, например, на микросхемах К555ИЕ7, счетный триггер 4, триггер 5 знака и триггеры 9 и 10 могут быть выполнены на микросхемах К555ТМ2. Элементы 6, 7 и 8 на микросхеме К555ЛЛ1, элементы 12, 13, 14 и 15 на микросхеме К555ЛИ1. Элемент 19 И-НЕ может быть выполнен на микросхеме К555ЛА3, а формирователь импульсов - К555АГ3. Мультиплексоры могут быть выполнены на микросхеме К531КП2.

Схема 20 ограничения (фиг. 2) содержит, например, группу 26 элементов ИЛИ, группу 27 элементов И, элемент 28 И-НЕ, элементы 29 и 30 ИЛИ, элемент 31 ИЛИ-НЕ и инвертор 32.

В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, n-разрядные входы шины 24 разбиваются на две группы: с 1 до (n-m) и с (n-m+1) до n, причем m<n. Первая группа разрядов - с 1 до (n-m) соединена с первыми входами группы 26 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 27 элементов И, выходы которых являются (n-m) младшими разрядами выхода схемы 20 ограничения. Вторая группа разрядных входов шины 24 - c (n-m+1) по n - являются соответствующими разрядами выхода блока 20 ограничения. Они соединены с m входами элемента 28 И-НЕ и элемента 29 ИЛИ. Выход элемента 28 И-НЕ соединен с первым входом элемента 30 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы 27 элементов И. Выход элемента 29 ИЛИ соединен с первым входом элемента 31 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 32, а выход - со вторыми входами группы 26 элементов ИЛИ. Второй вход элемента 30 ИЛИ и вход инвертора соединены с шиной 25 знака.

Схема 21 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывод сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 21 сброса.

Цифровой широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.

После включения напряжения питания схема 21 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние триггеры 9 и 10, стробирует через элемент 12 И счетчики 2 и 3, а также через инвертор 11 - триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 20 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или дополнительном (при отрицательном знаке сигнала) коде в счетчик 3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5 знака.

В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой f₀ (фиг. 3,а) проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный), либо элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход прямого счета, либо на вход обратного счета счетчика 3. В зависимости от величины N мантиссы входного сигнала на выходах переноса счетчика 3 через промежуток времени

где n - количество разрядов двоичного счетчика;
N - мантисса входного числа,
после начальной установки (стробирования) появится отрицательный импульс (фиг. 3,б).

Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 3, пройдя через элемент 8 ИЛИ, поступает на вход установки триггера 9. При этом на инверсном выходе триггера 9 появляется сигнал низкого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 17 и на второй вход мультиплексора 16, а на прямом выходе триггера 6 появляется сигнал высокого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 16, второй вход мультиплексора 17 и на второй вход элемента 8 ИЛИ. Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают также на вход счетного триггера 4, который производит деление частоты f₀ на 2. Прямоугольные импульсы с частотой (фиг. 3,в) со счетного триггера 4 поступают на счетный вход счетчика 2. На выходе переноса счетчика 2 через промежуток времени

после начальной установки появляется отрицательный импульс (фиг. 3,г), который, пройдя через элемент 12 И, поступает на вход сброса триггера 9 и возвращает его в исходное состояние.

Отрицательный импульс с выхода счетчика 2 через элемент 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и через инвертор 11 - триггер 5 знака, после чего процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3, триггера 9, мультиплексоров 16 и 17 и элементов 14 и 15 И повторяется. При положительном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит сигнал с прямого выхода триггера 9 (фиг. 3,д), а на выход мультиплексора 18 - с инверсного выхода триггера 9. При отрицательном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит сигнал с инверсного выхода триггера 9, а на выход мультиплексора 18 - с прямого выхода триггера 9. В результате на выходных шинах 22 и 23 (фиг. 3,ж,з) цифрового широтно-импульсного модулятора при любом знаке входного сигнала получается прямая и инверсная широтно-модулированные последовательности импульсов скважностью

Элемент 13 И и формирователь 18 импульсов служат для формирования раздвижки фронтов прямой и инверсной широтно-модулированных последовательностей, что необходимо для защиты широтно-импульсного преобразователя, в составе которого предполагается работа модулятора, от сквозных токов при переключении транзисторов. Это достигается тем, что при переключении триггера 9 сигнал (фиг. 3,е) формирователя 18 импульсов блокирует работу мультиплексоров 16 и 17. При этом на выходе мультиплексоров 16 и 17, а также на выходе элементов 14 и 15 И и, соответственно, на выходных шинах 22 и 23 появляется сигнал низкого уровня длительностью равный длительности выходного импульса формирователя 18.

Элемент 19 И-НЕ и триггер 10 служат для защиты широтно-импульсного преобразователя от возможных сбоев. При появлении сигналов высокого уровня одновременно на выходах мультиплексоров 16 и 17 на выходе элемента 19 И-НЕ появляется сигнал низкого уровня, который устанавливает на выходе триггера 10 сигнал низкого уровня. При этом происходит блокировка элементов 14 и 15 И и на выходных шинах 22 и 23 модулятора появляется сигнал низкого уровня.

Схема 20 ограничения предназначена для ограничения на определенном уровне входного сигнала с целью исключения возможности опрокидывания широтно-импульсной модуляции.

Таким образом, предложенный цифровой широтно-импульсный модулятор обеспечивает те же функции, что и прототип, при значительном упрощении устройства.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах передачи информации, а также ключевых усилителях мощности. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции устройства. Указанный модулятор содержит генератор прямоугольных импульсов, два счетчика, четыре триггера, инвертор, два мультиплексора, формирователь импульсов, схему ограничения, схему сброса, три элемента ИЛИ, четыре элемента И, элемент И-НЕ, две входные, выходную и шину знака. 3 ил.

Цифровой широтно-импульсный модулятор, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, счетный триггер, триггер знака, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый и второй триггеры, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй мультиплексоры, формирователь импульсов, элемент И - НЕ, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом счетного триггера, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета второго счетчика, разрядные входы которого соединены с выходом схемы ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, разрядные входы первого счетчика соединены с общей шиной, а выход - с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков и входом инвертора, выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента И, прямой выход первого триггера соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, а инверсный выход - со вторым входом первого и первым входом второго мультиплексоров, прямой выход триггера знака соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента И - НЕ и первыми входами третьего и четвертого элементов И соответственно, выход элемента И - НЕ соединен с первым входом второго триггера, инверсный выход которого соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход схемы сбора соединен со вторыми входами первого элемента И и второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходными шинами, отличающийся тем, что выход второго счетчика соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, вход первого элемента И соединен со вторыми входами второго элемента И и первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого и вторым входом второго мультиплексоров, выход второго элемента И соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с четвертыми входами первого и второго мультиплексоров.