Формирователь трапецеидальных импульсов Советский патент 1984 года по МПК H03K4/06 H03K4/94 

Изобретение относится к импульсн технике и может быть использовано, например, в качестве формирователя импульсов. Известен формирователь трапецеидальных импульсов, содержащий первы и второй аналоговые ключи, повторитель напряжения, инвертор, первый и второй компараторы Г Недостатками устройства являются малый динамический диапазон работы и низкая точность. Наиболее близким к предлагаемому является формирователь трапецеидаль ных импульсов, содержащий первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, элемент сравнения, формирователь импульса, первую и вторую входные шины 2 . Недостатком устройства является малый диапазон работы устройства. Цель изобретения - расширение динамического диапазона работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в формирователь трапецеидальных импульсов, содержащий первы второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, элемент сравнени формирователь импульса, первую и вторую входные шины введены накапливающий сумматор, первый, второй элементы НЕ, блок элементов НЕ, реверсивный счетчик импульсов, дешифратор нулевого состояния, первый, второй и третий блоки элементов И, регистр сдвига, третий триггер, де литель частоты импульсов, преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с выходной шиной устройства, вход - с выходом накапливающего сумматора, вход которого соединен с выходом первого блока элементов И, первый, второй входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего блоко элементов И, первый вход второго блока элементов И соединен с выходом блока элементов НЕ, второй вход с входом первого элемента НЕ и инверсным выходом первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего блока элементов И, второй вход которого соед нен с первым входом элемента сравнения, входом блока элементов НЕ, выходом реверсивного счетчика имIпульсов, входом дешифратора нулевого состояния, выход которого соединен с входом первого триггера, первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом эл мента сравнения, а инверсный выход с первым входом первого элемента И, прямой выход - с первым входом второго элемента И, выход которого сое динен с первым входом реверсивного счетчика импульсов, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход -которого соединен с вторым входом второго элемента И и выходом делителя частоты импульсов, первый вход которого соединен с первой входной шиной, вторым входом элемента сравнения, а второй вход - с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с второй входной шиной устройства, с первым входом регистра сдвига, а второй вход - с инверсным, выходом третьего триггера, прямой выход которого соединен с входом формирователя импульса, выход которого соединен с вторым входом регистра сдвига, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства на фиг. 2, 3 и 4 - эпюры, поясняющие работу устройства. Устройство содержит первый, второй и третий элементы И 1, 2 и 3, первый и второй триггеры 4 и 5, элемент 6 сравнения, формирователь 7 импульса, первую и вторую входные шины 8 и 9, накапливающий сумматор 10, первый, второй элементы НЕ 11 и 12, блок 13элементов НЕ, реверсивный счетчик 14импульсов, дешифратор 15 нулевого состояния, первый, второй и третий блоки 16, 17 и 18 элементов И, регистр 19 сдвига, третий триггер 20, делитель 21 частоты импульсов, преобразователь 22 код-напряжение, выход которого соединен с выходной шиной устройства, вход - с выходом накапливающего сумматора 10, вход которого соединен с выходом первого блока 16 элементов И, первый, второй входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего блоков 17 и 18 элементов И, первый вход второго блока 17 элементов соединен с выходом блока 13 элементов НЕ, второй вход - с входом первого элемента НЕ 11 и инверсным выходом первого триггера 4, прямой выход которого соединен с первым входом третьего блока 18 элементов И, второй вход которого соединен с первым входом элемента 6 сравнения, входом блока 13 элементов НЕ, выходом реверсивного счетчика 14 им ульсов, входом дешифратора 15 нулевого состояния, выход которого соединен со входом первого триггера 4, первым входом второго триггера Ь, второй вход которого соединен с выходом элемента 6 сравнения, а инверсный выход - с первым входом первого элемента И 1, прямой выход - с первым входом второго элемента И 2, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика 14 импуль сов, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И 1, вто рой вход которого соединен с вторым входом второго элемента И 2 и выходом делителя 21 частоты импульсов, первый вход которого соединен с пер вой входной шиной 8, вторым входом элемента б сравнения, а второй вход с выходом третьего элемента ИЗ, первый вход которого соединен с второй входной шиной 9 устройства, с первым входом регистра 19 сдвига; а второй вход - с инверсным выходом третьего триггера 20, прямой выход которого соединен с входом формирователя импульса, выход которого сое динен с вторым входом регистра сдви га, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ, выход кото рого соединен с первым входом треть го триггера, второй вход которого соединен с вьоходом первого элемента НЕ Устройство работает следующим образом. В пределах заданной длительности трапецеидального импульса формируются два взаимно инвертированных симметричных треугольных импульса, огибающая которых аналитически может быть представлена следующим матема тическим выражением: при при О npW ( ,(1 -f(t-n-r) при 2r+i: :t :3t4-tr Y(t-2::-r)-2A при 3t-fr itffr4r / где - амплитуда импульсов треугол ной формы; . t - длительности фронтов импульсов треугольной формы; L - временной интервал между импульсами треугольной формы, характеризующий длительность плоской вершины импульса трапецеидальной формы. Огибающая, описываемая выражением (1), представлена на фиг.З. Интегрируя указанное выражение, получаем при при при гт 2Г+С при -Ttf 3f+r -АГ42Г% м(-4)д( при 1Анализируя огибающую импульса после интегрирования, видим, что передний и задний фронты образуются при помощи плавного сопряжения двух парабол, т.е. сформированный импульс представляет собой импульс трапецеидальной формы, огибающая которого представлена на фиг.4. В предлагаемом устройстве импульсы трапецеидальной формы и операция интегрирования полностью выполняются на логических элементах вычислительной техники, причем, изменяя установочный код, можно по заданной программе изменять параметры трапецеидальных импульсов. Изменение разрядности кодовых слов, подлежсццих накоплению (интегрированию) , и сопряжение их с разряжностью преобразователя код-напряжение обеспечивает получение заданной точности формирования воспроизводимых импульсов трапецеидальной . Изменение параметров воспроизводимых импульсов путем изменения установочного кода позволяет полностью исключить регулировку и унифицировать изготовление предлагаемого устройства на базе микросхем с большим коэффициентом интеграции. Плавное сопряжение фронтов с плоской вершиной обеспечивает полную нейтрализацию выбросов напряжения при условии использования предлагаемого устройства в качестве формирователей управляющих импульсов для стробирования аналоговых сигналов. Первоначально по входной шине 8 устройства выставляется коэффициент делителя 21 частоты импульсов и цифровой порог элемента б сравнения. Изменение коэффициента деления определяет крутизну фронтов импульсов треугольной формы и соответственно импульсов трапецеидальной формы. Цифровой порог элемента б сравнения определяет общее накопление логических единиц в реверсивном счетчике 14 импульсов и соответственно амплитуду воспроизводимых импульсов трапецеидальной формы. Предположим, что в исходном состоянии на прямых выходах триггера 5 (фиг. 2а.) , триггера 4 (фиг. 2) и инверсном выходе триггера 20 установлены единичные потенциалы (логические единицы), а на инверсных выходах - логический нуль (фиг. 2 5 и г) . В этом случае импульсы с заданной частотой через элемент И 3, делитель 21 частоты импульсов и элемент И 2 (фиг. 2д) поступают на вход сложения реверсивного счетчика 14 импульсов. Одновременно с поступлением логических единиц с реверсивного счетчика 14 импульсов осуществляется непрерывное считывание информации::o всех разрядов. Многоразрядные кодовые слова с выхода реверсивного счетчика 14 импульсов через блоки l8 и 16 элементов И записываются в накапливающий суглматор 10, выполняющий функции интегратора. Если в сумматоре 10 осуществляется последовательное накопление кодовых слов в пределах переднего фронта первого импульса треугольной формы, то на выходе преобразователя 22 код-напряжение и соответственно на выходе уст ройства будет сформирована парабола составляющая первую часть переднего фронта выходногоимпульса (фиг.2к). При достижении в реверсивном счетчике 14 импульсов числа, равного цифровому порогу элемента 6 сравнения (вepшк: a импульса треугольной формы) формируется на его выходе логический нуль (фиг, 2-), переключается тригге 5, закрывается для прохождения импульсов элемент И 1 и открывается элемент И 2. В этом случае импульсы начинают поступать на вход вычитания реверсивного счетчика 14 импульсов и, тем самым, начинает формироватьс задний фронт первого импульса треугольной формы. Однако кодовые слова с реверсивного счетчика 14 импульсов продолжают поступать в сумматор 10 и на выходе устройства, плавно сопр гаясь, формируется вторая парабола, которая составляет вторую часть переднего фронта воспроизводимого импульса трапецеидальной формы. При окончании формирования заднего фрон импульса треугольной формы реверсив ный счетчик 14 импульсов обнуляется на выходе дешифратора 15 нулевого состояния формируется логический нул (фиг. 2ж) , триггер 5 и триггер 4 переключается в единичное состояние и через элемент НЕ 11 на вход триггера 20 подается нулевой потенциал. Триггер 20 переключается, подается нулевой потенциал на вход элемента И 3 и формируется единичный потенциал на входе формирователя 7 импул са с вьщелением переднего фронта им .пульса на его выходе. При этом импульсы не поступают на делитель 21 частоты импульсов, содержимое ревер сивного счетчика 14 импульсов и накапливающего сумматора 10 запоминаю ся. Импульс, сформированный по перед нему фронту, с выхода формирователя 7 импульса поступает на вход регист ра 19 сдвига, в котором сдвигается с частотой, равной частоте квантования. Зная частоту квантования и .задаваясь числом разрядов регистра 19 сдвига, формируется необходимая длительность плоской вершины воспроизB6flHN5oro импульса трапецеидальной формы. Через указанный интервал времени, импульс с выхрда регистра 19 через элемент НЕ 12 переключает триггер 20 в нулевое состояние. При этом импульсы с входной шины 9 устройства через элемент И 3 посту1пают на делитель 21 частоты импуль- сов и через элемент И 1 (фиг.2е) на шину сложения реверсивного счетчика 14 импульсов, т.е. начинает формироваться передний фронт второго импульса треугольной формы. Кодовые слова с выхода реверсивного счетчика 14 импульсов через блок 13 элементов НЕ, блок 17 элементов И поступают в сумматор 10. Однако сумматор 10 в этом случае уже выполняет не накапливающую функцию, а функцию вычитания кодовых слов по тому закону, как осуществляется накопление, но в обратном порядке. Для обеспечения вычитания в сумматоре 10 в предлагаемое устройство введен блок 13 элементов НЕ, на выходе которого формируются кодовые слова в дополнительном коде. Задний фронт воспроизводимого импульса трапецеидальной формы формируется также, как и передний фронт, из двух сопряженных парабол, которые формируются по переднему и заднему фронтам второго импульса треугольной формы. После окончания формирования заднего фронта второго импульса треугольной формы заканчивается процесс формирования воспроизводимого импульса трапецеидальной формы и начинает формироваться следующий импульс. При исключении накапливающего сумматора на выходе устройства формируется импульс, показанный на фиг. 2 и. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить динамический диапазон стробируемых аналоговых сигналов путем нейтрал 1зации выбросов напряжения при коммутации сигналов за счет плавного сопряжения фронтов с плоской вершиной воспроизводимых импульсов при одновременном улучшении технологичности изготовления.

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, элемент сравнения, формирователь импульса -, первую и вторую входные шины, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона работы устройства, в него введены накапливающий сумматор,, первый, второй элементы НЕ, блок элементов НЕ, реверсивный счетчик импульсов, дешифратор нулевого состояния, первый, второй и третий блоки элементов И, регистр сдвига, третий триггер, делитель частоты импульсов, преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с выходной шиной устройства, вход - с выходом накапливающего сумматора, вход которого соединен с выходом первого блока элементов И, первый, второй входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего блоков элементов И, первый вход второго блока элементов И соединен с выходом блока элементов НЕ, второй вход - с входом первого элемента НЕ и инверсным выходом первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего блока элемен- эв И, второй вход которого соединен с первым входом элемента сравнения, входом блока элементов НЕ, выходом реверсивного счетчика импульсов, . входом дешифратора нулевого состояния, выход которого соединен с входом первого триггера, первым входом второго триггера, второй вход кото-, рого соединен с выходом элемента сравнения, а инверсный выход - с первым входом первого элемента И, прямой выход - с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика импульсов, второй вход косл торого соединен с выходом первого элемента И, второй которого соединен с вторым входом второго элемента И и выходом делителя частоты импульсов, первый вход которого соединен с первой входной шиной, вторым входом элемента сравнения, а второй вход - с выходом третьего элемента И, пербый вход ко торого соединен с второй входной шиной устройства, первым входом рео f ,гистра сдвига, а второй вход - с инверсным выходом третьего триггера, прямой выход которого соединен с Сл входом формирователя импульса, выход которого соединен с вторым входом регистра сдвига, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ.