Способ преобразования кода в постоянный сигнал Советский патент 1986 года по МПК H03M1/66 

1 1

Изобретение относится к технике преобразования цифровых величин в аналоговые, может быть использовано в высокоточных калибраторах напряжения, цифровых измерительных приборах и системах и является дополнительным к основному авт.св. № 836791.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - амплитудно-временные диаграммы, его поясняюЕцие на фиг. 3 - пример выполнения .-преобразователя кода в управляющие широтно-импульсные сигналы.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов образцовой частоты преобразователь 2 кода в управляющие широтно-импульсные сигналы,источник 3 образцового напряжения, блок 4 переключателей , сумматор 5, фильтр 6 нижних частот (ФНЧ), шину 7 выходного постоянного сигнала, шины 8 и 9 соответственно входного преобразуемого кода и входного сигнала записи кода, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, переключатель 11 и фильтр 12 верхних частот (ФВЧ), выполненный на резисторах с сопротивлениями R, и R и конденсаторе емкостью С.

Выход генератора 1 соединен с импульсным, входом преобразователя 2,п-информационных входов которого связаны шиной 8 преобразуемого кода, а m выходов соединены с m управлякхдими входами блока 4 переключателей, один из аналоговых входов которого подключен к выходу положительного напряжения источника 3, а второй связан с общей шиной устройства, при этом m аналоговых выходов блока А переключателей соединены с m входами сумматора 5, (т-И)-й вход которого связан с выходом ФВУ 12, а выход соединен со входом ФНЧ 6, вьпсод которого является выходной шиной 7. Входная шина 9 подключена к входгш записи преобразователей 2 и ЦАП 10, n-f -ин юрмадионных входов которого связаны с шиной 8, а вход образцового напряжения соединен с выходом отрицательного напряжения источника 3 и однкм из аналоговых входов переключателя 11, другой вход которого соединен с общей шиной устройства, а управляющий вход переключателя

708962

11 подключен к () выходу преобразователя 2, при этом выход переключателя 11 и выход ЦАП 10 через соответствующие резисторы ФВЧ 12 связаны

5 с выводом конденсатора С, другой вывод которого является выходом ФВЧ 12.

Генератор генерирует.импульсы образцовой частоты f и может быть построен по схеме м ультивибратора с

О кварцевой стабилизацией частоты. При использовании микросхем серии К155 генератор будет содержать 3 инвертора, например К155ЛН1 (1/2 корпуса). Преобразователь 2 формирует вре15 манные параметры m последовательностей широтно-импульсных сигналов (ШИС): длительность импульсов t, пропорциональную коду N, период Т, пропорциональный коду N, и сдвиг

20 последовательностей друг относительно друга на величину Т/т, а также временные параметры ()-й последовательности: длительность импульса t, пропорциональную (п-Р) младшим

25 разрядам кода N, период Т/т и начало .импульсов, совпадающее с началом пе-, риодов кТ/т, где k О, 1, 2,... Причем Г - число старших . разрядов п-разрядного кода в соот30 ветствуклцей системе счисления а, необходимых для формирования m последовательностей.

Преобразователь 2 может быть реализован, например, при а 2 по схе35 ме, приведенной на фиг. 3, содержащей два двоичных (n-f)-разрядных вычитающих счетчика 13 к 14, двй двоичных Р-разрядных вычитающих счетчика 15 и 16, два стробируемых дешиф ратора 17 и 18 двоичного кода в гаразрядный единичный последовательньй код, (т-ь1) RS-триггеров 19, выходы KOTOfftix являются выходами преобразователя 2.

Счетчик 15 и дешифратор 17 представляют собой распределитель коротких импульсов (длительностью l/fj,) с предварительной установкой в нуль, , задающей начало импульсов m последо50 вательностей и их сдвиг друг относительно друга на величину Т/т, определяемый моментами появления импульсов переполнения счетчика 13, которьм также предварительно обнуляется

55 сигналом по шине Запись. Распределитель импульсов на счетчике 16 и дешифраторе 18 с предварительной установкой в состояние, определяемое

значением f старших разрядов преобразуемого п-разрядного кода N,формирует окончания импульсов m последовательностей и их сдвиг друг относительно друга на величину Т/т. Поскольку импульсы переполнения счетчика 14 следуют с тем же периодом Т/т, но сдвинуты относительно выходных импульсов счетчика 13 на величину t,, , определяемую (n-f) младшими разрядами предварительно записанного в счетчике 14 кода N, то сигналы окончания длительности импульсов m последовательностей на выходах дешифратора 18, относительно одноименных выходов дешифратора 17, появятся через время t, пропорциональное значению кода N. Таким образом, RS-триггеры 19.1..., 19.m формируют m последовательностей ШИС, а RS-триггер 19 (т+1)-ю последовательность ШИС.

ФВЧ 12 суммирует постоянное напряжение с выхода ЦАП 10 и широтно-импульсное - с выхода переключателя 11 с помощью резисторов, величина и тип которых должны быть теми же, что и в сумматоре 5. Конденсатор осуществляет дальнейшее отделение постоянной составляющей от (т+1)-й последовательности ШИС.

Способ преобразования кода в постоянньй сигнал иллюстрируется работой устройства.

По импульсу записи, поступающему на шину 9, п-разрядный преобразуемый код N, установленный к этому моменту времени на шине 8, записывается в преобразователь 2, ad, следующих за 1 разрядами, младшргх разрядов кода N записываются в регистр ЦАП 10, причем . Преобразователь 2 совместно с генератором 1 формирует временные параметры m последовательностей ШИС, поступающих с mего выходов на m управляющих BXOдов блока переключателей,с mвыходов которого m последовательностей ШИС с образцовой амплитудой импульсов Е, поступают в сумматор 5, на выходе которого напряжение имеет вид, показанньй.на фиг. 2, а. Выходное напряжение сумматора с единичным коэффициентом передачи по каждому входу при отсутствии (т+1)-й последовательности и в установившемся режиме U (фиг. 2, а) имеет постоянную состав.ляющую, равную

° /-ТИ-/

и импульсную составляющую с амплитудой импульсов Е„, периодом Т/га, длительностью импульсов

t« - ent

Ч

tn

и средним значением и..„ Е. .

ср о J y-fp

Переключатель 11, управляемый (т+1)-м выходным сигналом преобразователя 2, формирует (та+1) последовательность ШИС со следующими параметрами: амплитудой импульсов - Е, периодом Т/т и длительностью импульсов t(j. Таким образом (т+1)-я последовательность ШИС имеет те же временные характеристки, что и импульсная составляющая суммарного сигнала m последовательностей, совпадает по фазе, но имеет противоположную полярность. Операцию отделения постоянной составляющей b (т+1)-й последовательности ШИС осуществляет конденсатор ФВЧ 12, на один вывод которого через резистор с сопротивлением R( поступает (т+1)-я последовательность ШИС. Другой вывод конденсатора соединен с суммирующей точкой сумматора 5 Поскольку (ш+1)-я последовательность (фиг. 2, б) в итоге должна скомпенсировать импульсную составляющую суммарного сигнала (фиг. 2, а) ш последовательностей, то она суммируется с основными последовательностями с тем же весом R/Rg, , т.е. сопротивление R , резистора выбирается равным сопротивлению суммирующих резисторов сумматора 5. На фиг. 2,в показан суммарный сигнал (т+1)-й последовательностей ШИС в установившемся режиме. Однако время преобразования определяется теперь временем установления ФВЧ 12. Для быстрого выведения ФВЧ 12 в установившийся режим выходное напряжение ЦАП 10 подают через резистор с сопротивлением К в точку соединения резистора с сопротивлением R, ч конденсатора, причем R, R2. Следовательно, уменьшение времени установления ФВЧ 12 определяется степенью приближения выходного напряжения () ЦАП 10 (по модулю) к

среднему значению наиряження (т+1):й последовательности ШЯС.

Если время установления ФВЧ 12, следовательно, и время преобразования без опорного уровня определяется формулой 9 8m fo где f - частота входного сигнала a выходное напряжение U, сТТт (1 -5ц,п). где Оц(,„ суммарная приведенная по решность (дискретности,нелинейности ЦАП 10, то с использованием Цццп дЛя ускорения процессов высокочастотной фильтрации время установления (или время преобразования) запишется формулой г - Цв ° 8т и в предельном случае, т.е. когда число разрядов ЦДЛ 10 d n-l. и с учетом того, что 2 , формула преобразуется к t;, l(n-f) .:b2 (n-e) оZ4 Дпя примера, f 2 Гц, n 16 1 4, tye 1,. Кроме того и суммирование (m+l) й последовательности ШИС с m после довательностями приводит к уменьшению на несколько порядков амплитуды импульсов суммарного сигнала и к соответствующему уменьшению времени выполнения операции усреднения, осуществляемой фильтром 6. Поскольку амплитуда импульсов суммарного сигнала зависит теперь тол iKo от неодинаковости сопротивлений суммирующих резисторов сумматора и резистора с сопротивлением R, неравенства модулей напряжений Ед и -EQ неточности передачи им пульсного напряжения через конденс тор емкостью С, то, выражая неодин ковость амплитуд импульсов через Л Sn можно представить в виде Sme ЕО где Og - приведенная к величине Е погрешность от пульсаций выходного напряжения сумматора. Следовательн время усреднения выходного напряже ния будет определяться выражением SH -Jfe: fnN. 5,-T,p .,. 8,.1п„.2 - --п2. г(1-е Например, при Sp 2 t 4, f 2 , время усреднения составит примерно С. Таким образом, данный способ преобразования кода в постоянный сигнал позволяет на 2-3 порядка повысить быстродействие преобразования и, соответственно, упростить операцию усреднения суммарного широтноимпульсного сигнала. Формула изобретения Способ преобразования кода в постоянный сигнал по авт.св. № 836791, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразования, одновременно с формированием m последовательностей широтно-импульсных сигналов формируют (т+1)-ю последовательность широтно-импульсных сигналов с амплитудой, равной по з,начению амплитуде .Импульсов .каждой из m последовательностей широтно-импульсных сигналов, но противоположной полярности,-длительностью -/ T/m, Со С„ периодом их следования Т/т и моментами появления импульсов, совпадающими с началами интервалов к Т/ш, где t N - длительность импульсов , в каждой из последовательностей широтно-импульсных сигналов, k О, ... eht А /1- целая часть ар1 / ш гумента, осуществляют ее высокочастотную фильтрацию и суммирование с m последовательностями широтко-импульсных сигналов, причем перед высокочастотной фильтрацией (т+1)-ю последовательность суммируют с дополнительным постоянным сигналов, равным -l:L- ifc-i-. где Eg - амплитуда импульсов последовательностей широтно-импульсных сигналов.

РН

U{m+l 5 О

fjif,

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, автоматике и автоматизированным системам управления и является усовершенствованием способа, известного из авт.св. СССР № 836791, основанного на преобразовании кода в m сдвинутых друг относительно друга на Т/т последовательностей широтно-импульсного сигнала, их суммировании и усреднении. Цель изобретения - повышение быстродействия и преобразования. Цель достигается тем, что формируют (т+1)-ую последовательность широтно-импульсного сигнала, осуществляют ее суммирование с дополнительным постоянным сигналом, высокочастотную фильтрацию полученной суммы сигналов и дальнейшее суммирование с m последовательностями широтноимпульсного сигнала. Кроме того, конкретизируются параметры (т+1)-ой i последовательности широтно-импульсного и дополнительного постоянного (Л сигналов. Способ позволяет на 2-3 порядка повысить быстродействие преобразования. 3 ил.

-М

р

/I f7f

г/.

/гт

Г//Г7

-t

(fete г