Биполярный преобразователь ток-частота Советский патент 1986 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники для анало1 о-цифро- вого преобразования информации.

Цель изобретения - повьшение точности преобразования и упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя ток- частота; на фиг. 2 - временные диаграммы о

Устройство содержит формирователь 1 биполярного эталонного сигнала, кольцевой модулятор 2, источник 3 эталонного тока, интегрирующий элемент 4, компаратор 5, источник 6 входного тока, первый, второйj третий и четвертый триггеры 7-10 соответственно, генератор 11 тактовых импульсов (ГТИ), первый 12 и второй 13 элементы И, первый 1А и второй 15 элементы И-НЕ, ключи Триггеры 7-10 включены по схеме четырехразрядного сдвигающего регистра.

На временных диаграммах (фиг, 2) для разных величин и преобразуемого сигнала показаны следующие сигналы:

20- импульсы тактовой частота f;

21- пилообразное напряжение на элементе 4; 22 - нг-тульсы на прямом выходе первого триггера 7; 23 - импульсы на прямом выходе второг о триггера 8; 24 - импульсы на прямом выходе третьего триггера 9| 25 - импульсы на прямом выходе четвертого тригг ера 10; 26 - выходные импульсы преобразователя ГБ.

Преобразование входного биполярного тока в выходную частоту основано на принципе сравнения интегралов от входного и зталонного токов. Заряд интегрирующего элемента 4 происходит под действием тока, определяемого алгебраической суммой I(jj(t) .источника 6 входного тока и 1-,. (t) формирователя 1 биполярног о эталонного сигнала.

Предположим, что .в момент включения преобразователя напряжение на интегрирующем элементе -4 равно нулю, а первый триггер 7 находится в состоянии, когда на его прямом выходе присутствует 1, на инверсном - О Логика рабрты модулятора 2. формирователя 1 организована так, что при этом ключи 1 С и 19 выключены, а 17 и 18 - включены. При этом ток , источника 3 эталонного тока протекает через ключ 7, эламеит 4, ключ 18. Интегрирующий элемент заряжается в Направлении, при котором напряжение

между инвертирующим и неинвёртуфуго- щим входами компаратора 5 положительно. Это приводит к току, что выходной сигнал компаратора 3 принимает значение О. По приходу отрицательного фронта тактового .импульса ГТИ 11 первый триггер 7 изменит свое состояние, при этом на его прямом выходе будет присутствовать О, на инверсном - 1. Модулятор 2 также меняет свое состояние., и ключи 17 и 18 выключаются, а ключи 16 и 9 включаются. Маправлепие заряда интегрирующего элемента 4 изменяется на противоположное.. Необходимым условием переключения первого триггера 7 и вследствие этого модулятора 2 является изменение полярности напряжения на элементе 4 и вследствие этого изменение состояни компаратора 5.

Достаточным условием переключения первого триггера 7 и,модулятора 2 является приход на вход триггера 7 отрицательного тактового импульса генератора 1. Первый тригpgp 7 работает в режиме, аналогичном счетному, т.е. его переключение осуществляется по отрицательному фронту тактового импульса при условии, что сигнал на его первом входе совпадает

с сигналом па его инверсном выходе.

Интегрирующий элемент 4, формирователь 1 биполярно-: о эталонного сигнала, компаратор 5 и лервьш триггер 7 образуют следящу.ю упраилзлощую спс

гему с замкнутой пэтлей импульсной

обратной связи. В этой системе происходят автокрлебамия с частотой, кратной тактовой f , При входном токе, равном нулю, час1 ота автоколеба- НИИ равна f..p/2, а скважность ш-шуль- сов на выходе первого триггера равна 2. При входном токе, отличном от

нуля, ток I|,(,t) прослеживается при помощи квантованного сигнала в цепи

обратной,связи. Двоичная последовательность на первого триггера 7 модулируется по закону двухпо- лярной ииротно-импульсной модуляции п однозначно отображает входной ток

I,,(t).

Среднее зиачепке входного тока ljj(t) равно среднему значению биполярного эталонного тока ) за

3

много периодов 1 тактовой частоты генератора 11. При этом среднее значение алгебраической суммы токов Igj(t) и I,(t), протекающих через интегрирующий элемент 4 за много периодов Т, равно нулю. Таким образом, выход первого триггера 7 является выходом преобразователя ток - временной интервал. Преобразователь работает в диапазоне входных токов, непревьшшющих значение эталонного тока источника 6, т.е. /I(t}/ 1, при этом вьщеление импульсов выходной частоты Г„,,„ осуществляется при вы.х

помощи четырехразрядного сдвигающего регистра на триггерах 7-10, пер- вого 12 и второго 13 элементов И, первого 14 и второго 15 элементов И-НЕ и генератора 11.

Двоичная последовательность на выходе первого триггера 7 по каждому отридательному фронту импульса тактовой частоты переписывается поочередно во второй 8, третий 9 и четвертый 10 триггеры сдвигающего регистра. Импульсы выходной частоты преобразователя выделяются путем стробирования на первом элементе И 1 2 импульсов тактовой частоты f с импульсами с прямых выходов первого 7 и второго 8 триггеров для входного тока одной полярности и с импульсами с инверсных выходов первого 7 и второго 8 триггеров на втором элементе И 13 для входного тока другой полярности. Вьщеляются импульсы с выходов первого триггера, имеющие длительность более или равно 2 Т. Стробирование первого 12 и второго 13 элементов И по четвертым входам с выходов второго 15 и первого 14 элементов И-НЕ соответственно необходимо при применении компаратора, имеющего гистерезис входной характеристики. Этим исключается появ- ,ление выходных импульсов по двум выходам f gjj, и ,j для малых входных токов на уровне /I g (t )/ :0,1 . 1. В общем виде выходная частота предлагаемого преобразователя определяется соотношением

вых

/ lexl t) -f. ъ) - . 1,

-Эт

Выходные импульсы преобразователя являются частью импульсов тактовой частоты.

На фиг. 2 временные, диаграммь иллюстрируют процесс выделения выход277400

ной частоты f ,.. для I,. (t) 1/4.1

nbl XDA

эт

и.входных импульсов f

ЙЫХ

при токе

Ig(t) -3/4-1,,.. Таким образом, в предлагаемом преобразователе входной 5 ток одной полярности определяется числом импульсов в единицу времени по одному частотному выходу преобразователя, а входной ток другой полярности - числом импульсов в единицы

0 времени по второму частотному выходу преобразователя.

Повышение точности преобразователя достигнуто благодаря применению компаратора с дифференциальными вхо5 дами. Выполнение ключей на К-МОП ключах позволяет практически исключить погрешность преобразователя, вызываемую токами утечки ключей в закрытом состоянии. Работа предлагаемого пре0 образователя не зависит от длительности импульсов тактовой частоты. Погрешность коэффициента передачи преобразователя определ яется погрешностью работы источника эталонного

тока и тактового генератора.

Дифференциальное включение входов компаратора и структура предлагаемого преобразователя позволяют в целом упростить источник питания преобразо0 вателя путем использования общего

источника напряжения питания для компаратора и источника эталонного тока. Общий источник питания может быть использован и в многоканальном испол5 нении преобразователя.

При применении в преобразователе триггеров, работающих по переднему фронту, для исключения ложных выходных импульсов подачу имп.ульсов тактоО вой частоты на С-входы триггеров необходимо проводить с инверсного выхода ГТИ.

Формула изобретения

1. Биполярный преобразователь ток- частота, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вы- . полненный на кольцевом модуляторе, в

первую диагональ которого включен источник эталонного тока, а первый вывод второй диагонали соединен с первым выходом источника входного тока, первым выводом интегрирующего

элемента и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с вторым выводом интегрирующего элемента и вторьгм выходом источника входного тока, а выход компаратора

соединен с первым входом первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом формирователя биполярного эталонного сигнала и первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым t входом второго элемента И и подключен к выходу гейератора тактовых импульсов, второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом первого триггера, о т- личр.ющийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования и упрощения устройства, в него введены два элемента И-НЕ, второй, третий, четвертый триггеры, причем первый вход второго триггера соединен с прямым выходом первого триггера, выход - с третьим входом первого элемента И и первым входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ и первым входом четвертого триггера, прямой выход которого соединенс вторым входом

774006

первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, четвертый вход которого подключен к инверсному выходу

второго триггера, а инверсный выход третьего триггера соедийен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а выtO ход - к четвертому входу первого элемента И, вторые входы триггеров подключены к выходу генератора тактовых импульсов, при этом второй вывод второй диагонали кольцевого модулятора

f5 формирователя биполярного эталонного сигнала соединен с вторым выходом источника входного сигнала.

2. Преобразователь по п.1, о т- личающийся тем, что в нем

20 компаратор выполнен на дифференциальном усилителе, а кольцевой модулятор выполнен на ключах, управляющие входы которых объединены с управляющим входом формирователя биполяр25 ного эталонного сигнала.

, Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычис- .лительной техники для аналого-цифрового преобразования информации. Цель ;изобретения - повышение точности преобразования и упрощение устройства. Цель достигается за счет того, что в биполярный преобразователь .ток - частота, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вьтолненный на кольцевом модуляторе, источники эталонного и входного тог ков, интегрирующий элемент, компаратор, первый триггер, элементь И и генератор тактовых импульсов, введены второй , третий и четвертый триггеры и два элемента И-НЕ. КЬмпаратор выполнен на дефференциальНом Усилителе, а кольцевой модулятор - на . ключах. 1 з.п. ф-лы, 2 йп. (П

I тя7%.Й

cpue. l

I I I I 1

ппрпппппп

г ппппппдг|ппппппппппппппппппппп

rn I-I П I-I П I-I n,

hLCZLTn П n n Q-EILI i

r-i i-i П r-I ГП П m rnjiLJiiu/

Jl

na

DD

n t

nri rinnnnri пппшюШШШШ-ПЖШ

ппппппппппппппппппп

V-V

I-I П П

na

DD

n t

(ffc/ff2

Редактор M. Петрова

Составитель В. Махнанов Техред Л.Олейник

Заказ 6760/57Тираж 816Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор В. Бутяга