Модулятор дельта-сигма Советский патент 1987 года по МПК H03H3/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для передачи аналогового сигнала через дискретный канал .

Цель изобретения - повышение точности модулятора.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема выполнения блока отсчета; на фиг.3 - временные диаграммы сигналов генератора задающих импульсов.

Модулятор дельта-сигма (фиг.1) содержит генератор 1 задающих импульсов, два блока 2 и 3 квантования два блока 4 и 5 отсчета, два интегратора 6 и 7, компаратор 8 и динамический триггер 9.

Каждый блок 2 и 3 квантования содержит два ключа 10 и 11 и конденсатор 12.

Блоки 4 и 5 (фиг.1) содержа.т источники 13 и 14 положительного эталонного напряжения и отрицательного эталонного напряжения соответст- венно, три ключа 15 - 17 и конденсатор 18. Кроме того, блоки 4 и 5 отсчета (фиг.2) содержат источник 19 эталонного напряжения, щесть ключей 20-25 и два конденсатора 26 и 27

Модулятор дельта-сигма работает следующим образом.

Генератор 1 задающих импульсов обеспечивает срабатывание динамического триггера 9 от сигнала fg эталонного времени и выдает две формы синхронизирующего сигнала Q к Q с одинаковой частотой, но с рабочим циклом менее 50%. На фиг.З показана форма этих сигналов и положение во времени.

Генератор 1 задающих импульсов выдает сигнал, который высоким уровнем включает ключ 10, а низким - выключает. Аналогично сигнал G, ствует на ключ 11 . Сигналы - не перекрываются во времени, исключая возможность одновременного срабатывания ключей 10 и I1. Допустим, что входной сигнал U(t) остается постоянным на всем протяжении интервала (пТ,(п+1)Т), тогда конденсатор 12 заряжается в течение действия сигнала Q до уровня U(пТ). Допустим, что операционный усилитель интегратора 6 является идеальным и в течение действия сигнала Q весь находящийся на конденсаторе 12 заряд

2 деи- 0, и G,

передается конденсатору обратной связи интегратора 6. Тогда при t (п+1)Т выходное напряжение интегратора 6

X {п+1)Т Х(пТ) -(|-)U(nT),

где С1, СЗ - емкости конденсатора 12 и конденсатора обратной связи интегратора 6 соответственно (приращение отрицательно из-за инвертирования ).

Если выходной сигнал Ь(п) равен +1, т.е. сигнал высокое состояние, то конденсатор 18 заряжается до напряжения +V. Если Ь(п) -1, то конденсатор 18 заряжается до напряжения -V. В течение действия сигнала QJ этот заряд передается конденсатору обратной связи интегратора 6. Таким образом

Х(п+1)Т Х(пТ)- -U(nT) +

25

Ь{п) -V

(.С2)

СЗ

где С2 - емкость конденсатора 18. Аналогично можно записать

w(n-H)T W(nT)-(l-).X(nT)

- b(n) -V

( i 1-сз ),

35

Срабатывание компаратора 8 и триггера 9 обеспечивает зависимость

b(n-bl) sign { W (n+l)T.

Шумовая характеристика и стабильность модулятора дельта-сигма определяются отношениями емкостей (С1/ /СЗ) и {С2/СЗ) конденсаторов в блоках 2-7.

Установлено, что для обычного модулятора дельта-сигма вполне удовлетворительны следующие отношения емкостей конденсаторов. Для блоков 2,4 и 6

55 где С,С2, СЗ - емкости конденсаторов 12 и 18 и интегратора 6.

Блоки 4 и 5 отсчета Сфиг.2), выполненные в другом варианте, содержат только-один источник 19 эталонного напряжения. Для приращения выходного напряжения интегратора 6 можно записать:

Ь(п) +1 , ЛХ

(С.- СЗ

С5 СЗ

bJ ,; - V D

-(4-) U(nT).

если Ь(п) -1, X -(У) -У - - (|-) и(пТ)

где С4, С5 - емкости конденсаторов 26 и 27.

Соответственно если , тогда общую работу блоков 2 и 4 и интегратора 6 можно записать следующим образом:

ДХ(п+1)Т X(nT)-(|-)U(nT) + + Ь(п) V. (|-).

Точно также для блоков 3 и 5 и интегратора 7 можно записать

W(n 1)Т W(nT)-(i-)X(nT) - b(n).V.(5-)

Для практической реализации модулятора дельта-сигма (фиг.2) отношения емкостей конденсаторов 12,18 и 27 и конденсатора обратной связи интегратора 6 равны

С5 С 1 . С4 СЗ СЗ 2 С5 для блоков 3

2,

5 и интегратора 7

51- 25 1

С4 С4

2. Модулятор ПОП.1, отлич щийся тем, что каждый блок кв тования выполнен на двух ключах и конденсаторе первый вьшод которог соединен с общей шиной, выход пер вого ключа соединен с вторым выводом конденсатора и информационным входом второго ключа, выход ко торого является выходом блока кван вания, управляющие входы первого и второго ключей и информационный вх

Емкость конденсатора 27 в блоке 4 первого ключа являются соответст- в два раза больще такого же конденса- первым и вторым задающими и

тора в блоке 5.

Частота квантования должна быть выше любого компонента входного сигнала с самой высокой частотой (сигнал U(t)) .

Таким образом, рабочие характеристики модулятора дельта-сигма не зависят от абсолютного значения емкостей конденсаторов, а только от коэффициентов изменения емкостей. Эти коэффициенты относительно независимы от старения и температуры.

50

информационным входами блока квант вания.

3. Модулятор по П.1, о т л и - чающийся тем, что каждый блок отсчета выполнен на источника положительного и отрицательного эт лонных напряжений, ключах и конден саторе, первый вывод которого сое- динен с общей шиной, выходы источн ков положительного и отрицательног эталонных напряжений подключены к информационным входам соответствен первого и второго ключей, выходы

1336958

Форм

ула изобретения

D

0

5

0

25

0

35

40

1.Модулятор дельта-сигма, содержащий генератор задающих импульсов и последовательно соединенные первый интегратор, компаратор и динамический триггер, выходы которого являются выходами модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности модулятора, в него введены второй интегратор, блоки квантования и блоки отсчета, первый и второй выходы генератора задающих импульсов соединены соответственно с первыми и вторыми задающими входами блоков квантования и блоков отсчета, информационный вход первого блока квантования является входом модулятора, выход первого блока квантования объединен с выходом первого блока отсчета и через второй интегратор соединен с информационным входом второго блока квантования, выход которого объединен с выходом второго блока отсчета и подключен к входу первого интегратора, третий выход генератора задающих импульсов соединен с входом синхронизации динамического триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первого и второго блоков отсчета.

2. Модулятор ПОП.1, отличающийся тем, что каждый блок квантования выполнен на двух ключах и конденсаторе первый вьшод которого соединен с общей шиной, выход первого ключа соединен с вторым выводом конденсатора и информационным входом второго ключа, выход которого является выходом блока квантования, управляющие входы первого и второго ключей и информационный вход

первого ключа являются соответст- первым и вторым задающими и

0

информационным входами блока квантования.

3. Модулятор по П.1, о т л и - чающийся тем, что каждый блок отсчета выполнен на источниках положительного и отрицательного эталонных напряжений, ключах и конденсаторе, первый вывод которого сое- динен с общей шиной, выходы источников положительного и отрицательного эталонных напряжений подключены к информационным входам соответственна первого и второго ключей, выходы

которых объединены и подключены к второму вьшоду конденсатора и информационному входу третьего ключа5 выход которого является выходом блока отсчета, задающие входы первого и второго ключей являются первым -задающим входом блока отсчета, задающий вход третьего ключа, управляющие входы второго и первого ключей являются соответственно вторьм задающим, первым и вторым управляющими входами блока отсчета.

4. Модулятор по п., о т л и- чающийся тем, что каждый блок отсчета выполнен на источнике эталонного напряжения,ключах и конденсаторах, выход источника эталонного напряжения подключен к информационным входам первого и второго ключей, информационный вход третьег ключа соединен с общей шиной, а вы369586

ход объединен с выходом первого ключа и подключен к первому вьшоду первого конденсатора, второй вьгоод которого подключен к информационным входам четвертого и пятого ключей, выход пятого ключа подключен к общей шине, выход второго ключа подключен к информационному входу шестого клю10 ча и первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной, выходы четвертого и шестого ключей объединены и являются выходом блока отсчета, задающие

15 входы первого, второго и пятого ключей являются первым задающим входом блока отсчета, задающие входы третье- .го, пятого и шестого ключей являются вторым задающим входом блока отсчета,

20 управляющие входы второго и четвертого кддачей являются соответствующими управляющими входами блока отсчета.

1Т

-W-J16 I i/7

.

Фиг. г

Изобретение используется для передачи сигнала по телефонному каналу связи. Изобретение позволяет повысить точность модулятора. Схема модулятора включает контур интегрирования, который в данном случае используется для фильтрации нижних , частот. Сигнал квантуется и мгновенные значения квантованного сигнала интегрируются, повторно квантуются и интегрируются. Управление работой интегратора и блоков квантования осуществляется в результате переключения блоков отсчета под воздействием импульсов с задающего генератора. Модулятор дельта-сигма содержит генератор 1 задающих импульсов, два блока 2 и 3 квантования, два блока 4 и 5 отсчета, два интегратора 6 и 7 , компаратор 8 и динамический триггер 9. 3 з.п.ф-лы, 3 ил. I СО .J A/J) / ( - 6M--f а„,г - i/ni- f 00 CO O5 CO СЛ 00 Pu,1 Ы

Составитель О.Тюрина Редактор Н.Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор А.Зимокосов

Заказ 4057/59 Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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