Коммутатор аналоговых сигналов Советский патент 1988 года по МПК H03K17/00 

со со

О5

ьо l

Изобретение относится к устройствам автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах аналого-цифрового преобразования сигналов при автоматизации технологических процессов., в частности процессов испытаний технических объектов

Целью- изобретения является по- вьшение быстродействия устройства за счет уменьшения ограничений на скорость изменения выходных сигналов

На чертеже приведена функциональная схема коммутатора аналоговых сигналов, содержащая три канала

Устройство содержит входы 1 о - 1.3 аналоговых сигналов, аналоговый выход 2 и адресные выходы 3„1 - 3,3, при этом каждый вход 1о1 - 1,3 устройства соединен через соответствующий резистор 4,1 - 4,3 с инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя 5„1 - 5,3, неинвертирующий вход которого соединен с выходом 2 устройства, а выходы через диоды 6,1 - 6.3 с инвертирующими входами этих же усилителей 5,1 - 5,3 через резисторы 7о1 - 7,3 с параллельно включенными им конденсаторами 8,1. - 8.3, переключатели 9,1 - 9,3 тока и диоды 10., 1 - 10,3 с инвертирзтощим входом операционного усилителя 11, охваченного конденсатором 12 по цепи обратной связи. Кроме того, выходы операционных усилителей 5,1 - ЗоЗ через соответствующие компараторы 13о1 - 13.3 и триггеры 14„1 - 14с,3 соединены с соответствующими адресными выходами 3,1 - 3,3 и управляющими входами соответствующих переключателей 9,1 - 9,3. Выходы компараторов 13.1 - 13,3 через элемент ИЛИ 15 и формирователь 16 сое40 ный по абсолютной.величине входной сигнал поступает на-вход 1,1 коммутатора, минимальный - на вход 1.3, на-вход „2 поступает сигнал промежуточного значения между максимальным и

динены с С-входами триггеров 14,1 - дд минимальнымо Итак, выходной сигнал 14.35, Вход операционного усилителя 11 сравнивается с сигналом на входе соединен также через блок 17,переклю- 1.1, после чего разность вход- чения и резисторы 18 и 19 с источниками 20 и 21 постоянных напряже ий.

при этом управляющий вход блока 17 пеным сигналом и выходным становится отрицательной, на выходе усилителя

50

5.1 появляется положительный сигнал, который, проходя через резисгтор 7,1 и конденсатор 8.1, переключг1тель 9,1, диод 10,1, останавливает изменение выходного сигнала, поскольву суммарный ток на входе усилителя 11 , включающий положительный ток усилителя 5,1 и отрицательный ток к:сточника 21, устанавливается равным виртуальному нулю усилителя 11, обеспечивая

реключения соединен с генераторо 22 и с R-входами всех триггеров 14,

Формирователь 16 должен формировать импульсьз положительной полярности, задержанные относительно входных сиг-, налов на время, необходимое для обработки коммутируемых входных напряжений, к примеру их аналого-цифрового преобразования,

Блок 17 переключения представляет собой два коммутатора тока, управляемых в противофазе.

Коммутатор аналоговых сигналов работает cлeдyюш м образом.

Генератор 22 импульсов задает частоту опроса каналов. Нулевым потен - циалом генератора 22 устанавливаются

в исходное (нулевое) состояние все триггеры 14,1 - 14.,3. Переключатели 9,1 - 9оЗ тока при этом коммутируют выходы соответствующих усилителей 5„Г - 5„3 через резистор 7 конденсатор 8 и диоды 10 к входу усилителя По Кроме того, блок 17 переключения соединяет источник 20 через рез.истор 19 с входом усилителя 11« Ери этом конденсатор 12 перезаряжается и на

выходе операционного усилителя 11 устанавливается отрицательное напряжение, максимальное по абсолютной величине. На выходе всех усилителей 5„1 - 5.3 устанавливается отоицатель

ное напряжение, поскольку выходной сигнал по величине превышает входные, однако усилители 5,1 - не насыщаются благодаря отрицательной обратной связи через диоды 6,1 - боЗ,,

При положительном потенци:але на выходе генератора 22 срабатывает блок 17 переключения таким образом, что на вход усилителя 11 коммутируется источник 21 через резистор 18, при

этом абсолютная величина от эицатель- ного сигнала начинает уменьшаться до тех пор, пока не сравняется с максимальным по абсолютной величине входным сигналом. Допустим, что максимальный по абсолютной.величине входной сигнал поступает на-вход 1,1 коммутатора, минимальный - на вход 1.3, на-вход „2 поступает сигнал промежуточного значения между максимальным и

минимальнымо Итак, выходной сигнал сравнивается с сигналом на входе 1.1, после чего разность вход

ным сигналом и выходным становится отрицательной, на выходе усилителя

5.1 появляется положительный сигнал, который, проходя через резисгтор 7,1 и конденсатор 8.1, переключг1тель 9,1, диод 10,1, останавливает изменение выходного сигнала, поскольву суммарный ток на входе усилителя 11 , включающий положительный ток усилителя 5,1 и отрицательный ток к:сточника 21, устанавливается равным виртуальному нулю усилителя 11, обеспечивая

устойчивое состояние следующей системы. Таким образом, на выходе устройства выходной сигнал равен входному сигналу, поданному на вход 1.1, максимальному по величине, с точностью, обусловленной коэффициентом усиления усилителя 5„1 Конденсатор 8„1 в этом контуре обеспечивает ускорение переходного процесса. Одно- временно с появлением положительного сигнала на выходе усилителя 5.1 верхнего канала происходит срабатывание компаратора ISel, положительный сигнал с выхода которого поступает на О-вход триггера 14Л. Этот же сигнал пройдя через элемент ИЛИ 15 и формирователь 16, поступает на С-вход триггера 14.1, изменяя ег.о состояние« При этом на адресном выходе 3,1 появляется положительный фронт импульса, сигнализирующий о том, что на выходе 2 коммутатора находится входной сигнал именно подключенного к входу 1,1 каналао После этого пе- реключатель 9о1 тока переключает ток усилителя 5.1 с входа усилителя 11 на общую точку и выходной сигнал устройства снова начинает изменяться под действием тока с источника 21 до тех пор, пока не достигнет максимального абсолютного значения из двух оставшихся сигналов, в данном случае сигнала с входа 1о2о Теперь положителлный сигнал появляется на выходе усилителя 5,2, и выходной сигнал коммутатора становится равен входному сигналу канала, подключенного к входу 1.2„ Этот сигнал находится на выходе 2 устройства в те- чение времени, определяемого формирователем 16f после того, как ив предьщущем случае, триггер 14„2 выдает информацию на адресный выход 3.2 об адресе коммутируемого .сигнала и одновременно переключает ток усилителя 5„2 на общую точку, вызывая дальнейщее изменение входного сигнала. Теперь выходной сигнал изменяется до оставшегося значения (минимального по абсолютной величине), которое находится на входе 1.3. Снова на выходе 2 устанавливается сигнал на время, определяемое формирователем 16, положительный фронт сигнала на выходе адреса сообщает внешним устройствам об адресе выходной информации, и выходной сигнал снова начинает изменяться, причем дальней

Q 1520 25 0 .,

35

50

5

шее его изменение в направлении положительных величин может прекратиться или изменением состояния генератора 22, или введением известных ограничений на амплитуду выходного сигнала. В схеме использовано временное переключение направления измерения выходного сигнала Это означает , что длительность положительного сигнала генератора выбирается исходя из общего времени развертки выходного сигп: нала от отрицательных до положительных значений, определяемого скоростью изменения выходного сигнала и временами отслеживания входных сигналов, задаваемых формирователем 16 и числом входных каналов.

Формула изобретения

Коммутатор аналоговых сигналов, содержащий вькодной операционный усилитель, блок переключения, генератор, формирователь, элемент ИЛИ и п каналов, каждый из которых содержит триггер и компаратор, причем выход выходного операционного усилителя соединен с выходом коммутатора и с первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого соединена с входом выходно го операционного усилителя и выходом блока переключения, первый и второй входы которого через соответственно первьм и второй резисторы соединены с первым и вторым .разнополярными источниками постоянного напряжения, выход каждого триггера соединен с соответствующим адресным выходом коммутатора, R-BXO- ды триггеров и управляющий вход блока переключения соединены с выходом генератора, О-вход каждого триггера соединен с выходом компаратора этого канала, выход элемента ИЛИ соединен с входом формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый канал коммутатора введены операционный усилитель, первый и второй резисторы, конденсатор, переключатель тока, первый и второй диоды, при этом неинвертирующий вход каждого рперационного усилителя соединен с выходом коммутатора, а инвертирующий вход каждого операционного усилителя через первый резистор соед1тен с соответствующим входом коммутатора и через первый диод с собственным выходом и первым входом компаратора.

а также через параллельно соединенные второй резистор и конденсатор с входом переключателя тока, выход которого через второй диод соединен с входом выходного операционного усилителя, выход каждого компаратора соединен с соответствующим входом

13962706

элемента ИЛИ, выход формирователя соединен с С-входами триггеров, выходы которых соединены с управляющими входами переключателя тока этого канала, вторые входы компараторов всех каналов соединены с общей шиной коммутатора о

Изобретение может быть использовано в системах аналого-цифрового преобразования сигналов при автоматизации технологических процессов, в частности процессов испытаний технических объектов. Коммутатор аналоговых сигналов имеет повышенное быстродействие за счет уменьшения ограничений на скорость изменения выходных сигналов. 1 ил.

21 ,

А& / I

7

12

2

J.3