Преобразователь ток-частота с импульсной обратной связью Советский патент 1989 года по МПК H03M1/60 

4 СЛ

СХ)

о

САЭ

Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники для аналого-цифрового преобразования информации.

Целью изобретения является повы- гаение точности.

На фиг.1 представлена функциональная схема описываемого преобразо вателя; на фит.2 - временные диа- гарммы.

Преобразователь ток - частота с импульсной обратной связью содержит источник 1 входного тока, интегратор 2, мостовой коммутатор на ключах 3 - 6, источник 7 эталонного тока, интег риругадий усилитель-сумматор 8, содержащий операционный усилитель 9, резистор конденсатор 11, компара- тор 12,.генератора 13 тактовых им-, пульсов, триггер 14, элементы И 15 16 формирования выходных импульсов. Совокупность элементов 3-7 представляет собой формирователь им- пульсов биполярного эталонного тока. Последний совместно с элементами 13 и 14 представляет соболи формирва- тель нормированных импульсов обратной связи,

На фиг.2 обозначены: а -г импульсы тактовой частоты fy генератора 13; б - входное напряжение U,, интегратора 2 в области малых входных токов; в, к - импульсы UK,, на выходе компаратора 12; г, л - импульсы на выходе триггера 14; д, м - им-, пульсы Ig эталонного тока формирователя; е, н - импульсы первом выходе преобразователя; ж, о - импульсы f, на втором выходе преобразователя; 3 - выходное напряжение и интегратора в области входных токов, близких к -максимальному; и - выходное напряжение U. интегри- руюр5его усилителя-сумматора 8.

Диаграммы б - ж иллюстрируют процесс преобразования положительног го входного тока 1 , а диаграммы з - о - отрицательного входного тока Tg -5/7 1,

Преобразователь работает следующим образом.

При входном токе, равном нулю, интегратор 2 заряжается и разряжа- ется равным числом положительных и отрицательных импульсов эталонного тока формирователя 3-7 длительностью, равной или кратной Т . При

этом триггер 14 фактически работает в режиме делителя частоты на 2. Управляющие входы ключей 3, 6 подключаются к одному выходу триггера, а ключей 4, 5 - к другому выходу триггера 14 (например, при выполнении ключевого модулятора 3 - 6 нл микросхеме К-МОП ключей 590 КН 5, включение которых происходит при наличии логического О на управляющем входе, входы ключей 3, 6 подключаются к инверсному выходу триггера 14, а ключей 4, 5 - к прямому выходу триггера При «нулевом входном токе частоты на первом и втором выходах преобразователя максимальны и близки к величине . Выходы преобразователя подклю- чаются к входам реверсивного счетчика, на выходах которого будет зафиксирован нулевоу код. При появлении входного тока его величина будет скомпенсирован неравным числом положительных и отрицательных импуЛь- сов эталонного тока формирователя. Например, положительный входной ток будет скомпенсирован совокупностью эталонного тока, в которой число импульсов отрицательной полярности превышает, число импульсов положительной полярности, причем их разность прямо пропорциональна величтше входного тока (фиг. 2 б- - ж) . При. этом число импульсов по первому выходу преобразователя меньше f-r/2 .а число импульсов по второму выходу больше величины . По мере увеличения входного тока и приближения его к величине. 1. источника 7 частота по одному выходу будет приближаться к f, а по другому - к нулю (фиг. 4 3 - о). Описанная особенность преобразователя соответствует структуре и соотношению входных - выходных сигналов дельта - сигма-йодулятора.

Введенный интегрируюс;ий усилитель- сумматор 8, входы которого подключены к выводам интегратора 2, непрерывно чувствует наличие постоянной состав- лякидей части пилообразного напряжения на выводах интегратора 2 и автоматически сводит ее к нулю путем выработки корректирующего напряжения на выводах конденсатора 11, прикладываемого к входам компаратора 12 в качестве порогового напряжения (фиг.2, эу и). Усилитель 8 включен в контур импульсной отрицательной обратной связи интегратор - компаратор - триг 14

ilep - формировАтель импульсов эталонного тока и является узлом, принудительно разделяющим напряжение между входами компаратора 12 на переменную и постоянную составляющие части. Переменное напряжение пилообразной формы, не содержащее постоянной сос- тавляюр1ей, вьщеляется на выводах интегратора 2, а постоянное напряжение - на выводах конденсатора 11, При замкнутой цепи обратной связи ее устойчивость достигается именно при таком разделении переменной и постоянной составлякяцих напряжения на входе устройства сравнения, поскольку средний ток через резистор 10, пропорциональный среднему напряжению на выводах интегратора 2, вызывает

15 импульсов, прямой выход соединен с упра1Йтяющим входом мостового комму тора и первым входом первого элемента И, второй вход которого объе динен с первым входом второго эленакопление напряжения на выводах кон-30 мента И и подключен к выходу генеденсатора 11, которое в свою очередь сдвигает во времени моменты срабатывания компаратора 12, триггера 14. и формирователя в таком направлении, что среднее напряжение интегратора будет уменьшаться. При отсутствии интегрирующего усилителя-сумматора 8 сумма постоянной и переменной составляющих напряжения методу входами компаратора 12 целиком будет выделена на выводах интегратора 2, При наличии интегрирующего усилителя-сумматора 8 в процессе уравновешивания исключается накопление постоянной составляющей напряжения интегратора, что приводит к исключению влияния сопротивления утечки интегратора,

Ф.ормула изобретения

1, Преобразователь ток - частота с импульсной обратной связью, со- .держащий источник входного тока, выходы которого объединены с соответствующими выводами интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, с соответствукщими выходами формирователя импульсов биполярного

ратора тактовых импульсов, а второй вход второго элемента И соедин с инверсным выходом П-триггера, вы ходы первого и второго элементов И

25 являются соответственно.первой и второй выходными шинами, о.т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен интегрирующий усилитель-сумматор,

30 первый и второй входы которого соединены с соответствующими выводами конденсатора, а выход подключен к второму входу компаратора

35 2, Преобразователь по.п.1, о т - личающийся тем, что..интегрирующий усилитель-сумматор выполнен на операционном усилителе, конденсаторе и р.езисторе, первый

40 вывод которого является первым входом блока, второй вывод объединен с первым выводом конденсатора и подкл чен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий

45 вход которого является вторым входо блока, а выход операционного усилителя соединен с вторым выводом кон- енсатора и является выходом блока.

34

эталонного тока, выполненного на мостовом комтчутаторе и источнике эталонного тока, включенном в первую диагональ мостового коммутатора, вторая диагональ которого является соответствующими выходами формирователя импульсов биполярного эталонного тока, компаратор, первый вход

которого соединен с первой вершиной второй диагонали мостового коммутатора, а вход соединен с D-входом Р-триггера, С-вход которого подключен к выходу генератора тактовых

импульсов, прямой выход соединен с упра1Йтяющим входом мостового коммутатора и первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом П-триггера, выходы первого и второго элементов И

являются соответственно.первой и второй выходными шинами, о.т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен интегрирующий усилитель-сумматор,

первый и второй входы которого соединены с соответствующими выводами конденсатора, а выход подключен к второму входу компаратора

2, Преобразователь по.п.1, о т - личающийся тем, что..интегрирующий усилитель-сумматор выполнен на операционном усилителе, конденсаторе и р.езисторе, первый

вывод которого является первым входом блока, второй вывод объединен с первым выводом конденсатора и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий

вход которого является вторым входом блока, а выход операционного усилителя соединен с вторым выводом кон- енсатора и является выходом блока.

Изобретение относится к импульсной технике и монет быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники для аналого-цифрового преобразования информации. Решается задача повышения точности преобразования информации. Преобразователь содержит источник входного тока, интегратор., формирователь импульсов биполярного эталонного тока на ключах, источнике эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор, включающий операционный усилитель, резистор, конденсатор, компаратор, генератор тактовых импульсов, триггер, элементы И формирования выходных импульсов. В устройстве достигнуто автоматическое уравновешивание заряда интегратора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с «б