Генератор гармонических сигналов Советский патент 1991 года по МПК H03L5/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в прецизионных калибраторах переменного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации амплитуды выходных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема генератора гармонических сигналов; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока синхронизации; на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие ргботу генератора гармонических.сигналов.

Генератор гармонических сигналов (фиг.1) содержит задающий генератор 1, первый реверсивный счетчик (PC) 2, блок 3 постоянного запоминания (БПЗ), первый цифроаналоговый преобразователь(ЦАП)4 усилитель 5 мощности, первый коммутатор 6, преобразователь 7 напряжения, втортй коммутатор 8, аналого-цифровой преобра зователь(АЦП) 9, первый регистр 10 памяти, вычитатель 11 кодов, второй регистр 12 памяти, цифровой компаратор 13, первый 14 и второй 15 регистры последовательного приближения (РПП), второй реверсивный счетчик (PC) 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 цифроаналоговые преобразоплтеги (ЦАП), сумматор 20, источник 21 опорного напряжения (ИОН) и блок 22 синхронизации.

Блок 22 синхронизации (фи .2) содержит первый элемент ИЛИ 23, первый, вто рой, третий, четвертый и пятый D-триггерь; 24-28. первый инвертор 29, шестой 0-триг- гер 30, первый, второй и третий элемент:,, ИЛИ-НЕ 31-33, второй элемент ИЛИ 34, второй элемент И 35, второй инвертор 36, третий элемент И 37, третий инвертор 38, первый 39 и второй 40 мультиплексоры, седьмой D-триггер 41, четвертый - седьмой элементы И 42-45, одновибратор 46 и первый элемент И 47.

Генератор гармонических сигналов работает следующим образом.

Первый из четырех этапов, этап калибровки первого ЦАП 4, начинается с того, что блок 22 синхронизации вырабатывает сигнал установки исходного состояния (фиг.За), который устанавливает первый 14 и торой 15 РПП, второй PC 16 и АЦП 9 в исходное состояние (напряжение на выходах второго 17, третьего 18 и четвертого 19 ЦАП равны 0). Второй коммутатор 8 переключает напряжение Done выхода ИОН 21 на входАЦП 9, В первом такте работы АЦП 9 преобразует это напряжение в цифровой код N0n, который запоминается в первом регистре 10 (рис.Зж), Во втором гакте второй коммутатор 8 (фиг.Зв.г) переключается так, чтобы нэ

входе АЦП 9 было напряжение общей шины Коб. Это напряжение преобразуется в цифровой код N06 и подается на вычитатль 11. Таким образом, по окончании второго такта

работы АЦП 9 (фиг. 36) во второй регистр 12 записывается цифровой код разности Npi (фиг. Зз), который описывается выражением

Npi Non-N06-(Uon-Uo6) Кдцп. (1) где Кдцп - коэффициент преобразования

0 АЦП 9.

Затем наступает первый цикл калибровки первого ЦАП 4. Для этого второй коммутатор 8 переключается так, чтобы на АЦП 9 поступал сигнал прямо с выхода пер5 вого ЦАП 4. Рассмотрим подробнее работу блока 22 синхронизации при управлении иторым коммутатором 8. Первый и второй мультиплексоры 39 и 40 (фиг.Зв.г) управляются выходным сигньлом второго элемента

0 И 35, а их выходные сигналы являются первым выходом управления блока 22 синхронизации и поступают на управляющий вход второго коммутатора 8. При коде 00 второй коммутатор 8 подключает к своему вы5 ходу ИОН 21; при коде 10 - мулсоую шину; при коде 01 - выход первого ЦАП 4; при коде 11 - выход усилителя 5 мощности,

Аналогично устанавливаг гея управление первым коммутатором 6, при этом с ли

0 но втором выходо управления блока 22 синхронизации, являющемся выходом седьмого триггега 41, булет О, на вход ПН 7 поступает сигнал с выхода первого ЦАП 4, а если 1 - с выхода усилителя 5 мощности.

е; В первом такте первого циклл калибровки первого ЦАП 4 БПЗ 3 по сигналу с третьего выхода управления блока 22 синхронизации ф.иксирует на своих выходах цифровой коц Смаке, соответствующий максимальному

0 значению ординат гармонической функции С(т), хранящихся в БПЗ 3. Для этого на выходах четвертого элемента И 42 (рис.Зд) и третьего инвертора 38 (рис.Зе) устанавливается код СО. При этом на выходе первого

5 ЦАП 4 появляется напряжение, которое преобразуется в код Ммакс и запоминается в первом регистре 10. Во втором такте БПЗ 3 по сигналу из блока 22 синхронизации 10 устанавливает на выходе код Смин, соответ0 ствующий минимальному значению функции C(t). Напряжение, сформированное первым ЦАП 4, преобразуется в код NMHH и вычитается в вычитятеле 11 из кода NMSKC и j итоге на другой вход цифрового компара5 тора 13 поддается код разности Мр21, соот- гетствующий выражению

Мр21 эксг№минг(См5кс-Смин)КцАП КЦАП4

(2)

где Кцдп.4 - коэффициент преобразования

первого ЦАП 4.

Цифровой код Npi из второго регистра 12 поступает также на вход цифрового компаратора 13, на выходе которого формируются сигналы Ј1ИЈ01 , описываемые выражениями5

J 1 , Npi NP21 .(3)

О , Npi NP21 :

«1

601

Г 1 , Npi NP21 , 1 О,Г

(4)

.Npi Np21 . Значение EI записывается в первый РПП 14, и он выдает на вход второго ЦАП 17 код, который преобразуется в значение калибровочного напряжения Un, соответствующее выражение

Uki

(Ј1-Ј1)-Кцап2, (5)

где Ј 1 величина, обратная е в первом цикле калибровки;

Кцап2 - коэффициент преобразования второго ЦАП 17.

Это напряжение поступает на сумматор 20, на выходе которого формируется напряжение UP11, равное

Up11 Uon+UK1 Уоп +Чр(1-П ) КЦЛП2

(6)

После этого наступает второй цикл калибровки первого ЦАП 4 который полностью повторяет первый и формирует напряжения UK2 и UP12 соответствующие выражениям

(Ј-1-f,) + Uf(f2

Кцап2 . Upi2-U0n +

2)Х (7)

+ %ЧЈ1- 1) + (й-Гг)Кц,,„2 (8)

Далее проводится столько циклов ка- либровки, чтобы заполнились все разряды первого РПП 14 (фиг Зи.к) В итоге сформируются напряжения UK и Dpi, имеющие вид

uk Un-iwl -,(9)

i 1 2

Up1 Uon+U Ubn (1 + Кцап2

S

1 1 2

(10)

где I - порядковый номер цикла калибровки первого ЦАП 4;

п - число циклов калибровки и разрядность первого РПП 14.

Таким образом, по окончании этапа ка- либровки первого ЦАП 4 на его вход опорного напряжения будет поступать такое напряжение, чтобы выполнялось равенство значений кодов Npi и Np2n с точностью половины их младшего разряда. Поскольку

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

при достаточно большом значении п этой погрешностью можно пренебречь, то для этапа калибровки можно записать

Npi-Np2n;(11)

() Кацп (Смаке Смин) Кцап1 Кацп (12)

Из выражения (12) видно, что разность между максимальным и минимальным значениями гармонического сигнала, формируемого откалиброванным первым ЦАП 4. равна значению постоянного опорного напряжения ИОН 21.

На втором этапе работы генератора гармонических сигналов производится калибровка преобразователя 7 напряжения. Для этого в первом такте первый и второй коммутаторы 6 и 8 переключаются таким образом, чтобы сигнал с выхода первого ЦАП 4 Uor(t) поступал на вход преобразователя 7 напряжения, а с его выхода напряжение Uor(t) Кпн, где Кпн - коэффициент преобразования преобразователя 7 напряжения, подавалось на вход АЦП 9. По окончании первого такта в первый регистр 10 запишется цифровой код Nor, соответствующий выражению

Nor Uor(t) Кпн КАЦП(13)

Во втором такте нг пход АЦП 9 через второй коммутатор 8 подается напряжение общей шины Dob В uroie формируется код N0f), оычислчется разность и записывается во второй регистр I1 Таким образом,по окончании второго этагм во втором регистре 12 сформиоован и хранится опорный цифровой код Np, относительно которого осуществл ются вся дальнейшая стабилизация амплитуды выходного напряжения генератора гармонических сигналов. Значение Np-i описывается выражением

Np3 No N06- Uor(t) Кпн-Uofi Кацп (14)

На третьем этапе - этапе стабилизации амплитудм выходного напряжения первый коммутатор 6 переводится в положение, при котором на вход преобразователя 7 напряжения подается сигнал UBr(t) с выхода усилителя 5 мощности Второй коммутзтор 8 в каждом цикле стабилизации подает на вход АЦП 9 сначала напряжение UBr(t) Кпн с выхода преобразователя 7 напряжет я а затем напряжение 110ь общей шины. Количество цик/юв стабилизации и алгоритм формирования стабилизирующего напряжения UCT с помощьк. второго РПП 15 и третьего ЦАП 18аналогичны формированию калибровочного напряжения UK (рис. Зм,н). Поэтому по аналогии с (9) можно записать

Ucr - Uon Кцапэ

(15)

где Кцапз - коэффициент преобразования

третьего ЦАП 18;

J - порядковый номер цикла стабилизации, Регулирующее напряжение на выходе

сумматора 20, на вход с которого поступает

стабилизирующее напряжение , будет

теперь иметь вид

UP2 Uon + UK + UCT Uor (1 -Кцап2 Х

4--

+ Киап31)

(16)

По окончании режима стабилизации по аналогии с (11) и (12) можно записать

Np3 NP4n;(17)

UoKt) Кпн - U06 Кацп UeKt) Кпн Uoh Кацп

(18)

илиUor(t) UBr(t)(19)

Наконец четвертый этап - эмп отслеживания - является продолжением этап стабилизации

Разница заключается лишь а том, что напряжение отслеживания U0r формируется вторым PC IG и четвертым ЦАП 19 с постоянным дискретом Д , определяемым разрядностью и коэффициентом преобразования четвертого ЦАП 19 К,ПП1 (фиг.За). По аналогии с (9) и (1) для отслеживающего напряжения можно записать

Uc

I IГП

Uor I/v

Г 1 Цг|П4

(fk - f.

1

(20)

номо р цик л;

JOT

2П к-1

где К - порядковый отслеживания ;

m - число циклов отслеживания

Число m может быть сколь угодно большим и выбирается из условия обеспечения долговременной стабильности выходной амплитуды генератора в задана х мредепах.

Очевидно, что значение дискрет ч ЛиЬт не должно превышчтп значении приращения стабилизирующего напряжения UCT в л-м цикле стабилизации

Таким образом, из выражения (19) видно, что в установившемся режиме (,n) амплитуда выходного сигнала генератора пропорциональна только амплитуде опорного сигнала UorW и не зависит от коэффициента Кпн. Это и обеспечивает достижение поставленной цели.

Для повышения быстродействия генератора на этапах калибровки первого ДАП 4 и стабилизации используется выход раи«н- ства кодов цифрового компаратора 13. В случае равенства кодов или во время любых i-ro или j-ro циклов этих этапов на выходе равенства кодов формируется управляющий сигнал (фиг Зп), по которому в первом РПП 14 или втором РПП 15 соответственно фиксируется текущее значение выходного цифрового кода и пклю

10

20

40

45

50

55

чается следующий этап работы генератора

(фиг, Зи, м).

Формула изобретения Генератор гармонических сигналов, содержащий последовательно соединенные задающий генератор первый реверсивный счетчик, блок постоянного запоминания и первый цифроаналоговый преобразователь, а также второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи, сумматор и источник опорного напряжения, выход которого соединен с входом опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точносги итабили- зации рмплитуды выходных сигналов, введены последовательно соединенные усилитель мощности, вход которо о соединен с выходом первого цифроаналогопэго преобразователя, первый коммутатор преобразователь напряжения, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый регистр памяти, вычитатель кодов, второй регистр памяти и цифровой компаратор, а также первый и второй регистры последовательного приближения, второй г,епррсиьный счетчик и блок синхронизации, при этом выход цифровою ко -тарап - pa соэдинен i; информационными алодЈми первого 1 второго pei истров последоватемь- ього приближения ii входом управления нэ- npa. ji .uir.iv счета ьпфсго реверсивного счетчика, входы второго, третье о и четвертого цифроаналоговых преобразователей соединены с выходами соответственно первою и второго регистров едпвспельно го приближения и второго ,юоерс1 .сною счетчика выходы второго, третьего и -шт пертого цифроаналоговых преобразо л, лей соединены соответственно с гич.л м вторым и третьим входами сумматора, чет- и ршй вход которого соединен с н одами опорного f апряж 2ния третьего и четьертого цифроаня/игогых преобразователей ; первым сигнальным входом второго KON м тэто- ра, управляющий вход Koropuio осдимен с первым выходом управления г тока синхронизации, выход сумматора -о динен с входом опорного напряг (ния пепоого цифроаналогового преобра осателя, выход которого соединен с другим входом персого коммутаюра и втормм сигнальным второго коммутатора, третий сигнальный г)ход которого соединен с общей шиной генератора iармонически сигнатов, выход сигнала окончания цикла преобразования аналого-цифрового преоСоазоватея выход равенства цифрового компаратора и выходы аполнену .я первого и гпгрого регистров последовательного приближения соединены с соответствующими входами блока синхронизации, другой вход цифрового компаратора соединен с выходом вычитателя кодов, другой вход которого соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя, первый и второй выходы сигнала записи блока синхронизации соединены с входами записи соответственно первого и второго регистров памяти, второй и третий выходы управления блока синхронизации соединены соответственно с входом управления первого коммутатора и управляющим вхоАЦПЭ

РЛПМ

ЦК13 РПП15

дом блока постоянного запоминания, тактовые входы первого и второго регистров последовательного приближения и второго реверсивного счетчика соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, выход сигнала установки исходного состояния блока синхронизации соединен с входами предварительной записи первого и второго регистров последовательного приближения, второго реверсивного счетчика и аналого-цифрового преобразователя, выход усилителя мощности является выходом генератора гармонических сигналов.

-V

БПЗЗ- 1

бЛЗЗ-2

РП-10 РП-12

РПП-К

РПП-15

РС-16

Фиг. гI-I

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в прецизион ных калибраторах переменною напряже ния. Цель изобретения - повышение точности стабилизации амплитуды выход ных сигналов. Генератор содержит задаю щий генератор 1,реверсивные счетчики(PC) 2 и 16, блок постоянного запоминания (БПЗ) 3. цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 4,17-19, усилитель 5 мощности, коммутаторы 6 и 8, преобразователь напряжения (ПН) 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, регистры 10 и 12 памяти, вычитатель 11 кодов, цифровой компаратор 13, регистры 14 и 15 последовательного приближения, сум- магор 20, источник 21 опорного напряжения и б/ю( 22 синхронизации Во время работы происходит предварительная калиброака сперва калибруется ЦАП 4. далее капибру- етгя ПН 7 I осле этого генератор переходит в режим стабилизации амплитуды а затем в режим отслеживания амплитуды Г оставленная цель достигается путем исключения влияния коэффициентапереда и ПН 7 3 ил (Л С L о ю о со 3