Способ формирования широтно-модулированной импульсной последовательности и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H03K7/08 

U0+

2 Ui cos 2 яп

т

-О, l 1. К.

п 1

Устройство для осуществления способа формирования широтно-модулированной импульсной последовательности содержит широтно-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной, а также цифроаналоговый преобразователь и синхронное устройство управления, выход тактовых импульсов которого соединен с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного устройства управления, а выход - с выходной шиной устройства

Частотный спектр сигнала с тональной односторонней широтно-импульсной модуляцией первого рода (ОШИМ1) детально рассмотрен а работе 1, с. 216, 230-233, на основе которой можно получить следующее

Вид частотного спектра сигнала с ОШИМ1, полученный из соотношения (1), показан на фиг. 1 При демодуляции этого сигнала с помощью фильтра низких частот

(ФНЧ), идеализированная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) которого приведена на фиг. 1 пунктиром, неизбежно возникают демодуляционные искажения. Эти искажения обусловлены тем, что в полосу частот пропускания ФНЧ, помимо полезной составляющей спектра с частотой Q , попадают компоненты спектра в первую очередь вида со - I Q,

Демодуляционные искажения можно

несколько ослабить за счет уменьшения частотного диапазона преобразуемого сигнала и соответствующего уменьшения полосы частот пропускания ФНЧ, что является одним из недостатков известных сигналов с

ОШИМ1.

Формируя сигналы с ОШИМ1 по предлагаемому способу, можно не только избежать уменьшения частотного диапазона преобразуемого сигнала, но и при необходимости существенно расширить его. Такая возможность основана на подавлении в частотном спектре ряда низкочастотных спектральных зон, образуемых первыми гармониками (а, 2 юи соответствующими боковыми составляющими о) ± Q,

2 ю ± I Q Ко) ± I Q , для которых

«. В этом случае демодуляционные искажения могут возникнуть за счет компонентов спектра вида (К+1)CD- IQ , уровень которых в силу свойств функций Бесселя значительно ниже компонентов вида о) - I Q.

Для осуществления намеченной процедуры подавления, в частности первой спектральной зоны частотного спектра, образуемой первой гармоникой сои боковыми составляющими а ± Q, достаточно на каждом тактовом интервале Т исходный широтно-модулированный импульс с амплитудой Uo дополнить двумя широт- но-модулированными и симметрично расположенными импульсами относительно исходного импульса При этом одинаковые амплитуды Ui дополнительных импульсов, имеющих идентичные с исходным длительности TO, коэффициенты модуляции т и один и тот же модулирующий сигнал sin(Q t + f) должен выбираться из уравнения

Uo + 2lhcoswTi 0,

(Uo+2Ui)T0 (U

00

n 1

где t - смещение (фаза) передних фронтов

без учета знака каждого из двух дополни- 3$

тельных импульсов относительно передне- xma.sin(Qt )+ 5)

го фронта исходного импульса с амплитудой

Uo (фиг. 2).

Для доказательства условия (2) можно

воспользоваться выражением для частот- 40 -Дгмакс sin (Qt+y)}, ного спектра 1, с.216 исходной широтно- модулированной последовательности импульсов с амплитудой U0

х { sin n ш (t+ -j-) - sin

Из соотношения (5 спектральную зону п, ра гармоники п (о и предст ющими п ш ± I Q в след

UOoiunMl(t) :

U0T0

- -mT-sln(Qt+)+ 45

5

и. Ј J.{,inna(t-Ј-п 1 П7Г

-sin поф--у--ДтМакс sln(Qt+p)}

(3)

Используя формулу (3) применительно к последовательностям широтно-модулиро- ванных дополнительных импульсов с амплитудами и принимая во внимание тригонометрическое соотношение sln(a+/J) + sln(a fi) 2sin a -sin ft, можно получить выражение для спектра суммарного сигнала обеих последовательностей дополнительных импульсов:

июшим1(1) - 2 U Го + iryHn (Qt )

20

00

+1

t, --г- cos n WTI{ sin п ш( t+ 4

4П ЛЈ.

25

Sin n(W t-4p- ДГмакс Sln(Qt+p)}

30

(4)

Из выражений (З) и (4) находят частотный спектр всех трех последовательностей импульсов (фиг. 2):

UloilJHMl(t)

(Uo+2Ui)T0 (U0+2Ui)T0 v

Т Irt fX

00

n 1

3$

xma.sin(Qt )+ 5)

2Т

Up +2 Ui COS П (ОТ

пя

-Дгмакс sin (Qt+y)},

х { sin n ш (t+ -j-) - sin n -j

(5)

-Дгмакс sin (Qt+y)},

Из соотношения (5) можно выделить спектральную зону п, располагаемую вокруг гармоники п (о и представляемую составляющими п ш ± I Q в следующем виде1

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в устройствах автоматического управления, связи и измерительной техники. Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет подавления низкочастотных спектральных зон частотного спектра сигнала. Цель изобретения достигается путем формирования на временном интервале дополнительных 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией симметрично расположенных относительно центрального импульса, амплитуда и сдвиг которых определяются по приведенной формуле. Устройство для осуществления способа содержит широтно- импульсный модулятор 2. Введение в него дополнительно синхронного блока управления 1 и перемножающего цифроаналогово-1 го преобразователя 3 позволило обеспечить формирование широтно-модулированной импульсной последовательности в соответствии с предложенной формулой. 3 ил. У t

-„1Д5 пп и -1г 1 +

+ (Qt+y)} ,

которое можно преобразовать к виду

Uo TO . Do TO

Из выражений (5) и (6) следует, что вы рая соответствующим образом амплит Ui дополнительных импульсов, можно давить в спектре сигнала (фиг. 2) люб

4JQ I. О,/Г I ,« w W..-. «.. ..4..V V -I «

иоошим1( + 2 т mrs ( спектральную зону п ш ± I Q . Условие

50

Uoin(t)

Uo +2 Ui cos nojTi n л

5

x { sin n ft) (t+ -y-) - sin n w t- -y- -ЛГмакс Sin(Qt+)},

(6)

Из выражений (5) и (6) следует, что выбирая соответствующим образом амплитуды Ui дополнительных импульсов, можно подавить в спектре сигнала (фиг. 2) любую

« w W..-. «.. ..4..V V -I «

спектральную зону п ш ± I Q . Условие

подавления такой зоны вытекает из равенства

(6):

U0 + 2Uicosn ш ri 0(7)

Условие подавления первой зоны (ш ± I Q) выполняется при п 1. Тогда из уравнения (7) находят соотношение U0 + +2Uicosn во n 0 . совпадающее с равенством (2).

Доказав условие (2), можно прийти к выводу, что для подавления К первых зон частотного спектра сигнала с ОШИМ1 необходимо такой сигнал сформировать из 2К+1 последовательностей с ОШИМ1, имеющих одинаковые длительности т0 немодулированных импульсов, одинаковые коэффициенты модуляции гл-г и один и тот же модулирующий сигнал sln(Q t + ф. При этом на каждом тактовом интервале Т 2К импульсов располагают еимметрично(по передним фронтам) относительно среднего импульса с амплитудой Uo, амплитуды Ui симметрично располагаемых импульсов и их фазы т должны выбираться в соответствии с системой уравнений, в которых использовано соотношение

Uo+ |

п 1

2Uicos 2л-п - 0, 1 1, К,

(8)

2л

являющейся обобщением условия (7).

Система уравнений (8) имеет бесконечно большое число решений, которое можно уменьшить, введя некоторые реальные ограничения. В частности,таким ограничением является выбор амплитуд Ui импульсов с ОШИМ1, принимающих два значения +Uo или -Uo. что позволяет упростить формирование импульсных последовательностей. При этом из системы уравнений (2) находят значения фаз ть

В других случаях из-за удобства формирования может оказаться целесообразным равномерное (по передним фронтам) расположение с шагом г всех 2К+1 импульсов на каждом тактовом интервале, т.е. г т. При этом, чтобы исключить перекрытие отдельных импульсов последовательностей с ОШИМ1 необходимо учитывать условие

t nv JL 1 При этом условие (8) примет

/ IX Г 1

следующий вид:

Ј 2 Ui cos 2л n

n 1

IT Т

0,1 1, К (9)

Пример. Формируют широтно-мо- дулированный импульсный сигнал по предлагаемому способу, обеспечивающий подавление в частотном спектре первой

спектральной зоны (К 1).

В первом примере потребуется на каждом интервале преобразования Т формировать по три импульса, применительно к которым условие (8) примет следующий вид:

U0 + 2Uicos 2д - 0,

(10)

Приняв Т б т , из уравнения (10) находят

Uo + 2Uicos 60° 0, откуда Ui -U0. Предлагается устройство для осуществления изложенного способа формирования широтно-модулированной последовательности, функциональная схема устройства приведена на фиг. 3. Устройство состоит из синхронного блока управления 1, широтно- импульсного модулятора 2 и перемножающего цифроаналогового преобразователя

(ЦАП) 3, при этом выход запускающих импульсов синхронного блока управления 1 соединен с запускающим входом широтно- импульсного модулятора 2, выход которого соединен с входом опорного сигнала ЦАП 3,

цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления , а выход - с выходной шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

На каждом тактовом интервале Т модулятор 2 запускается от синхронного блока управления 1 (2К+1) раз и вырабатывает на выходе соответственно (2К+1) неперекрывающихся импульсов с QLLJHM1. Эти импульсы, модулированные по длительности и имеющие фиксированную амплитуду U0 в момент формирования импульсов и равные нулю в остальное время, подаются на вход опорного сигнала ЦАП 3. В интервалах между каждым из (2К+1) запусков модулятора 2 синхронный блок управления 1 вырабатывает коды в параллельной форме, поступающие на цифровые входы ЦАП 3. В этом случае амплитуда и полярность выходных

импульсных сигналов ЦАП 3 будут определяться значениям кодов на его цифровых входах, а длительных импульсных выходных сигналов будет задаваться выходными сигналами широтно-импульсного модулятора 2. При соответствующем выборе и формировании кодов в синхронном блоке управления 1, а также интервалов запуска модулятора 2, на выходе ЦАП 3 можно сформировать широтно-модулированную импульсную последовательность в полном

соответствии с условиями для изложенного выше способа формирования широтно-мо- дулированной импульсной последовательности.

Формула изобретения 1. Способ формирования широтно- модулированной импульсной последовательности, включающий формирование на равных тактовых интервалах длительностью Т импульсов с амплитудой U0 и с односторонней широтно-импульсной модуляцией, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона преобразуемого сигнала, на каждом тактовом интервале длительностью Т формируют дополнительно еще 2К импульсов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, причем все 2К+1 импульсов располагаются на тактовом интервале равномерно со сдвигом по фазе на величину т, амплитуда среднего импульса устанавливается равной Do. а амплитуда DI остальных импульсов, симметрично располагаемых в

обе стороны от среднего импульса, устанавливаются в соответствии с системой уравнений

U0 +

п 1

2 Ut cos In n - 0,1

rr.

2. Устройство для формирования широтно-модулированной импульсной последовательности, содержащее широт- но-импульсный модулятор, аналоговый вход которого соединен с входной шиной, отличающееся тем, что в него дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь и синхронный блок управления, выход запускающих импульсов которого соединен с запускающим входом широтно-импульс- кого модулятора, выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналого- вого преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами синхронного блока управления, а выход - с выходной шиной устройства.