Резонансный интегратор со сбросом Советский патент 1992 года по МПК G06G7/18 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники, в частности, к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных и квазинепрерывных сигналов на высоких и промежуточных частотах, а также для непосредственного преобразования амплитуд гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код.

Известен резонансный интегратор со сбросом, содержащий селективную цепь прямой передачи сигнала в составе первого ключа балансного электронного коммутатора на входе, частотно-избирательной мостовой схемы с фазовращателем и кварцевым резонатором и выходных каскадов, и цепь

отрицательной обратной связи в составе усилителя, фазовращателя и второго ключа коммутатора, выход которого соединен с выходом первого ключа (см. авт.св. СССР № 359668, 1972 г.). Это устройство принято за прототип.

Однако недостатком известных устройств являются ограниченные функциональные возможности.

Так, известный резонансный интегратор со сбросом, обладая линейностью интегрирования огибающей входного сигнала на резонансной частоте и пропорциональностью амплитуды накопленных колебаний амплитуде входного радиосигнала, а также частотной селективностью-при расстройке

VI

XI

J

GJ СП

ел

частоты несущей входного сигнала относительно резонансной,не имеет способности цифрового отсчета амплитуды накопленных колебаний, что необходимо при его использовании в современных аналого-цифровых селективных устройствах с микропроцессорами или мини-ЭВМ. Наоборот, известный интегрирующий на постоянном токе АЦП, обладая цифровым отсчетом величины постоянного напряжения, не имеет способности цифрового отсчета амплитуды переменного (вч, пч) напряжения без добавления на входе специальной схемы линейного детектирования и при этом не обладает резонансной селективностью.

Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросом за счет возможности непосредственного использования в аналого-цифровых устройствах.

Сущность изобретения заключается в том. что путем обеспечения постоянства амплитуды выходных колебаний интегратора в цепи обратной связи с помощью компаратора в виде меандра и подаче его в противофазе на вход интегратора только на интервале сброса достигается линейность обратного интегрирования собственных колебаний (линейный сброс вместо экспоненциального, как в прототипе) и, соответственно, пропорциональность времени сброса амплитуде входного сигнала и частотной характеристике интегратора. А путем подсчета числа периодов собственных колебаний интегратора за время сброса с помощью цифрового счетчика достигается цифровой отсчет амплиту- ды накопленных колебаний без детектирования и без дополнительного АЦП.

Такое техническое решение обеспечивает как выполнение основной функции резонансного интегратора - частотной селективности за время интегрирования, так одновременно и оыполнение дополнительной функции - оцифрения амплитуды накопленных колебаний за время сброса, что существенно расширяет функциональные возможности резонансного интегратора со сбросом.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: t - первый ключ балансного электронного коммутатора; 2 - частотно-избирательная мостовая схема с кварцевым резонатором; 3 - усилитель; 4 - второй ключ балансного электронного коммутатора; 5 - потенциометр установки уровня амплитуды колебаний обратной связи; б - компаратор; 7 - элемент И; 8 - дифференцирующий элемент; 9 - цифровой счетчик.

Устройство состоит из цепи передачи

сигнала, содержащей ключ 1 балансного электронного коммутатора, мостовую схему с кварцевым резонатором 2 и усилитель 3, из цепи отрицательной обратной связи, содержащей компаратор 6, потенциометр 5

0 установки уровня амплитуды колебаний обратной связи и второй ключ 4 балансного электронного коммутатора, и из цепи оцифрения, содержащей элемент И 7, дифференцирующий элемент 8 и цифровой счетчик 9.

5 Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает сигнал в виде радиоимпульсов длительностью Ти или непрерывного гармонического колебания

0 (фиг. 2,а) с частотой заполнения fc. Одновременно с этим на оба ключа 1 и 4 балансного электронного коммутатора, на элемент И 7 и дифференцирующий элемент 8 подается импульс работы интегратора (ИРИ) низкого

5 уровня (фиг. 2,б) длительностью Ти, при этом ключ 1 коммутатора открывается, а ключ 4 закрывается. Поэтому цепь прямой передачи сигнала оказывается замкнутой, а цепь обратной связи разомкнутой.

0

Входной сигнал с амплитудой Ки поступает на вход мостовой схемы 2 (фиг. 2,в) и при (rfle fo- резонансная частота схемы 2) на его выходе возникают линейно нара5 стающие колебания (фиг. 2,г) за счет высокой добротности кварцевого резонатора, которые через усилитель 3 поступают на аналоговый выход устройства. По окончании времени Ти импульс ИРИ переходит в

0 высокий уровень (фиг. 2,6), ключ 1 коммутатора запирается, а ключ 4 отпирается, при этом входной сигнал на схему 2 прекращается, колебания на выходе схемы 2 достигают максимальной амплитуды Ей (фиг. 2,г) и

5 далее сохранялись бы постоянными за счет высокой добротности кварцевого резонатора, но цепь отрицательной обратной связи замыкается и эти колебания после усиления о усилителе 3 и превращения в компараторе

0 6 в меандр постоянной амплитуды через потенциометр 5 и ключ 4 поступают в противофазе на вход схемы 2 с амплитудой Uc (фиг. 2,в). В результате этого в схеме 2 начинается обратное интегрирование в виде нейно спадающих колебаний, которые существуют в течение времени сброса Тс (фиг. 2.г) пока не исчезнет меандр на выходе компаратора 6 (фиг. 2,д). Меандр прекращается, когда амплитуда линейно спадающих колебаний на входе компаратора б становится меньше опорного напряжения Uo. близкого к нулю.

Так как амплитуда накопленных за время Ти колебаний Еи пропорциональна амплитуде входного сигнала UH, а время линейного сброса Тс пропорционально Еи, то Тс оказывается пропорциональным ии и может быть измерено числом периодов меандра за это время. Для такого цифрового отсчета меандр с выхода компаратора 6 подается на элемент И 7, который закрыт низким уровнем импульса ИРИ и отпирается высоким уровнем ИРИ в конце времени Ти, в результате чего меандр поступает на счетный вход цифрового счетчика 9, который и подсчитывает число периодов меандра, равное числу периодов 1/Го собственных колебаний схемы 2, за время сброса Тс, и тем самым формирует цифровой код амплитуды входного сигнала 11и в виде состояния разрядов счетчика 9. Выходы этих разрядов представляют цифровой выход устройства.

Дифференцирующий элемент 8 служит для установки цифрового счетчика 9 на нуль в начале импульса ИРИ, вырабатывая импульс сброса счетчика (фиг. 2,е). На интервале Т0-(Ти+Тс) число, выработанное счетчиком9, сохраняется неизменным, и величина этого интервала определяет цифровую память устройства.

На фиг. 2, а, в, г пунктиром показан случай, когда амплитуда входного сигнала равна IW2, при этом амплитуда накопленных колебаний становится Еи/2, а длительность сброса Тс/2, т.е. линейность отсчета сохраняется.

В общем случае, когда fc/fo, т.е. при расстройке частоты fc входного сигнала относительно резонансной частоты fo схемы 2, для амплитуд его выходных колебаний на интервалах Ти и Тс справедливо уравнение

Еи ииАТи sintf(rc-fo)(fc-foVJVll

UcATc UcAN/fo,

где А - величина, обратная постоянной времени схемы 2, N - число периодов колебаний интегратора за время Тс. Следовательно,

I sin л(Гс-то)(Мо)ТиЗ I , т.е. число N на цифровом выходе устройства пропорционально амплитуде входного сигнала UH и модулю частотной характеристики резонансного интегратора типа slnX/X с полосой пропускания . Постоянство Uc и foTtf обеспечивается схемой и параметрами устройства.

Форма выходных колебаний схемы 2 при расстройке (fc-fo)4/3 показана на фиг. 2,ж, а соответствующий этому отрезок меандра на счетном входе счетчика 9 - на фиг.

2.и. При fc-foTc THUn/Uc, т.е. максимальное время сброса Тс при заданных Ти и 11и определяется только подбором амплитуды колебаний обратной связи Uc. Резонансная

частота fo схемы 2 определяется соотношением fo NM/Tc и не может быть выбрана произвольно,

Максимальное число NM определяется динамическим диапазоном выходных сиг0- налов резонансного интегратора D. т.е. , а опорное напряжение Uo компаратора б определяется как Uo EnK/D, где К - коэффициент усиления усилителя 3.

Число разрядом п цифрового счетчика 9

5 определяется значением NM и связано с ним известными соотношениями:

- для дзоичного счетчика -для десятичного счетчика rHgNM. Преимуществом предлагаемого устрой0 ства является возможность использования его непосредственно в аналого-цифровых системах обработки сигналов или сбора данных в качестве частотно-избирательного селектора с одновременным преобразова5 нием результата селектирования в цифровой код без детектирования и без траты дополнительного времени и оборудования на оцифрение. При этом обеспечивается повышение быстродействия (в 20-200 раз) и

0 динамического диапазона оцифрения (на 20-30 дБ) за счет использования при оциф- рении высокочастотных колебаний резонансного интегратора по сравнению с параметрами стандартного интегрирующе5 го оцифрителл постоянного напряжения. Кроме того, упрощается система опроса резонансных интеграторов в многоканальных аналого-цифровых корреляторах или фурье- процессорах за счет использования цифро0 вого выхода устройства, когда иместо аналоговых ключей опроса, обладающих помехами коммутации, уменьшающими динамический диапазон аналогового выхода, можно использовать стандартные элементы

5 И. работа которых не влияет на динамический диапазон цифрового выхода. Устройство также не требует специального тактового генератора, так как для оцифрения используются стабильные собственные колебания

0 кварцевого резонатора, и поззоляэг упростить управление длительностью сброса интегратора.

Предлагаемое устройство может быть широко использовано а качестве селектив5 ного цифрового вольтметра или селективного оцифрителя в аналого-цифровых спектроанализаторах. Оно легко реализуемо в интегральном виде наподобие БИС интегрирующего аналого-цифрового преобразователя постоянного напряжения

типа К572ПВ2, КР572ПВ2, но с большим быстродействием и большей разрядностью выходного числа.

Формула изобретения Резонансный интегратор со сбросом, содержащий частотно-избирательную мостовую схему с кварцевым резонатором, балансный коммутатор из двух ключей, информационный вход первого из которых соединен с информационным входом интегратора, а выход - с выходом частотно-избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, выход которой соединен с входом усилителя, управляющие входы ключей балансного коммутатора соединены с входом сброса интегратора, отличающийся тем, что, с целью расширения

области применения за счет непосредствен- ного использования в аналого-цифровых устройствах, в него введены последовательно соединенные компаратор и элемент И, источник опорного напряжения, счетчик, дифференцирующий элемент, вход которого соединен с входом сброса интегратора и с другим входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход которого является цифровым выходом интегратора, а вход сброса счетчика соединен с выходом дифференцирующего элемента, первый оход компаратора соединен с выходом усилителя, являющимся аналоговым выходом интегратора, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных сигналов, а также для непосредст- венного преобразования амплитуд гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код. Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросом. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены компаратор, элемент И, дифференцирующий элемент и счетчик опорного напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, вход компаратора - с выходом усилителя, являющимся также аналоговым выходом устройства, выход компаратора соединен с входом второго ключа балансного коммутатора и с одним из входов элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вход дифференцирующего элемента соединен с входами обоих ключей и с вторым входом элемента И, а выход - с входом сброса цифрового счетчика. 2 ил. у Ј

Вход

roisj/iix ГЦ Stood

Аьрлог

Фиг.1

ТГРТ

цифрс&й-L k lk

Сиюд (и разряда

roisj/iix Stood

АьрлогсЗый

Г)

-t