Устройство с программируемым и контролируемым регулированием коэффициента передачи Советский патент 1992 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве отсчет- ного и программного устройства при регулировании мощности в трактах приемно-передающей радиоаппаратуры различного назначения в радиотехнической промышленности и связи, где в качестве устройств с регулируемым коэффициентом передачи широко используют электрически управляемые аттенюаторы,

В общепринятых схемах управления отсчету вводимого аттенюатором ослабления не придавалось до сих пор особого значения в силу отсутствия достаточно точных и надежных схем управления указанными аттенюаторами.

Развитие цифровой интегральной схемотехники позволило разработать в этой области высокоточные схемы управления, что

выдвинуло насущную необходимость реализовать систему отсчета и контроля в устройствах с регулируемым коэффициентом передачи.

Известен электрически управляемый аттенюатор (см. авт. св. isfe 1078506, кл. Н 01 Р 1/22), содержащий линию передачи с p-i- n-диодами, источник управляющего напряжения, источник питания и управляющий транзистор, коллектор которого соединен с p-l-n-диодами, а база подключена к источнику напряжения, резистивный делитель, п транзисторов. При этом эмиттер управляющего транзистора подключен к резистивно- му делителю и эмиттеру первого транзистора, который соединен по схеме с общим коллектором. Эмиттеры остальных п-1 транзисторов подключены к соответствующим отводам резистивного делителя, а

XI

4 4

СЬ

Ч

их коллекторы и базы соединены соответственно с коллектором и базой управляющего транзистора.

Недостаток устройства - отсутствие масштабирования вводимого ослабления, т.к. существующее дискретное управление не определяет абсолютных величин коэффициента передачи и. кроме того, не индицируется срабатывание отдельных . составляющих резистивного делителя, что не дает возможности оценивать динамику работы делителя и снижает точность контроля.

Известно устройство для изменения масштаба входного сигнала (см. авт. св. № 417862, кл. Н 01 Р 1/22), содержащее делитель напряжений, соединенный через контакты реле с усилителем, сравнивающие элементы, реверсивный счетчик, через диодную матрицу и вентили подключенный к цифровому индикатору и к обмоткам реле, амплитудный детектор, включенный между выходом усилителя и общим входом сравнивающих элементов, выходы которых подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика через дополнительно введенные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого и последнего вентилей соответственно. Недостаток устройства - невысокая точность контроля, т.к. индикатор подключен к выходам группы вентилей, что не позволяет контролировать состояние последующих звеньев устройства, реле и их контактов, резистивного делителя. В результате отказ одного из них не обнаруживается. Кроме того, определить отказ даже контролируемых элементов невозможно, т.к. показания имеющегося индикатора сравнить fie с чем и судить о точности работы невозможно. По имеющейся индикации можно судить только о динамике работы устройства.

Наиболее близок по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению программируемый отсчетный ступенчатый аттенюатор на p-1-n- диодах (см. журнал Техника средств связи, серия Радиоизмерительная техника, М.: вып. 5,1977, с. 1-19;статья Г.Б.Дзехцера Проектирование широкополосных устройств управления СВЧ-мощностыо на n-диодах). Указанный аттенюатор содержит N-разрядный дешифратор, М-канальный переключатель, блок индикации, инвертор, блок токозадающих ключей, PIN-аттенюа- тор.

Устройство работает следующим образом, Входной сигнал .подается на полупроводниковый управляемый аттенюатор, коэффициент передачи которого определяется значением N-разрядного цифрового кода на входе дешифратора, который поступает от дистанционного управляющего устройства. Дешифратор преобразует полученный код

в команду управления переключателем, которая с выхода дешифратора поступает на вход М-канального переключателя, где по полученной команде формируется напряжение управления токозадающими ключами.

0 Сформированное напряжение с помощью инвертора согласуется с уровнями управления токозадающих ключей и поступает на вход блока указанных ключей. В данном блоке по пришедшему сигналу срабатывают ключи,

5 соответствуощие заданному дискрету ослабления и коммутирующие ток на общую нагрузку (диоды аттенюатора). Урооень ослабления опредепяется величиной тока, задаваемой токозадающим ключом или

0 группой ключей, причем определенному ключу или группе ключей соответствует заданное ослабление. Предусмотрена индикация работы программируемого отсчетного ступенчатого аттенюатора на p-i-n-диодах

5 по состоянию М-канального переключателя. Группа диодов PlN-аттенюатора управляется своим трехразрядным дешифратором и блоком токозадающих ключей.

Недостаток данного устройства в том ,

0 что при отсчете ослабления, вносимого PIN- аттенюатором в тракт СВЧ, индицируется только команда, пришедшая с N-разрядного дешифратора, т.е. задающее воздействие. В связи с указанным любой сбой в работе ин5 вертора, блока токоззда ош.их ключей не обнаруживается, что снижает точность контроля. Существенным недостатком устройства является также отсутствие информации о пришедшей управляющей команде,

0 т.к. индикатор фиксирует данные о работе дешифратора и М-канального переключателя. Последнее снижает точность контроля из-за отсутствия идентификации сбоя в работе дешифратора или М-канального пере5 ключателя.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет введения полного прослеживания исполнения задающего воздействия.

0 Поставленная цель достигается тем, что D устройство с программируемым и контролируемым регулированием коэффициента передачи, содержащее дискретный аттенюатор, к управляющему входу которого под55 ключей формирователь управляющего сигнала, включающий блок токозадающих ключей, выходы которого являются выходом формирователя управляющего сигнала, а каждый из токозадающих ключей выполнен

на транзисторе с токоограничивающим резистором в коллекторной цепи, и индикатор, подключенный к формирователю управляющего сигнала, при этом входы формирователя управляющего сигнала являются входом кода требуемого коэффициента передачи устройства, согласно изобретению, введены формирователь сигналов опроса в виде последовательно соединенных генератора импульсов, счетчика и дешифратора, выходы разрядов которого являются выходами формирователя сигналов опроса, выход сигнала сброса дешифратора подключен к входу сброса счетчика и элемента задержки, включенного между выходом генератора импульсов и V-входом дешифратора, и элемент сравнения, входы которого подключены к входам кода требуемого коэффициента передачи устройства и выходам индикатора, входы которого подключены к коллекторам транзисторов блока токозздоющих ключей формирователя управляющего сигнала, индикатор выполнен в виде инверторов, входы которых являются входами индикатора, элементов И-НЕ, одни входы которых подключены к выходам инверторов, а другие являются управляющим входом индикатора, и последовательно соединенных элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И-НЕ, счетчика и элемента памяти, выход которого является выходом индикатора, причем управляющие входы индикатора подключены к выходам формирователя сигналов опроса, Вход сброса счетчика и вход записи элемена памяти индикатора подключены соответственно к выходу сигнала сброса и выходу старшего разряда дешифратора формирователя сигналов опроса.

На фиг. 1 показана структурная схема стройства; на фиг. 2 представлены временные диаграммы процесса сравнения кодов. Устройство с программируемым и контролируемым регулированием коэффициена передачи содержит дискретный ттенюатор 1, к управляющему входу которого подключен формирователь 2 управляющего сигнала, включающий блок D окозадающих ключей, выходы которого явяются выходам формирователя 2 управляющего сигнала, а токозадающие ключи выполнены на транзисторах Ti,.,Tm с токоог- раничивающими резисторами Ri.,.Rm коллекорной цепи, индикатор 3, подключенный к ормирователю 2 управляющего сигнала, причем входы формирователя 2 являются входом кода требуемого коэффициента передачи устройства, формирователь 4 сигнаов опроса в виде последовательно оединенных генератора G импульсов, счетика D 8 и дешифратора D 9, выходы разрядов которого являются выходами формирователя 4 сигналов опроса, выход Мс сигнала сброса дешифратора D 9 подключен к сходу сброса счетчика D 8 и элемента D 10 задер- 5 жки, включенного между выходом генератора G импульсов и V-входом дешифратора D 9, и элемент 5 сравнения, выходы которого подключены к входам кода требуемого коэффициента передачи устройства и выхо- 10 дом индикатора 3, входы которого подключены к коллекторам транзисторов TI...TR блока D токозадающих ключей формирователя 2 управляющего сигнала, индикатор 3 выполнен о В1;де инверторов 15 D3.1...D3.m, входы которых являются входами индикатора 3, элементов И-НЕ D4.1...D4.rn, одни входы которых подключены к выходам инверторов D3.1...D3.m, а другие являются управляющим входом 0 индикатора 3 и последовательно соединенных элементов ИЛИ D5, пходы которых подключены к выходам элементов И-НЕ D4.1...D4,m, счетчика Оби элемента D 7 памяти, выход которого является выходом 5 индикатора 3, причем управляющие входы индикатора 3 подключены к выходам формирователя 4, рход сброса счетчика D 6 и вход записи элемента D 7 памяти индикатора 3 подключены соответственно к выходу 0 Мс сигнала сброса и выходу Мз старшего разряда дешифратора D 9 формирователя 4 сигналов опроса.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии регулируемый 5 радиосигнал подается на вход дискретного аттенюатора 1. коэффициент передачи которого определяется значением N-разрядного цифрового кода на входе дешифратора D 1 блока А формирователя 2 управляющего 0 сигнала, который поступает от дистанционного управляющего устройства. Логическая команда с выхода дешифратора D 1 поступает на вход М-канального переключателя блока В формирователя 2 управляющего 5 сигнала. М-канальный переключатель предназначен для преобразования логической команды дешифратора D 1 в команду управления токовыми ключами блока D формирователя 2 управляющего сигнала. Указанная 0 команда позволяет включить токовые ключи, соответствующие номеру выхода дешифратора D1 и выключить ключи, работающие перед этим. В конкретном устройстве дешифратор D 1 содержит микросхему 133ИДЗ с инвер- 5 сными выходами, в связи с чем М-канальный переключатель в блоке В, построенный на элементах И-НЕ серии 133ЛАЗ, воспринимает логический нуль с выхода дешифратора D 1 как логическую команду на включение соответствующих токозадающих

ключей. Поскольку имеется только один логический выход дешифратора D 1 на каждую кодовую комбинацию, а для задания необходимого управляющего тока на дискретный аттенюатор 1 в конкретном устройстве требуется разное число параллельно работающих ключей, разветвление команды с дешифратора D 1 на несколько то- козадающих ключей осуществляется с помощью М-канального переключателя и инверторов блока С формирователя 2 управляющего сигнала. Указанные команды поступают на вход блока D транзисторных токозадающих ключей. В коллекторах транзисторов Ti...Tm токозэдающих ключей стоят сопротивления Ri...Rm, определяющие ток через открытый ключ.

В конкретном примере устройства аттенюатор собрали на шести p-l-n-диодах, включенных параллельно тракту несущей частоты. Под действием тока, задаваемого токозадающими ключами блока D, p-I-n-ди- оды начинают шунтировать тракт несущей частоты, внося в него определенное ослабление, характеризуемое числом дискретов величины затухания радиосигнала. При настройке коллекторные сопротивления Ri...Rm токозадающих ключей блока D подбирают таким образом, чтобы включению тех или иных ключей под действием кодовой команды соответствовал определенный ток одновременно через все р-1-п-диоды аттенюатора, который в результате вносит в тракт соответствующее ослабление. . Все шесть каскадио включенных в тракт p-i-n-диодов представляют собой общую нагрузку в эмиттерах токозадающих ключей, Поскольку состояние транзисторов Ti...Tm токозадающих ключей по коллектору кош- ролируется с помощью инверторов D3.1 ,..D3.m индикатора 3, с выходов последних на первых входах двухвходовых логине- ских элементов I/1-HE D4.1...D4.m появляются сигналы, соответствующие изменившемуся состоянию транзисторов Ti...Tm токозадающих ключей.

Например, переход транзисторов Ti,..Tm в открытое состояние при полном насыщении соответствует логическому нулю на входе инверторов D3.1...D3.m (на коллекторе открытого транзисторз-близкое к нулю напряжение при включении транзистора по схеме с общим эмиттером), а на первые входы элементов D4.1...D4,m с инверторов D3.1...D3.m поступают логические единицы. Для индикации и контроля введенного ослабления требуется определить количество включенных токозадающих ключей. Опрос состояния ключей производится с помощью формирователя 4 сигналов опроса. Формирователь 4 представляет собой распределитель импульсов, предназначенный для последовательной передачи импульсов от генератора тактовой частоты

(ГТИ) G посредством счетчика D 8 на один из М выходов дешифратора D 9 в зависимости от порядкового номера импульсов последовательности. С выходов дешифратора D 9 опросные импульсы поступают на управля0 ющие входы индикатора 3, образованные вторыми входами элементов D4/1.,.D4.m. Хотя дешифратор D 9 - статический элемент, поступающие на его V-вход стробиру- ющие импульсы с элемента D 0 задержки

5 позволяют формировать опросный сигнал в виде импульса.

По импульсным опросным сигналам с выхода объединяющего элемента D 5, на входы которого сигналы в виде импульсов

0 поступают с элементов D4.1,..D4.m пачка импульсов поступает на счетчик D 6. Число импульсов в пачке равно числу открытых токозадающих транзисторов Ti...Tm. Указанное число в виде кода с выхода счетчика

5 D 6 поступает в элемент D 7 памяти, куда записывается опросным импульсом Мз. Выходы элемента D 7 памжи используются для непосредственной цифровой индикации и одновременно подключены на вторые вхо0 ды элемента 5 сравнения кодоо, на первых входах которого управляющим внешним устройством держится заданная команда на ослабление как минимум до получения сигнала Готовность. Данный сигнал указыва5 ет на соответствие отработанной команды заданной на входе устройства. По опросному импульсу Мс обнуляются счетчики D 6, D 8, поскольку результат контроля ужехранит- ся в элементе D 7 памяти. Затем цикл опро0 са повторяется, но элемент D 7 памяти хранит информацию, полученную в предыдущем цикле, до окончания последующего цикла опроса. Отсутствие сигнала, Готовность указывает на несовпадение входной

5 информации и функционального состояния аттенюатора. В результате автоматически обнаруживается отказ. Проверив входную команду и сравнив ее с показаниями индикатора, можно установить и цепь отказа. В

0 конкретном примере устройства включению каждоготокозадающего ключа соответствовало ослабление в 1 дБ. В связи с этим счетчик D 6 образует на выходах числовой код, соответствующий величине введенного

5 ослабления с дискретом в 1 дБ,

На фиг. 2 приведены временные диаграммы процесса сравнения кодов (заданного и опросного) для случая трехразрядного параллельного двоичного кода, соответствующего числу два. По указанной команде

включаются два токозадающих ключа на транзисторах Ti и Т 2 (фиг. 1), По первому тактовому импульсу цикла опроса контролируется наличие перехода в открытое состояние транзистора Ti, по второму-транзистора Jz. При условии, что оба транзистора находятся в режиме полного насыщения, на выходе элемента D 5 появляются следующие друг за другом два импульса, поступая на счетный вход счетчика D 6. Поскольку на вход уст- ройства поступила команда на включение двух ключей, при безотказной работе устройства на выходе счетчика D 6 по окончании цикла опроса появляется код числа два, и в память D 7 записывается указанный код. Так как на первом входе элемента 5 сравнения держится входная управляющая команда, а на втором его входе по окончании цикла опроса с выхода памяти D 7 появляется код числа два, на его выходе формиру- ется сигнал Готовность, информирующий внешнее управляющее устройство о выполнении заданной команды. При разных числовых кодах на входах элемента 5 сравнения сигнал Готовность отсутствует. Значит, по окончании цикла опроса внешнее управляющее устройство не получает подтверждения об исполнении заданной команды, и в результате не поступает следующая команда, а система информируется о наличии отказа. Использование изобретения позволяет синхронизировать поступление управляющих команд с процессом их отработки, что исключает, например, перерегулирование в системах автоматического регулирования, позволяет автоматически выявлять отказ в любом исполнительном звене вплоть до элементов объекта управления. Принципы, заложенные в описанное устройство, могут быть использованы и при других типах аттенюаторов или способах управления ими.

Например, в аттенюаторах на дискретных сопротивлениях переключение послед- них происходит с помощью реле. Контролируя состояние контактов реле и сравнения результат с управляющей командой, можно также синхронизировать исполнение команд и выявлять отказ в любом звене устройства. Или другой пример, В p-i-n-диод- ном аттенюаторе ослабление вводится токо- задающим ключом, соответствующим данной команде, остальные выключены. Тогда подсчитывается не количество включенных ключей, как по изобретению, а порядковый номер ключа. В этом случае счетчик считает импульсы формирователя сигнала опроса, а

импульс, возникающий в результате обнаружения открытого транзисторатокозадаю- щего ключа, останавливает работу счетчика. В результате порядковый номер, записанный в счетчике, указывает на введенное ослабление.

Формула изобретения Устройство с программируемым и контролируемым регулированием коэффициента передачи, содержащее дискретный аттенюатор, к управляющему входу которого подключен формирователь управляющего сигнала, включающий блок токозадающих ключей, выходы которого являются выходом формирователя управляющего сигнала, а каждый из токозздающих ключей выполнен на транзисторе с токоог- раничивающим резистором в коллекторной цепи, и индикатор, подключенный к формирователю управлпкщего сигнала, при этом входы формирователя управляющего сигнала являются входом кода требуемого коэффициента передачи устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство сведен формирователь сигналов опроса, выполненный в виде последовательно соединенных генератора импульсов, счетчика и дешифратора, выходы разрядов которого являются выходами формирователя сигналов опроса, а выход сигнала сброса дешифратора подключен к входу сброса счетчика, и элемента задержки, включенного между выходом генератора импульсов и V-входом дешифратора, и элемент сравнения, входы которого подключены входам кода требуемого коэффициента устройства и выходам индикатора, входы которого подключены к коллекторам транзисторов блока токозадающих ключей формирователя управляющего сигнала, индикатор выполнен в виде инверторов, входы которых являются входами индикатора, элементов И-НЕ, одни входы которых подключены к выходам инвертора, а другие являются управляющим входом индикатора, и последовательно соединенных элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И-НЕ, счетчика и элемента памяти, выход которого является выходом индикатора, причем управляющие входы индикатора подключены к выходам формирователя сигналов опроса, вход сброса счетчик и вход записи элемента памяти индикатора подключены соответственно к выходу сигнала сброса и выходу старшего разряда дешифратора формирователя сигналов опроса.

Код

ejRpat jt&ff(J8

t

ГотоВнссть

Использование: радиотехника приемно- передающая аппаратура. Сущность изобретения: устройство с программируемым и контролируемым регулированием коэффициента передачи содержит дискретный аттенюатор, формирователь управляющего сигнала, индикатор, формирователь импульсов опроса, включающий генератор импульсов, счетчик, дешифратор и элемент задержки, элемент сравнения, В устройстве осуществляется контроль за прохождением управляющего сигнала, что позволяет выявить отказ в любом элeмeнfe цепи формирования управляющего сигнала. 2 ил.

Фуг. 4

Фиг. г