Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H03K7/08 

На фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие заявляемый способ широтно-им- пульсного преобразования аналогового сигнала с равномерным сдвигом фаз для 4 каналов.

На фиг. 2 а изображен входной аналоговый сигнал и четыре опорных (пилообразных симметричных сигнала 1-4 с размахом, равным динамическому диапазону входного аналогового сигнала и равномерным

сдвигом фаз друг относительно друга на -% ,

где Т - период повторения пилообразного сигнала. По оси ординат весь диапазон изменения сигнала разбит на 4 зоны: 0, 1, 2, 3.

На фиг. 2 б изображен опорный сигнал, состоящий из суммы пилообразного сигнала с размахом, в N раз меньшим, чем пилообразный сигнал, изображенный на фиг. 2 а м постоянного сигнала, а также входной сигнал, переход которого из зоны в зону сопровождается уменьшением или увеличением опорного сигнала на постоянную величину, равную размаху пилообразного сигнала, и изменением фазы пилообразного сигнала на 180°.

На фиг. 2 в, 2 г. 2 д, 2 е изображены выходные широтно-модулированные импульсные сигналы, сформированные по результату сравнения опорного и входного сигналов. При этом в моменты первого пересечения входного сигнала с убывающими и вырастающими лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты первого канала (фиг, 2 в), в моменты пересечения - передний и задний фронты второго канала (фиг. 2 г). В моменты третьего пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты третьего канала (фиг. 2 д).

В моменты четвертого пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты четвертого канала (фиг. 2 е).

На фиг. 2 ж представлен сигнап, являющийся результатом сложения выходных импульсных последовательностей четырех каналов в общей нагрузке. На фиг. 3 изображен вариант выполнения дешифратора.

Изображенное на фиг. 1 устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала состоит из соединенных последовательно генератора 1 тактовых импульсов, счетчика 2 импульсов, генератора 3 пилообразного сигнала, сумматора 4, компаратора 5 дешифратора 6, а также преобразователя 7

аналогового сигнала. Вход преобразователя 1 аналогового сигнала является входом устройства.

Выход счетчика 2 импульсов соединен с вторым входом дешифратора 6, выходы которого являются выходами устройства. Первый кодовый выход преобразователя 7 аналогового сигнала подключен соответственно к третьему входу дешифратора 6 и второму входу сумматора 4.

Второй кодовый выход преобразователя 7 аналогового сигнала подключен к второму кодовому входу компаратора 5. Третий выход преобразователя 7 аналогового сиг

нала соединен с вторым входом генератора

3 пилообразного сигнала.

Входящие в устройство элементы могут быть выполнены следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов предназначен для формирования равномерной импульсной последовательности заданной скважности и может быть выполнен, например, по схеме мультивибратора.

Счетчик 2 импульсов может быть выполнен на логических ИМС типа 133 ИЕ5. Кодовый выход счетчика определяет значение пилообразного сигнала.

Генератор 3 пилообразного сигнала может быть выполнен на постоянном загтоминающем устройстве ПЗУ типа 556 РТ7, в котором записано два противофазных пилообразных сигнала. При этом второй вход - это один из разрядов (например, старший) адресной шины ПЗУ, на остальные разряды

которой подана кодовая последовательность с выхода счетчика. С шины данных ПЗУ снимается кодовая последовательность, соответствующая одному из симметричных пилообразных сигналов со сдвигом

фаз 180°. Выбор того или иного опорного сигнала осуществляется потенциалом на втором входе генератора 3 пилообразного сигнала, то есть на старшем разряде адресной шины ПЗУ. Преобразователь 7 аналогового сигнала преобразовывает входной аналоговый сигнал в кодовую последовательность и может быть выполнен на ИМС типа 1107 ПВ 2 (аналого-цифровой преобразователь - АЦП), При это log N старших

разрядов АЦП определяют номер, зоны входного сигнала, и выход этих разрядов является первым кодовым выходом, который соединяется с третьим входом дешифратора и с вторым входом сумматора.

Код на этом выходе определяет постоянное значение, которое добавляется к пилообразному сигналу, образуя опорный сигнал.

Все разряды на выходе АЦП 7 определяют значение входного сигнала и являются вторым кодовым выходом преобразователя.

Выход log N-ro разряда АЦП является третьим выходом преобразователя 7 аналогового сигнала и определяет момент перехода входного сигнала из одной зоны в другую. По этому сигналу изменяется фаза пилообразного сигнала.

Компаратор 5 служит для сравнения двух кодовый последовательностей и выдает сигнал логического нуля или логической единицы, если один из входных сигналов соответственно больше или меньше другого. Компаратор 5 может быть выполнен на ИМС типа 533СП1 и триггере 533ТМ2.

Дешифратор 6 предназначен для формирования импульсных последовательностей по результату сравнения двух сигналов таким образом, чтобы передние и задние фронты импульсов в последовательностях соответственно чередовались 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N. Дешифратор содержит ПЗУ и четыре триггера Т1, Т2, ТЗ, Т4. Первый вход дешифратора 6 соединен с D-входзми триггера Т1-Т4. Второй вход дешифратора 6 соединен с разрядами А2-А4 адресной шины ПЗУ. Третий вход дешифратора 6 соединен с разрядами АО, А1 адресной шины ПЗУ, Кроме того, разряды А5-А10 и VI адресной шины ПЗУ заземлены, а на входы V2 и V3 ПЗУ подан потенциал логической единицы. Выходы ПЗУ Д1, Д2, ДЗ, Д4 соответственно соединены со счетными входами С триггеров Т1, Т2, ТЗ, Т4, выходы которых являются выходами устройства.

Если N - это число зон,-равное числу пилообразных сигналов на фиг. 2 а, а за В и К принять текущие значения кода соответственно на третьем и втором входах дешифратора, то значение кода (Д), снимаемого с шины данных ПЗУ, определяется таблицей.

Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал поступает на вход преобразователя 7 аналогового сигнала, где с тактовой частотой происходит дискретизация этого сигнала по времени и квантование по уровню. На выходе преобразователя 7 аналогового сигнала формируется двоичная кодовая последовательность заданной разрядности А, причем А log N, где N - число зон и число импульсных выходов всего устройства. В компараторе 5 происходит сравнение А разрядов кодовой последовательности входного сигнала с кодовой последовательностью опорного сигнала, равной сумме кодовой последовательности пилообразного сигнала, разрядностью A -log Nикодовойпоследовательности постоянной

составляющей разрядностью А, где log N старших разрядов определяют номер зоны. в которой находится входной сигнал, а младшие А - log N разряды равны логическому нулю.

Кодовая последовательность постоянной составляющей опорного сигнала формируется из log N старших разрядов АЦП 7.

0 При переходе из одной зоны в другую изменяется код старших log N разрядов АЦП 7 на единицу, а величина опорного сигнала (выходной код сумматора 4) при этом изменяется на размах пилообразного сигнала.

5 Кроме того, при переходе входного сигнала из одной зоны в другую изменяется на 180° фаза пилообразного сигнала. Управляющим сигналом для изменения фазы является log N-й разряд выходной кодовой последова0 тельности на третьем выходе преобразователя 7 аналогового сигнала, который подан на адресную шину ПЗУ генератора 3 пилообразного сигнала.

Сравнение входного аналогового сигна5 ла с опорным сигналом позволяет формировать N импульсных последовательностей с широтно-импульсной модуляцией (N каналов), равномерно сдвинутых друг относительно друга и с линейным преобразованием

5 входного сигнала в каждом канале,

При этом передние фронты импульсных напряжений в каждом канале формируют в моменты пересечения входного аналогового сигнала с убывающими лучами опорного (пилообразного) сигнала, представленного

0 на фиг. 2 б, а задние фронты - с возрастающими. Очевидно, что этот способ требует формирования одного, изменяющегося по фазе на 180° пилообразного сигнала каждый раз при переходе из одной зоны в дру5 гую. При этом внутри генератора 3 пилообразного сигнала можно формировать два инверсных пилообразных сигнала и коммутировать их на выходе по управляющему сигналу, подаваемому на второй вход

0 генератора 3 пилообразных сигналов. Это и делается в приведенном выше примере реализации генератора на ПЗУ.

На фиг. 2 а обозначены зоны 0, 1, 2, 3. В пределах каждой зоны опорный сигнал

5 представляет собой симметричный пилообразный сигнал с размахом и периодом повторения, в 4 раза меньшим каждого из четырех исходных пилообразных сигналов с размахом, равным размаху входного аналогового сигнала и с фазой, изменяющейся на 180° С при переходе из одной зоны в другую. Именно этот в п раз меньший пилообразный сигнал и формируется в генераторе 3 пилообразного сигнала.

Выходной сигнал с компаратора 5(логические О или Г), соответствующий результату сравнения двух входных кодовых последовательностей, подается на первый вход дешифратора 6, то есть на входы D выходных триггеров дешифратора 6.

Таким образом результат сравнения переписывается на выход того триггера, номер которого соответствует номеру пилообразного сигнала с динамическим диапазоном изменения, равным выходному аналоговому сигналу с входным аналоговым сигналом (фиг. 2 а).

Для того, чтобы информация с компаратора 5 записывалась в нужный триггер, соответствующий установленной очередности фронтов, в ПЗУ дешифратора б должно происходить преобразование текущего номера или полупериода пилообразного сигнала, поступающего со счетчика 2 импульсов на второй кодовый вход дешифратора 6 (код показан на фиг. 2 а снизу), в соответствующий номер триггера. Этот номер показан на фиг. 2 а сверху.

Этот достигается, если в дешифраторе б происходит преобразование кода в соответствии с таблицей. На фиг. 2 ж показан сигнал, который получается в результате сложений сформированных в устройстве импульсных последовательностей в одной нагрузке.

Заявляемый способ и устройство по сравнению с прототипом имеют следующие преимущества: формируются импульсные последовательности, соответствующие идеальной многоканальной ШИМ, в которой отсутствуют скачки фаз во всем динамическом диапазоне изменения входного аналогового сигнала, то есть преобразование входного аналогового сигнала более линейно, чем в прототипе.

Формул.а изобретения

1. Способ многоканального широтно- ммпульсного преобразования аналогового сигнала, заключающийся в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного сигнала на постоянное значение, равное размаху пилообразного сигнала всякий раз

Таблица прожига

при снижении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения

выходных широтно-модулировэнных импульсных последовательностей, отличающийся тем, что, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей. изменяют фазу пилообразного сигнала на 180° каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, а передние и задние фронты выходных импульсных последовательностей формируют последовательно 1. 2, 3 ... N. 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнения входного сигнала с убывающими и возрастающими лучами опорного сигнала. 2. Устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, содержащее соединенные последовательно генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, выходы которого являются выходами

устройства, а также генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей,

дополнительно введены преобразователь аналогового сигнала и счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом генератора тактовых импульсов, а кодовым выходом - с входом генератора пилообразного сигнала и с вторым входом дешифратора, вход преобразователя аналогового сигнала является входом устройства, первый кодовый вход подключен к третьему входу дешифратора и второму входу сумматора, второй кодовый выход подключен к второму входу компаратора, а третий выход подключен к второму входу генератора пилообразного сигнала.

дешифратора 6.

Продолжение табл.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи. Способ заключается в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного Сигнала на постоянное значение, равное размаху пилоИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи. Целью настоящего способа является повышение линейности преобразования входного аналогового сигнала в каждом канале за счет устранения скачка фазы в каждом канале и создания равномерного сдвига фаз образного сигнала всякий раз при уменьшении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, изменении фаз пилообразного сигнала на 180° С каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения N выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей, передние и задние фронты которых формируют последовательно 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнения входного сигнала с возрастающими и убывающими лучами опорного сигнала. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, преобразователь аналогового сигнала. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. между каналами во всем динамическом диапазоне изменения напряжения входного аналогового сигнала. Целью изобретения является повышение линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последо вател ьностей. На фиг. 1 показана блок-схема устройства многоканального широтно-импульсно- го преобразования аналогового сигнала. Ё 00 00 о 00 00

Вход

фиг. /

Выход

а

5

В

г д е

ж

Фиг 2

фиг.З