Цифро-аналоговый полиномиальный преобразователь Советский патент 1979 года по МПК H03K13/03 

Изобретение относится к комбиниро ванной вычислительной технике и может найти применение в устройствах автоматического управления и других областях техники, где требуется выполнение полиномиального преобраэо-вания над величинами, представленными в двоичном коде, с выдачей резуль тата в виде напряжения постоянного тока u--Uo(ao- °iV°2N,c,N (1) где N - преобразуемый двоичный код; и -выходное напряжение устройства; , а , а , а - коэффициенты функционального преобразования,произ вольные как по величине, так и по знаку; у - значение налряжения источника опорного напряжения. Известно устройство, решающее ана логичную задачу, состоящее из операционного усилителя, источникаопорно го напряжения, генератора счетных импульсов и схемы сравнения кодов U Однако это устройство позволяет выполнить не полиномиальное преобразование код-анал:ог , а логарифмическое. Кроме того, вследствие сложности и громоздкости оно обладает низкими показателями точности и надежности . Известен цифроаналоговый квадратичный преобразователь, реализую1ций частный случай полиномиального (квадратичного) преобразования за счёт последовательного включения во входную цепь операционного усилителя с усредняющей RC-цепью в обратной связи управляемой линейной цифровой проводимости и широтно-управляемого электронного аналогового однополюсного ключа 2 , В состав известного преобразователя входят операционный усилитель постоянного тока с усредняющей RCцепью в обратной связи, блок управляемой линейной цифровой проводимости, электронный аналоговый однополюсный ключ, источник опорного напряжения постоянного тока, генератор счетных импульсов, двоичный счетчик и схама сравнения двоичных кодов. Функциональные возможности этого устройства ограничены, так как оно реализует только квадратичную зависимость. Кроме того, оно характеризуется невысокой точностью из-за напичия во входной цепи операционного

усилителя широтно-управляемого электронного аналогового однополюсного

ключ а.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности преобразования код-аналог.

Достигается это тем, что в цифроаналоговый полиномиальный преобра-г зователь, содержащий генератор счетных импульсов, двоичный счетчик счетных импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам линейной цифро-управляемой проводимости, включенной последовательно с источником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока с усредняющей КС-цепью в обратной свя.эи, введены генератор тактовых импульсов, триггер, группа элементов И, элемент И, квадратичная цифроуправляемая проводимость, линейная импульсно-управляемая проводимость, постоянная проводимость и двухпозиционные переключатели, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика, счетный вход двоичного счетчика через элементИ подключен к выходу генератора счетных импульсов, причем второй вход элемента И соединен .с прямым выходом триггера, кодовые шины преобразуемой цифровой величины через группу элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов двоичного счетчика, к входу операционного усилителя подключена цепь из последовательно соединенных через первый двухпозиционный переключат€2ль квадратичной цифро-управляемой проводимости и источника опорного напряжения постоянного тока, которая зашунтчрована линейными цифро-управляемой и импульсно-управляемой проводимостями и постоянной проводимостью, соединенными через второй, третий и четвертый двухпозиционные переключатели с источником опорного напряжения постоянного тока, управляющие входы квадратичной цифро-управляемой проводимости подключены к выходам соответствующих разрядов двоичного счетчика, а упраляющий вход линейной импульсно-упраляемой проводимости соединен с прямым выходом триггера.

На фиг, 1 приведена структурная функциональная схема преобразователя на фиг, 2 - временные диаграммы его работы.

Во входную цепь операционного услитапя 1 включены четыре цепи, первая из которых представляет собой цепь из последовательно соединенных

квадратичной цифро-управляемой проводимости 2 и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока, через двухпозиционный переключатель 4 втррая - цепь 5 из последовательно соединенных линейной цифро-управляемой проводимости и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель б,третья - цепь 7 из последовательно соединенных линейной импульсно-управляемой проводимости и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель 8, четвертая - цепь 9 из последовательно соединенных постоянной проводимости и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель 10. Выход генератора И тактовых импульсов подключен к единичному установочному входу триггера 12, нулевой установочный вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика 13. Счетный вход счетчика

13через элемент И 14 подключен к , выходу генератора счетных импульсов 15, причем второй вход элемента И

14соединен с прямым выходом триггера 12. Кодовые шины преобразуемой цифровой величины N через группу . элементов И 16, вторые входы которых подключены к выходу генератора 11 тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов счетчика 13, Управляющие входы квадратичной 2 и линейной 5 цифро-управляемых проводимостей подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика 13, а управляющий вход линейной импульсно-управляемой проводимости 7 соединен с прямым выходом двоичного триггера 12. В цепь обратной связи операционного усилителя 1 постоянного тока включен постоянный резистор 17, зашунтированный усредняющим конденсатором 18, Выход операционного усилителя 1 является выходом устройства в целом.

Принцип работы устройства состоит в преобразовании входной цифровой величины в периодическую последовательность широтно-модулированных постоянных по уровню, линейно и квадратично изменяющихся по уровню импульсов тока и усреднении этой последовательности с помощью активного КС-фильтра с выдачей результата преобразования по закону полинома третьего порядка в виде напряжения постоянного тока.

Устройство работает следующим образом. Генераторы тактовых 11 и счетных 15 импульсов запускаются в момент поступления входного обратного кода N преобразуемой цифровой величины, С приходом импульса (фиг, 2 а) открываются элементы И 16 и в счетчик 13 по установочным входам его -разрядов записывается этот код N, (фиг. 2в). Этим же тактовым импульсом устанавливается в единичное сос тояние двоичный триггер 12, выходной сигнал которого открывает элемент И 14, через который на двоичный счетчик 13 начинают поступать счетные импульсы. Приход каждого очередного счетного импульса изменяет на единицу младший разряд кода ,N(t) в этом счетчике, которому соответствует очередное возбужденное состояние его выходных разрядных шин (фиг. 2в), уп равляющих квадратичной 2 и линейной 5 цифровыми проводимостями. При этом триггер 12 (фиг. 2Д) находится в еди ничном состоянии, вызывая эa IЫкaниe ключа линейной импульсно-управляемой проводимости 7. В моменты времени tN + пТ + f (п - 1,0,1,2,..) счет чик 13 переполняется, в результ ате чего он обнуляется и на выходе переноса его старшего разряда формируется короткий импульс переноса (фиг.2г Под воз деист виеГ этого импульса триггер 12 устанавливается в нулевое состояние (фиг, 2д), в результате че го закрывается элемент И 14 и pa3Nbiкается ключ линейной импульсно-управ ляемой проводимости 7, Далее при поступлении очередного тактового импульса процесс функционирования повторяется с периодом Т. В этом случае ток Лц , втекающий в суммирующую точку операционного усилителя 1 со стороны входной цепи, определится как ,, где а 1 ое акс®ы -®на 1 при t--vnT$t t--- -nT -tr, . nptx t--VnT4-& t t|;j-«-(nvin, 1 (фиг.2и, задается первой функциональ ной токовой цепью на.юснове квадратичной цифро-управляемой проводимости 2) a,,, (о при t-vnT t -t-- nT-«-r, при t-- nT- r t -t- -Cn- --IЯi 11 (фиг. 2ж, задается третьей функциональной токовой цепью на основе линейной импульсно-управляемой проводи мости блока 7). .

(фиг. 2,е, задаетс я четвертой токовой цепью на основе постоянной проводимости 9)

NC-fc) f C4t

сч

N

кN

:Г

иакс

МО, КС - относительная ве /лаке пичина управляющего кода; Ы(Ь) - текущее значение управляющего, кода;. - максимальное значение управляющего кода; 0 .Ni относительная дли, N/T Т тельность периодически повторяющихся прямоугольных импульсов (фиг,2д); GMOKC максимальное значение квадратичной цифро-управляемой проводимосгги блока 2 ; G/VVCIKC максимальное значение линейной цифро-управляемой проводиiMOCTH блока 5; G - максимальное значение линейной иг,тульсно управляемой проводиМости блока 7; значение постоянной проводимости блока 9; d., f ctj, (jCj, сх.д - двоичные параметры, принимающие значения +1 или. -1 в зависимости от положения соответствующих двухпозиционных переключателей 4,6,8,10; значение напряжения источника биполярного опорного напряжения постоянного тока 3; tN - момент времени поступления входного обратного кода N. преобразуемой цифровой вепичины; Т - период повторения тактовых импульсов; п - порядковый номер периода повторения тактовых импульсов; , - период повторения счетных импульсов (фиг. 26), Поскольку управляющий код N(t), снимаемой с выходных разрядных шин счетчика 13, ., изменяется во времени инейно, в/течение промежутка времеи Т , т.е, N(t) fcut, где f ± сч-i, частота повторения счетных импульсов; t - текущее время (фиг, 2в), то выражение ЛвкС) с учетом соотнсхяений для J , jg, J -4 можно записать в виде (-оСЛ м кс н - п - е -- -. -2 максим -vrt- G Vct G l при tfg-j i-nT t ttn, , npK-ti5,-f ts,Ф+1)Т, ли с 5четом того, что управляюзд-1й од, снимае 5Кй с двоичного счетчика, зменяется во времени линейно получим UoC -iG|; iKc( l, при t --ЦТС S t -t - иТ+Г , flN -Hpu trr nt-v-r t-«-t-+(. Среднее значение тока 5п- за пе ОД т будет равно . .:UcK4 dbj«.,o iKtdt-roL G dt 2 макс с учетом того, что f t „ N, , п чим V о , л „ N(4 , , iT -2 2Т -Э Т Выходное напряжение устройств ли пренебречь пульсациями п/Т (п 3...) после, усреднения на выходе лителя 1, определяется как ,SG;i; cN i MQKc a (Аокс .Q + oL,,ICjC, -Uo(ao-fa N - a2Nj-Ka3N), .C1 s -1«5;:;кс 2°; аке 2 ; ., R - сопротивление постоянног зистора 17, что очевидно, с точ ностью до знака совпадает с исх выражением (1), Быстродействие устройства огр чивается инерционностью фильтра 17, 18, обеспечивающего вьтделени последовательности импульйов сре значений. Формула изобретения Цифроаналоговый полиномиальны преобразователь, содержащий гене тор счетных импульсов, двоичный счетчик счетных импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам линейной циФро-управляемой проводимости, включенной последовательно с источником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока с усредняющей RC-цепью в обратной связи, отличающий ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности преобразования, в него введены генератор тактовых импульсов, триггер, группа элементов И, элемент И, квадратичная цифро-управляемая проводимость, линейная импульсно-управляемая проводимость, постоянная проводимость и двухпозиционные переключатели, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика, счетный вход двоичного счетчика через элемент И подключен к выходу генератора счетных импульсов, причем второй вход элемента И соединен с прямым выходом триггера, кодовые шины преобразуемой цифровой величины через группу элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов двоичного счетчика, к входу операционного усилителя подключена цепь из последовательно соединенных через первый двухпозиционный переключатель квадратичной цифро-управляемой проводимости и источника опорного напряжения постоянного тока, которая зашунтирована линейными цифро-управляемой, импульсно управляемой проврдимостями и постоянной проводимостью, соединенными через второй, третий и четвертый двухпозиционные переключатели с источником опорного напряжения постоянного тока, управляющие входы квадратичной цифро-управляемой проводимости подключены к выходам соответствующих разрядов двоичного счетчика, а управляющий вход линейной импульсно-управляемой проводимости соединен с прямым выходом триггера. Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе 1.Смолов В,Б., Фомичев B.C. Аналого-цифровые и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства. Л., Энергия, 1974, с. 141, рис 6-1. 2.Авторское свидетельство СССР № 421117, кл. Н 03 К 13/03,10.05.72 (прототип) .

S,- нгГ-Г ,t/,r

Фи&.г