Время-импульсный преобразователь биполярных сигналов Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

(54) ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БИПОЛЯРНЬК СИГШТОВ Изобретение относится к импульсной техшй и может быть использовано при построении аналого-цифровых преобразователей. Известен времяимпульсный преобразователь биполярных сигналов с импульсной обратной (жязью, содержащий интегратор, срарнивающее устройство, переключатель биполярного напряжения, формирователи импульсов, триггер знака, блок управления и вспомогательные триггеры 1. Уравновешивание средних значений сигнала обратной связи с преобразуемыми заканчивается при достижении равенства нащ)яжения интегратора с напряжением, задающим возможный диапазон изменения среднего значения преобразуемого напряжения. Недостатком зтого устройства является низкое быстродействие, объясняемое необходимостью изменения постоянной составляющей на гфяжения на выходе интегратора. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является времяимпульсный преобразователь, содержащий последовательно включенные переключатель- биполярного напряжения, интегратор, блок сравнения, а также генератор пр}шоуго5ьных биполярных импульсов, схему вь1чиспеш1я разности временных интервалов 12}. Цикличность преобразования задается генератором прямоугольных биполярных импульсов, которые поступают на вход интегратора, где суммируются с входном напряжением и «апряжением переключателя. Условием завершения уравновещивания является достижение равенства заряда интегратора в начале и в конце цикла преобразования. Недостатком известного преобразователя является низкая точность преобразования изза несимметрии биполярного тактирующего напряжения, необходимости вычисления временного интервала, отсутствие постоянной привязки кошщ цикла преобразования к тактирующим импульсам. Указанные недостатки затрудняют использование времяимпульсного преобразователя при построении быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и вносят дополнительные

огреШнбстИ, связанные с тем, что необходимо | екоторое время на считывание полученных езультатов и установку пересчетных схем в улевое состояние. Поскольку вычисление вреенного интервала длится весь период, потеря ремени на перечисленные операции входит в огрешность преобразования.

Целью изобретения является повышение очности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в ю преобразователь, содержащий генератор импульсов, триггер знака, последовательно соединененные переключающий блок и интегратор, выход которого соединен с первым вХодом блока сравнения, к другому входу которого подклю- 15 чена шина опорного напряжения, введены счетньш и управляющий триггеры, формирователь временного интервала и два управляемых коммуTHTopai, к первым входам которых подключен выход блока сравнения, выходы первого yipaB- 20 ляемого коммутатора соединены с о входами триггера знака, прямой выход которого подключен к первому входу формирователя временного идаервала и второму входу второго управляемого коммутатора, выходы которого через 25 управляющий триггер подключены ко входу переключающего блока и второму входу формирователя временного интервала, третий вход которого соединен со вторым входом первого управляемого коммутатора, третьим зо входом второго управляемого коммутатора и вы ходом счетного триггера, вхбд которого подключен к выходу генерттора импульсов. На фиг. 1 представлена функциональная стема времяимлульсного 1фео0разователя би- 35 полярных сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работуi

Времяимпульсный преобразователь содержит генератор 1 импульсов, счетный триггер 2, управляемые коммутаторы 3 и 4, триггер 5 зна- о ка, управляющий триггер 6, переключающий блок 7, интегратор 8, блок 9 сравнения и формирователь 10 временного интервала.

Преобразователь работает следующим образом. При подаче на вход времяимпульсиого45 преобразователя положительного напряжения Ujj (t) и действии на входе блока сравнения положительного напряжения Ug выходное напряжение интегратора достигает уровня опорного напряжения UQjgjp в первом полупериоде, JQ который характеризуется единичным состоянием счетного триггфа. В момент равенства на1фяжения на входе блока 9 сравнения на его выходе появится единица, котор установит управляющий триггер 6 в нулевое состояние н следовательно изменит полярфсть напряжения на входе интегратора 8 и направление изменения вь1ХоднЬго сигнала интегратора, чем обеспечивается возвращение блока сравнения в исходное.

для положительной полярности, состояние. На- . пряжение интегратора будет увеличиваться до прихода тактового импульса, означающего завершение цикла преобразования и начало нового. Тактовый импульс установит триггер 2 в единичное состояние, и по переднему фронту зтого сигнала второй управляемый коммутатор 4 сформирует на счетном входе триггера 6 им-,, пульс, который изменит его состояние на противоположное, обеспечив равенство полярностей сигнала обратной связи и входного в начале цикла преобразования. Выходной сигнал первого коммутатора 3 в начале каждого цикла преобразования, в зависимости от состояния блока 9 сравнения, по переднему фронту единичного импульса Tpmrejpa 2 подтверждает или изменяет в соответствии с полярностью входного сигнала состояние триггера 5 знака. Если полярность входного напряжения изменится, это приведет к тому, что сравнение произойдет во втором полупериоде, и коммутатор 4 не сформирует сигнал установки триггеров в нулевое состояние, и нагфяжение интегратора перейдет в отрица1ельную по отношению к опор, область, и следующий цикл преобразования начнется при действий на входе интегратора отрицательных напряжений (t) и -Up. Триггер 5 знака тоже изменит свое состояние в начале цикла преобразования. Дальнейшая работа преобразователя аналогична описанной дляUjj(t) положительной полярности Выделение временного интервала (At) осуществлется в формирователе 10 временного интервала. Временной интервал, пропорциональный среднему значению напряжения выделяется элементом И из единичного триггера 2 и сигнала блока сравнения.

Процесс 1феобразования в установившемся режиме описывается следующими уравнениями: для. положительных УХ)

} fKjUx(t) - - (t)-K2Uo d о i

для отр ательных Uxtt)

f fK,Ux(t)-K2Uo dt -/ KiUx(t)+K2UoIdt где t UQ - напряжение с выхода переключающего

блока;

Kj - -g- постоянные коэффициенты Т - период преобразования; tj - момент равенства напряжений интегратора и опорного нащшжения. Из (1) и (2) получаем:

(t) ±f.H UoAt;

5x(t)

At -J - tj.

Возможна ситуация, когда момент сравнения t, приходится на середину периода, в этом слудае среднее значение U (t) 0 и, следовательно, безразлично произойдет изменение полярноети сигнала обратной связи или нет, так как на выходе формирователя временного интервала At импульс будет отсутствовать: Времяимпульсный преобразователь биполярных сигналов позволяет: устранить биполярное тактирующее напряжение и, следовательно, влияние его нестабильности на точность преобразования; закончить формирование временного интервала и знака в первом полупериоде цикла преобразования. Формула изобретения Времяимпульсный преобразователь биполярных сигналов, содержащий генератор импульсов триггер знака, последовательно соеданегйые переключающий блок и интегратор, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, к другому входу которого подключена шина опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены счетный и управляющий триггеры, формирователь временного интервала и два управляемых коммутатора, к первым входам которых подключен выход блока сравнения, выходы I гюрвого управляемого коммутатора соединены со входами триггера знака, 1фямой выход которого подключен к первому входу формирователя временного интервала и второму входу второго управляемого коммзтатора, выходы которого через у1фавляющий триггер подключены ко входу переключающего блока и второму входу формирователя временного интервала, третий вход которого соединен со вторым входом первого управляемого коммутатора, третьим входом второго ущ авляемого коммутатора и выходом счетного триггера, вход которого кодключея к вьиоду генератора импульсов. Источники информации, : принятые во внимание при экспертизе 1. Штент США N 3305856, кл. Н 340-447, 1968. 2. Шляндин В. М. Цифровые измерн еяьные щ}еобразователи и приборы. М., Энергия , 1973, с. 191.