УСТЮЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

t

Изобретение относится к технике аналогс-циф рового преобразования сигналов и может быть использовано в гибридных вычислительных и измерительных системах для передачи информации от аналоговых в цифровые вычислительные устройства.

Известно устройство для сопряжения аналоговой и цифровой вьршслительной аппаратуры, содержащее аналого-цифровой преобразователь, усилители слежения и запоминания, блок нормализации сигналов, коммутатор и устройство управления, связанное с аналого-цифровым преобразователем, коммутатором и промежуточными усилителями 1.

Недостатком этого устройства является понижение точности, получение цифрового эквивалента сигналов в тех случаях, когда значение сигнала лежит за пределами исходного рабочего диапазона аналого-цифрового преобразования.

Известно также устройство для сопряжения аналогичной и цифровой вычислительной аппаратури, содержащее охваченный резйстивной отрицательной обратной связью дифференциальный операционный усилитель, выход которого подсоединен к выходной клемме резистора в цепях прямого и инверсного его входов, соединенных с входной клеммой, ключ, первый вьгоод которого подключен к прямому входу дафференциального операционного усилителя, а второй -к общей шине устройства, блок знака, вход которого соединен с входной клеммой устройства, выход - с управляющим входом ключа и источник сигнала смещения 2.

Недостатком устройства является его небольшой рабочий диапазон.

Цель изобретения - расщирение рабочего диапазона и обеспечение постоянства чувствительности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в yfrrройство для сопряжения аналоговой и цифровой вьршслительно, аппаратуры, содержащее охваченный резисторной отрицательной обратной связью дифферендаальный одерационный усилитель, выход которого подсоединен к выходной клемме, резисторы в цепях прямого и инверсного его входов, соединенных с входной клеммой, клип, первый вывод которого йодключен к прямому входу дифферен циального операционного усилителя, а второй к общей шине устройства, блок знака, вход которого соединен с входной клеммой устройства, а выход - с управляющим входом ключа, и источник сигнала смещения, введены логический блок, переключатель и резистор, причем выход логического блока соединен с управляющим входом переключателя, первый коммутируемый вывод которого подключен к общей шине устройства, а второй - к выходу источника сигнала смещения и первому входу логического блока, второй вход которого соединен с входной клеммой устройства а резистор включен между выводом перекидного контакта, переключателя и инверсным входом дифференциалыюго операционного усилителя. На фиг. 1 изображено устройство для сопряжения аналоговой и цифровой вычислительной аппаратуры; на фиг. 2 представлен график, отражающий зависимость бинарного сигнала на выходе блока знака Ui от-напряжения UBX на входе устройства; на фиг. 3 - график, отображающий зависимость бинарного, сигнала на выходе логического бло ка Uj от напряжения UBX на входе устройства и параметра - напряжения смещения UCM которое в рассматриваемом примере положительно; на .фиг. 4 - график изменения напря жения на, выходе устройства УВЫХ в зависимости от напряжения UBX на его входе. Устройство для сопряжения аналоговой и цифровой вычислительной аппаратуры содержит дифференциальный операционный усилитель 1, резистор 2, образующий цепь отрицательной связи, который включен между выхо дом устройства и инверсньхм входом 3 дифференциального операционного усилителя 1. Между входной клеммой 4 устройства и инверсным входом 3 дифференциального операЦИ01ШОГО усилителя 1 включен, резистор 5, образующий цепь инверсного входа. Между входной клеммой 4 устройства и его общей шиной б включены последовательно соединенные резисторы 7 и 8, образующие цйпь прямого входа. Их общая точка 9 подключена к прямому входу 10 дифференциального операционного усилителя 1. К точке 9 и общей шине 6 своими вьтодами 11 и 12 подклю чен ключ 13, управляющий вход 14 которого соединен с выходом блока знака 15, а вход последнего подключен к входам клеммы 4 устройства. Устройство содержит также источник 16 сигнала смещения, переключатель 17, резистор 18 и логический блок 19. Резистор 18 включен между инверсным входом 3 диффер иального операционного усилителя 1 и пег екидным контактом 20 переключателя 17, ервый коммутируемый вывод которого соеинен с общей щиной 6, второй - с выхоом источника сигнала смещения 16. Первый ыход логического блока 19 подключен к ходу клеммы устройства, а второй - к выоду источника сигнала смещения, выход огического блока 19 соединен с управляюим входом переключающей ячейки 17. Напряжение, поступающее на входную клемму 4 устройства, может иметь как положительную, так и отрицательную полярность. При этом его предельные значения по абсолютной величине могут вдвое превышать напряжение смещения формируемое источником 16 сигнала смещения, которое равно по модулю предельно допустимому значению входного сигнала аналого-цифрового преобразователя, подключаемого к выходу дифференциального операционного усилителя 1 предлагаемого устройства. Величина сопротивлений каждого из резисторов 2, 5, 8 и 18 должна иметь одно и то же значение R, а сопротивление резистора 7 должно равняться его половине, т.е. V -%-N8 1., гдеК27К5. 7 электрические сопро,, тавлею1я указанных резисторов-, Т -величина, характеризующая числовое значение злектрического сопротивления. Устройство формирует выходную информацию в виде комбинации двух сигналов. Одним из этих сигналов является напряжение на выходе дифференциального операционного усилителя 1, а другим - двухразрядный двоичный код, первый разряд которого, условно принимаемый за старший, получают с выхода блока знака 15, а второй - с логического блока 19. Принцип работы устройства заключается в функциональном преобразовании входного сигнала путем переключения резисторов, образующих входные цепи дифференциального операционного усилителя 1. Это переключение осуществляется автоматически по данным анализа знака входного сигнала и сравнения абсолютной величины этого сигнала с наперед заданной установкой. Рабочий диапазон входного сигнала разбивается на четыре равных участка, определяесоотношениямимых следующими 1-й участок: -2U 2-й участок: -U -CN4 JBX 0 3-й участок 0 UBX. 4.Й участок: (. Ug 2UcNvНа первом участке сигнал блока знака 15 имеет отрицательную полярность (фиг. 2), в связи с чем ключ 13 замыкается и нулевой потенциал общей шины 6 поступает на прямой вход 10 дифференциального операцио1шо го усилителя 1. Сигнал логического блока 19, соответствую щий знаку разности меяоду модулем напряже ния на входной клемме 4 устройства и напряже нием смещения, имеет положительную полярнос (фиг. 3) и обеспечивает замыкание коммутируемого вывода 20 со вторым коммутируемым выводом переключателя 17, который соединен с выходом источника 16 сигнала смещения, в связи с чем сигнал этого источкика поступает через резистор 18 на инверсны вход 3 дифференциального, операционного уси лителя 1. При указанных условиях на выходе устрой ства формируется напряжение Ugbix определяемое соотношением Вх сгл графическая зависимость, отображающая это соотношение, представлена линией 21- на фиг. 4. Кодовая комбйнадая, образуемая сигналами блока знака 15 (Uj) и логического блока 19 (Ua), равна при этом 01 (фиг. 2 и 3) На втором участке вывод перекидного контакта 20 замкнут, а первый коммутируемый вывод переключателя 17 соединен с общей шиной 6 устройства. Благодаря зтому об щая шина 6 подключена к инверсному входу 3 через резистор 18, Состояние контактов переключателя 17 на втором участке определяется сигналом логического блока 19, который в рассматриваемом случае отрицателен (фиг. 3). Напряжение на выходе устройства на втором участке определяется выражением вых-V. (отрезок 22, фиг. 4). Кодовая комбинация, образуемая сигналами блока знака 15 и логического блока 19, равна при этом 00 (фиг. 2 и 3). На третьем участке выходной сигнал блока 15 имеет положительную полярность, благодаря чему выводы 11 и 12 ключа 13 разомкнуть А на прямой вход 10 дифференциаль96ного операционного усилителя 1 поступает напряжение, снимаемое с делителя, образованного резисторами 7 и 8. Сигнал на выходе логического блока 19 на рассматриваемом участке имеет отрицательное значение. При этом, как было указано выше, вывод перекидного контакта 20 переключателя 17 соединен с общей шиной 6 устройства. При указанных условиях напряжение на выходе устройства определяется соотношением (отрезок 23, фиг. 4). Кодовая комбинация, образуемая сигналами блока знака 15 и логического блока 19, равна при этом 10 (фиг. 2 и 3). На четвертом участке переключатель 17 подключает к резистору 18 напряжение UCM. формируемое источником сигнала 16 смещения. Это имеет место благодаря тому, что сигнал логического блока 19 на рассматриваемом участке является положительным. Напряжение на выходе устройства определяется выражением Uв„ -Uвx- c, (отрезок 24, фиг. 4). Кодовая комбинация, образуемая сигналами блока знака 15 и логического блока 19, равна при этом И. Функциональное преобразование сигнала за счет переключения, резисто-резисторов входных цепей дифференциального операционного усилителя 1 обладает преимуществами по сравнению, например, с возможным смещением сигнала на выходе устройства, так как предлагаемое устройство может работать в меньшем г мшштудном диапазоне по выходу, сохраняя по абсолютной величине на всем рабочем даапазоне крутизну зависимости выходного напряжения от входного. Другим преимуществом является то, что в предлагаемом устройстве нет необходимости применяп дополнительные активные элементы для смещения сигнала. Формула изобретения Устройство для. сопряжения аналоговой и ифровой вычислительной аппаратуры, содеращее .охваченный резистивной отрицательной обратной связью дифференциальный операционный усилитель, выход которого подсоединен к выходной клемме, резисторы в цепях прямого и шшерсного его входов, соединенных с входной клеммой, ключ первый, выво которого подклйчен к прямому входу дифференциального операционного усилителя, а второй - к общей шине устройства, блок знака, вход которого соединен с входной кл&шАок устройства, а вькод - с управляющим входом ключами источник сигнала см щения, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона и обеспечения постоянства чувствительности устройства, в него введены логический блок переключатель и резистор, причем выход логического блока соединен с управляющим входом переключателя, первый коммутируеtjpot.f - 8 мыи вывод которого подключен к общей шине устройства, а второй - к выходу источ-; ника сигнала смещения и первому входу логического блока, второй вход которого соединен с входной клеммой устройства, а резистор включен меяоду выводом перекидного контакта переключателя и инверсным входом дифференциального операционного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Управляющие вычислительные машины в АСЦ технологическими процессами. Под ред. Т. Харрисона, . с англ., М., Мир, 1975, т. 1, с. 163. 2. Радио. М., Изд-во ДОСААФ, 1978, N 1, с. 58.

Cff

Ч-

ZITCM

фиг. Z

Вь/А

22

23

-V.

СИ

фиг. If

+ ifft

см