Время-импульсное множительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G7/161 

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может Gbitb использовано для прецизионного перемножения аналоговых сигналов.

Известны устройства для перемножения аналоговых сигналов, содержащие генератор треугольного напряжения, блоки сравнения, импульсные делители напряжения (ИДН) и фильтр нижних частот, источники перемножаемых напряжений l .

Точность этих устройств ограничена в основном нелинейностью транзисторных ключей, используемых в ИДН, а также температурным и временным дрейфом нулевого уровня.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является времяимпульсное множительное устройство, содержащее генератор треугбльного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу ин,тегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой - к выходу источника первого входного си1- нала, импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому

10 и инверсному выходам источника второго входного сигнала, фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу импульсного делителя напряжения f.2.

15

Основными источниками погрешностей время-импульсных множительных устройств (ВИМУ) является зависимость сопротивления открытых ключей от величины коммутируемого напряже20ния, импульсные помехи коммутации, остаточное напряжение у биполярных транзисторов и температурный дрейф параметров транзисторов. Существуют приемы для компенсации каждой из указанных погрешностей в отдельност например погрешности от нелинейност открытого канала и остаточного напряжения компенсируются путем использования дифференциальных ИДИ. Но дифференциальные ключи требуют для управления противофазного напря жения и, кроме того, обладают инстр ментальной погрешностью, обусловлен ной несимметричностью характеристики U2 f(0) (где DZ - выходное напряжение ключей, б - относительная длительность импульсов). Компенсация погрешности, обусловленной импульсными помехами коммутации требу ет специальных схемных решений. Цель изобретения - повышение точ ности множительного устройства. Поставленная цель достигается тем что в известное время-импульсное мно жительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения, состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен ко входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один из входов которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам источ ника второго входного сигнала, первый фильтр нижних частот, вход котоIporo подключен к выходу первого импульсного делителя напряжения, введен второй импульсный делитель напряжения, второй фильтр нижних частот и блок вычитания,управляющий вход-второго импульсного делителя на пряжения подключен к выходу порогового элемента, первый и второй информационные входы соответственно подключены к прямому и инверсному выходам источника второго входного сигнала, а выход подключен ко входу второго фильтра нижних частот, выходы Первого и второго фильтров нижних .частот соответственно подключены к первому и второму входам блока вычитания, выход которого является выходом устройства. Повышение точности достигается путем компенсации погрешностей рабочего помощью дополнительного специ ально подобранного второго ИДИ с параметрами идентичными рабочему ИДИ и управляемого меандром. На фиг. 1 приведена функциональная схема время-импульсного множительного устройства; на фиг. 2 - эпюры рабочих напряжений. Время-импульсное множительное устройство со.горжит генератор треугольного напряжения 1, состоящий из интегратора 2, повторителя 3, порогового элемента Ц, блок сравнения 5, импульсные делители напряжения (ИДН) 6 и 7, фильтры нижних частот 8 и 9, блок вычитания 10, источники первого и второго входных сигналов 11 и 12, резисторы 13, диоды 1 и транзисторы 15. Выход повторителя 3 подключен к одному входу блока сравнения 5, другой вход которого подключен к выходу источника первого входного сигнала 11. Выход блока сравнения 5 подключен к управляющему входу ИДН 6, информационные входы которого подключены к источнику второго входного сигнала 12. Выход ИДН 6 соединен со входом фильтра нижних частот 8, выход которого соединен с первым входом блока вычитания 10. Выход порогового элемента 4 подключен к управляющему входу ИДН 7, информационные входы которого соединены с источником второго входного сигнала 12, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот 9, выход которого подключен ко второму входу блока вычитания 10. Время-импульсное множительное устройство работ.ает следующим образом. Треугольное напряжение с выхода генератора треугольного напряжения (выход повторителя 3) подается на один вход блока сравнения 5, на другой вход которого Тюступает первый входной сигнал Ч от источника 11. В момент равенства сравниваемых сигналов на выходе блока сравнения 5 происходит изменение знака напряжения до следующего момента равенства сравниваемых напряжений. С изменением уровня входного сигнала . (фиг. 2) изменяется ширина импульсов на выходе блока сравнения 5 пропорционально первому сомножителю V- . Промодулированная по ширине последо вательность импульсов управляет ИДИ 6, который осуществляет амплиту ную модуляцию импульсной последовательности напряжением /„ от источни ка второго входного сигнала 12. Про модулированная по ширине и амплитуд импульсная последовательность подае ся на фильтр нижних частот 8, который выделяет постоянную составляющу пропорциональную произведению V, и V. Эта постоянная кроме точного произведения KV.V содержит некото рую добавку AV/ , обусловленную погрешностями амплитудного модулятора (иди 6), так как погрешность амплит ного, модулятора определяется нелинейностью ключей, остаточным напряжением биполярных транзисторов, импульсными помехами, то возникают бо шие сложности при попытках компенса ций этих погрешностей каЛдой в .отдельности.; :л Представляется более .перспективным другой путь - путь комплексной компенсации указанных источников по грешностей. Для этого необходима полная идентичность параметров рабочего и компенсирующего ИДИ. Для того, чтобы осуществить компенсацию ошибки необходимо выделить ее из полезного сигнала, а затем вычесть ее с помощью разностной схемы из того же сигнала. Для этого на управляющий вход компенсирующего ИДИ 7 идентичного по параметрам рабочему ИДИ 6 подается меандр с выхода порогового элемента +. Наличие меандра на входе как ИДИ 7 так и ИДН 6 в идеальном случае должно давать нулевое напряжение на выходе фильтра нижних частот 9 и фильтра нижних частот 8 во всем диапазоне изменений V, так как в этом случае количество заряда накопленного конденсатором фильтра нижних частот в течение положительного перепада напряжения точно равно количеству заряда, отданного конденсатором в течение отрицательного перепада напряжения. Однако, в реальных устройствах такого не наблюдается. Из-за наличия нелинейности открытых ключей и коммутационных помех,,на выходе фильтра нижних частот наблюдается некоторое напряжение AVjj 2i которое является некоторой функцией входного напряжения ДУ. °° f(V2). Наличие постоянного смещения, вызванного остаточным напряжением транзисторных ключей можно скомпенсировать введением дополнительного компенсирующего источника на выходе фильтра нижних частот 8, но температурный дрейф сводит на нет эффективность такой компенсации. Таким образом, подавая меандр на ИДН 7, с его выхода мы снимаем напряжение ЬМп, которое включает в себя в.сю сумму погрешностей, свойственных данному типу ключей. При достаточно высокой степени идентичности используемых ИДН имеем AV - AV/i (где Д V. - погрешность ИДН 6 и лУ погршеность ИДН 7). Напряжение на выходе фильтра нижних частот 8 равно Qi,f)( V -AV/j, а напряжения на выходе фильтра нижних частот 9 - принимая во внимание, чтоАУ яДУ,имеем Vgj,,. «;AV/f , тогда выходное напряжение на выходе блока вычитания равно VBblX БИХ-.- 9blXa K-V,Vi. Применение компенсирующего ИДН . уменьшает погрешность перемножения в широком диапазоне изменения входных напряжений, а при достаточно хорошем тепловом контакте компенсирующего ИДН с рабочим (что всегда возможно) достигается хорошая компенсация и температурных уходов упомянутых источников погрешностей. Применение время-импульсного множительного устройства в системах автоматического управления и идентификации позволяет повысить точности управления технологическими процессами. Формула изобретения Время-импульсное множительное устройство, содержащее генератор треугольного напряжения,состоящий из последовательно соединенных интегратора, повторителя и порогового элемента, выход которого подключен к входу интегратора, источники первого и второго входных сигналов, блок сравнения, один вход которого подключен к выходу повторителя, а другой вход подключен к выходу источника первого входного сигнала, первый импульсный делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока сравнения, а первый и второй информационные входы подключены соответственно к прямому и инверсному выхо