Устройство для запуска цифровых интеграторов Советский патент 1983 года по МПК G06F7/64 G06G7/18 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при контроле сигналов, содержащих аддитивную помеху в виде переменной или постоянной составляющей, в том числе при помехозащищенных измерениях адаптивными интегральными выборками.

Известно устройство формирования адаптивных к частоте помехи команд запу,ска цифрового интегратора, содержащее цепь отделей ия помехи, триггер Шмидта, фазочувствительный детектор и преобразователь напряжениечаотота ,1 .

Однако это устройство имеет недостаточную точность определения моментов запуска при наличии низкочастотной составляющей исходного сигнала, поскольку при отделения ее от постоянной составляющей сигнала неизбежны искажения, обусловленные неравномерностью амплитудно-частотной з арактеристики и нелинейностью фазо-частотной.характеристики цепи отделения помехи. К тому же триггер Шмидта обычно обладает гистерезисом.

Наиболее близким к изобретению , является устройство для запуска

:цифровых интеграторов, содержащее пороговую схему, генератор тактовой частоты и синхронную схему разностс ной обработки сигнала, выНолненную в виде пары интегрирующих цепочек, подключенных к входам симметричного дифференциального усилителя непосредственно, а к источнику сигнала jQ через ключи, управляющие цепи котоных подсоединены к противофазным выходам генератора прямоугольных импульсов тактовой частоты со скважностью, равной двум, причем выход дифференциального усилителя связан 15 f;Q входом пороговой схемы 2}.

Однако это устройство имеет недостаточную точность определения мо ментов запуска при априорной неоп20ределенности относительно характерис-, тик переменной составлякяцей, поскольку оно обеспечивает запуск интегратора при превышении скоростью изменения сигнала заданной величины, в

25 то время как наибольшую точность измерения, интегральными выборками сигнала в условиях изменчивости помехи имеют алгоритмы, учитывающие моменты перехода переменной составля30 мщей через свое нулевое значение 13J Цель изобретения - повышение точности формирования моментов запуска в условиях априорной неопределенности относительно характеристик низкочастотной переменной составляющей исходного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для запуска цифровых интеграторов,, содержащее симметричный дифференциальный усилитель, входы которого через первый и второй ключи соединены с первым вып водом резистора инг егрирующей RCцепи, второй вывод которого является, входом устройства, первый и второй конденоаторы интегрирующей RCцепи включены .между соответствующим входом симметричного дифференциального усилителя и шиной нулевого по-, тенциала, генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к управлякщим входам первого и второго ключей, и нуль-орган, выход которого является, выходом устройства, введены интегратор, выполненный на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого включен интeгpиpyющ iй конденсатор, третий ключ и фори/лрователь коротких импуль сов, приче/«1 интегратор и третий ключ соединены последовательн о .и включены между выходом симметричного дифферен циалм5Ьго усилителя и сигнальным вхо дом нуль-органа, управляющий вход тр тьего ключа через формирователь ко/Ьотких импульсов соединен с третьи выводом генератора тактовых импульсов, четвертый выход которого подклю чан к управляющему входу нуль-органа Кроме того, в устройство введены два дополнительных ключа и запоминающий элемент, причем первый дополнительный ключ подключен параллельно интегрирующему конденсатору интегратора, второй дополнительный ключ и запоминающий элемент соединены параллельно и включены между выходом третьего ключа и шиной нулевого потенциала, а управляющие входы первого и второго дополнительных ключей соединены соответственно с четвертым выходом генератора тактовых импульсов и выходом формирователя коротких импульсов. На фиг. 1 изображена функциональЗная схема устройства формирования запуска цифровых интеграторов на фиг. 2 - эпюры напряжений в характер ных точках схемы устройства. Устройство для запуска цифровых интеграторов (фиг. l) содержит конденсаторы 1 и 2, образующие совместн с резистором 3 при поочередном замыкании ключей 4 и 5 интегрирующие RC-цепи, включенные между входом уст ройства и входами симметричного дифференциального усилителя Б. Выход последнего подключен к входу интегра тора 7, выполненного на операционном усилителе 8, резисторе 9 и интегрирующем конденсаторе 10. Цифровой интегратор, запускаемый устройством, на схеме не показан. Его пусковая цепь связана с выходом устройства, являющегося выходом нуль-органа 11, сигнальный вход которого через третий ключ 12 подсоединен к выходу интегратора 7, а управляющий вход подключей к выходу 13 генератора 14 тактовой частоты. Выход 15 генератора 14 через формирователь 16 копотких сиг-, налрв импульсов связан с управляющим входом ключа 12, а входы 17-18, на которых в противофазе формируются прямоугольные импульсы со скважностью, равной двум, подсоединены непосредственно к управляющим входам первого и второго ключей 5 и 4. Элементы схемы: дифференциальный усилитель б, конденсаторы 1-2, ключи 4-5 и резистор 3 образуют схему разностной обработки исходного сигнала. Конденсатор 10 интегратора 7 защунтирован дополнительным ключом 19, а параллельно сигнальному входу нуль-орга а 11 подключен запоминающий элемент 20, зашунтированный вторым дополнительным ключом 21, причем управляющие входы ключей 19 и 21 соединены соответственно с управляющим входом нуль-органа и вторым выходом формирователя 16. Устройство работает следующим образом. Исходный сигнал (фиг. 2), содержащий постоянную 22 и низкочастотную переменную 23 составляющие, подается на вход устройства. Ключи 4-5 поочередно, через равные промежутки времени подают исходный сигнал на конденсаторы 2 и 1 через резистор 3. Так как усилитель б имеет входной импеданс, во много раз превышающий суммарное сопротивление входной цепи и источника сигнала, переэаряд конденсаторов осуществляется преимущественно током через входную цепь. Постоянная составляющая входного сигнала через конечное время включения схемы при достаточ ной симметрии параметров входной цепи заряжает конденсаторы 1 и 2 до равных значений напряжения, являющегося синфазным для дифференци.ального входа усилителя 6, а потому и подавляемым на выходе этого усилителя. Текущее значение переменной . составляющей попеременно подсоедин яется на время полупериода тактовой частоты к конденсаторам 1 и 2, обра- . зуя на них ступени приращения с экспоненциальными участками заряда или разряда. Форма напряжения на конденсаторе 1 (фиг. 2 .а) показана кривой 24. Для удобства изображения, и анализа работы схемы форма напряжения на конденсаторе 2 условно инвертирована, что допустимо, поскольку это напряжение приложено к инвертирующему входу усилителя 6, Усилитель суммирует указанные приращения напряжения, выделяя сигнал пилообразной фор1«и (фиг. 2 б). Огибакицая этого сигнала соответствует производной исходного сигнала. При выработке генератором 14 сигналов тактовой частоты (фиг. 2 в сигнал с выхода усилителя б преобразуется в сигнал на входе нуль-органа 11 (фиг. 2 г следукяцим образом: проинтегрированный собранным на усилителе 8 интегратором 7 за период тактовой частоты сигнал с выхода усилителя 6 запоминается на.конденсаторе 20 на время длительности стробирующих импульсов сигнала на выходе 15 генератора 14, для чего ключи 1,2 и 21 замыкаются на короткое время импульсами, поступающими с формирователя 16 и соответствующими фронтам стробирующих импульсов. Длительность стробирующих импульсов, перекрывающи моменты срабатывания ключей 4-5, выбирается несколько большей переходных процессов, вызываемых переключением ключа 19, и достаточной для надежного срабатывания нуль-органа 11 при поступлении с выхода 13 генератора 14 коротких тактовых импульсов. Интегрирование сигнала, снимаемого с выхода усилителя 6 в течение отрезков времени, меньших периода тактовой частоты на половину стробирующего импульса, позволяет сформироват на сигнальном входе нуль-орпана 11 импульсы, огибающая которых соответствует переменной составляющей исходного сигнала. При этом подавляется помеховая постоянная составляюща я случайной величины, лежащей в диапазоне от нуля до двойной амплитуды переменной составляющей исходного сигнала, появление которой обусловлено несовпадением момента начала восстановления сигнала с одним из моментов перехода переменной составляющей через нуль. В случае, когда . интервал времени между подключением источника исходного сигнала и моментом запуска цифрового интегратора таков,, что выбором параметров элемен ов схемы интегратора можно обеспечить центрирование восстанавливаемого сигнала, первый, второй, дополнительные ключи 19 и 21 и запоминающий элемент 20 с соответствующими связями не нужны.

Предлагаемое устройство для запуска цифровых интеграторов позволяет повысить .точность определения моментов запуска в условиях априорной неопределенности относительно характеристики низкочастотной переменной составляющей за счет осуществления интегрирования о учетом моментов перехода низкочастотной динамической составляющей исходного сигнала через нуль, остагадихся стабильными при симметричных и несимметричных искажениях формы этой составляющей, достигающих 100%. Данный эффект обеспечивает увеличение точности измерения цифровыми интегратора-, ми, осуществляющими осреднение ис0 ходного сигнала за период помехи, в течение фиксированного,интервала времени,, расположенного симметрично относительно перехода помехи через нуль, или за два фиксированных интер5 вала, разделенных пауаой переменной длительности, на которой интегральное значение переменной составляющей сигнала равно нулю, нашедших широкое практическое применение.

20

Формула изобретения

1,Устройство для запуска цифровых ин теграторов, содержащее симметрич5ный дифференциальный усилитель, входы которого,через первый и второй К.ПЮЧИ соедаснены с первым выводом резистора интегрирующей КС-цепи, второй вывод которого является

0 входом устройства, первый и второй конденсатора интегрирукщей КС-цепи включены между соответствующим входом симметричного дифференциального усилителя и шиной нулевого потенци5ала, генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к управляЬхцим входам первого и второго ключей, и нуль-орган, выход которого является выхо0дом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности формирования моментов за- пуска в условиях априорной неопределенности относительно характеристик низкочастотной переменной сос5тавляющей исходного сигнала, в него введены интегратор, выполненный на операционном усилителе, третий ключ, в цепь обратной связи: которого включен интегрирующий конден0сатор, и формирователь коротких импульсов, причем интегратор и третий ключ соединены последовательно и включены между выходом симметричного дифферециального усили5теля и сигнальным входом.нуль-органа, управляющий вход третьего ключа через формирователь коротких импульсов соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, четвер0тый выход которого подключен к управляющему входу нуль-органа.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности за счет устра5нения влияния несимметричности формы составляющей исходного сигнала, в него введены два дополнительных ключа и запоминающий элемент, причем первый дополнител:ьный ключ подключен параллельно интегрирующему конденсатору интегратора, второй дополнительный ключ и запоминающий элемен соединены параллельно и включены между выходом третьего ключа и шиной нулевого потенциала, а управляющие входа первого и второго дополнительных ключей соединены соответственно с четвертым выходом генератора тактовых импульсов и выходом формирователя коротких импульсов.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США №3354453, кл. 340-347, опубл..1964.

2.Патент СССР 315378,

кл. G 06 J 1/02, 1971 (.прототип).

3.Дорожовец М.М. Повыьиение помехоустойчивости АЦП при дейст,вии искаженных периодических помех. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по измерительно-информационным системам ИИС-79, Л,, 1979, с. 87-88,