Резонансный интегратор со сбросом

 

Изобретение относится к области радиотехники , в частности к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных сигналов, а также для непосредственного преобразования амплитуд гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код. Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросом. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены компаратор, элемент И, дифференцирующий элемент и счетчик опорного напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, вход компаратора - с выходом усилителя, являющимся также аналоговым выходом устройства , выход компаратора соединен с входом второго ключа балансного коммутатора и с одним из входов элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика , вход дифференцирующего элемента соединен с входами обоих ключей и с вторым входом элемента И, а выход - с входом сброса цифрового счетчика. 2 ил. у Ј

союз сОВетских

СО! ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (й) s G 06 G 7/18

ГОСУЛАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ф I, l.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6 3 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833833/24 (22) 01.06,90 (46) 07.11.92. Бюл. KL 41 (71) Центральное конструкторское бюро

"Алмаз" (72) И.А, Берсенев (56) П. Гарет. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ, Мир. 1981, с. 158-160.

Авторское свидетельство СССР

N. 359668, кл. 6 06 G 7/18, 1971. (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ИНТЕГРАТОР СО

СБРОСОМ (57) Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных сигналов, а также для непосредственного преобразования амплитуд

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники, в частности, к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных и квазинепрерывных сигналов на высоких и промежуточных частотах, а также для непосредственного преобразования амплитуд гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код.

Известен резонансный интегратор со сбросом, содержащий селективную цепь прямой передачи сигнала в составе первого ключа балансного электронного коммутатора на входе, частотно-избирательной мостовой схемы с фазовращателем и кварцевым резонатором и выходных каскадов, и цепь..Б0» 1774355 А1 гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код, Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросам. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены компаратор. элемент И, дифференцирующий элемент и счетчик опорного напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, вход компаратора — с выходом усилителя, являющимся также аналоговым выходом ус. тройства. выход компаратора соединен с входом второго ключа балансного коммутатора и с одним из входов элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вход дифференцирующего элемента соединен с входами обоих ключей и с вторым входом элемента И, а выход — с входом сброса цифрового счетчика. 2 ил, отрицательной обратной связи в составе усилителя, фазовращателя и второго ключа коммутатора, выход которого соединен с выходом первого ключа (см. авт.св. СССР М

359668, 1972 r.). Это устройство принято за прототип.

Однако недостатком известных устройств являются ограниченные функциональные возможности.

Так, известный резонансный интегратор со сбросом, обладая линейностью интегрирования огибающей входного сигнала на резонансной частоте и пропорциональностью амплитуды накопленных колебаний амплитуде входного радиосигнала, а также частотной селективностью .при расстройке

1774355

10

30

55 частоты несущей входного сигнала относительно резонансной, не имеет способности цифрового отсчета амплитуды накопленных колебаний, что необходимо при его использовании в современных аналого-цифровых селективных устройствах с микропроцессорами или мини-3ВМ. Наоборот, известный интегрирующий на постоянном токе АЦП, обладая цифровым отсчетом величины постоянного напряжения, не имеет способности цифрового отсчета амплитуды переменного (вч, пч) напряжения без добавления на входе специальной схемы линейного детектирования и при этом не обладает резонансной селективностью.

Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросом за счет возможности непосредственного использования в аналого-цифровых устройствах.

Сущность изобретения заключается в том, что путем обеспечения постоянства амплитуды выходных колебаний интегратора в цепи обратной связи с помощью компаратора в виде меандра и подаче его в противофазе нэ вход интегратора только на интервале сброса достигается линейность обратного интегрирования собственных колебаний (линейный сброс вместо экспоненциального, как в прототипе) и, соответственно, пропорциональность времени сброса амплитуде входного сигнала и частотной характеристике интегратора. А путем подсчета числа периодов собственных колебаний интегратора за время сброса с помощью цифрового счетчика достигается цифровой отсчет амплитуды накопленных колебаний без детектирования и без дополнительного

АЦП.

Такое техническое решение обеспечивает как выполнение основной функции резонансног0 интегратора — частотной селективности за время интегрирования, так одновременно и выполнение дополнительной функции — оцифрения амплитуды накопленных колебаний за время сброса, что существенно расширяет функциональные возможности резонансного интеграто. ра со сбросом.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу, На фигурах и в тексте приняты следующие обозначеник 1 — первый ключ балансного электронного коммутатора; 2 — частотно-избирательная мостовая схема с кварцевым резонатором;

3 —; 4 — второй ключ балансного электронного коммутатора; 5 — потенциометр установки уровня амплитуды колебаний обратной связи; 6 — компаратор; 7— элемент И; 8 — дифференцирующий элемент; 9 — цифровой счетчик.

Устройство состоит из цепи передачи сигнала, содержащей ключ 1 балансного электронного коммутатора, мостовую схему с кварцевым резонатором 2 и усилитель 3, из цепи отрицательной обратной связи, содержащей компаратор 6, потенциометр 5 установки уровня амплитуды колебаний обратной связи и второй ключ 4 балансного электронного коммутатора. и из цепи оцифрения, содержащей элемент И 7, дифференцирующий элемент 8 и цифровой счетчик 9.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает сигнал в виде радиоимпульсов длительностью Ти или непрерывного гармонического колебания (фиг. 2,а) с частотой заполнения fc Одновременно с этим на обэ ключа 1 и 4 балансного электронного коммутатора, на элемент И 7 и дифференцирующий элемент 8 подается импульс работы интегратора (ИРИ) низкого уровня (фиг. 2,б) длительностью Ти, при этом ключ 1 коммутатора открывается, а ключ 4 закрывается. Поэтому цепь прямой передачи сигнала оказывается замкнутой, а цепь обратной связи разомкнутой.

Входной сигнал с амплитудой U< поступает на вход мостовой схемы 2 (фиг. 2,в) и при с= о(где fo- резонансная частота схемы

2) на его выходе возникают линейно нарастающие колебания (фиг. 2,г) за счет высокой добротности кварцевого резонатора, которые через усилитель 3 поступают на аналоговый выход устройства. По окончании времени Ти импульс ИРИ переходит в высокий уровень (фиг, 2,б), ключ 1 коммутатора запирается, а ключ 4 отпирается, при этом входной сигнал на схему 2 прекращается, колебания на выходе схемы 2 достигают максимальной амплитуды Еи (фиг. 2,г) и далее сохранялись бы постоянными за счет высокой добротности кварцевого резонатора, но цепь отрицательной обратной связи замыкается и эти колебания после усиления в усилителе 3 и превращения в компараторе

6 в меандр постоянной амплитуды через потенциометр 5 и ключ 4 поступают в противофазе на вход схемы 2 с амплитудой Ue (фиг. 2,в). В результате этого в схеме 2 начинается обратное интегрирование в виде линейно спадающих колебаний, которые существуют в течение времени сброса Тс (фиг. 2,г) пока не исчезнет меандр на выходе компаратора 6 (фиг. 2,д). Меэндр прекращается, когда амплитуда линейно спадающих колебаний на входе компаратора 6 стано1774355 оится меньше опорного напряжения Uo. близкого к нулю.

Так как амплитуда накопленных за время Ти колебаний Е, пропорциональна амплитуде входного сигнала 0>, а время линейного сброса Тс пропорционально Еи, то Тс оказывается пропорциональным U, и может быть измерено числом периодов меандра эа это время. Для такого цифрового отсчета меандр с выхода компаратора 6 подается на элемент И 7, который закрыт низким уровнем импульса ИРИ и отпирается высокил уровнем ИРИ в конце времени Ти, в результате чего меандр поступает на счетный вход цифрового счетчика 9, который и подсчитывает число периодов меандра, равное числу периодов 1/fo собственных колебаний схемы 2, за время сброса Тс, и тем самым формирует цифровой код амплитуды входного сигнала 0> в виде состояния разрядов счетчика 9. Выходы этих разрядов представляют цифровой выход устройства.

Дифференцирующий элемент 8 служит для установки цифрового счетчика 9 на нуль в начале импульса ИРИ, вырабатывая импульс сброса счетчика (фиг. 2,е). На интервале To (Tg+Tc) число, о ы работа н ное счетчиком 9, сохраняется неизменным, и величина этого интервала определяет цифровую память устройства.

На фиг. 2, à, в, г пунктиром показан случай, когда амплитуда входного сигнала равна U /2, при этом амплитуда накопленных колебаний становится Еи/2, а длительность сброса Tc/2, т.е. линейность отсчета сохраняется.

В общем случае, когда fcgfo, т,е. при расстройке частоты fc входного сигнала относительно резонансной частоты fo схемы

2, для амплитуд его выходных колебаний на интервалах Ти и Тс справедливо уравнение

Еи=0иАТи l (sly Г(Гс-fo)Tv)/((fc Го)Ти) =

=ОсАТс=0сАЧЬ где А — величина, обратная постоянной времени схемы 2, и — число периодов колебаний интегратора эа оремя Тс Следовательно, И=(0и/0с)ГОТи I (э1п (fc-fo)TII)/(- (с- о)Ти) I, т.е. число N на цифровом выходе устройства пропорционально амплитуде входного сигнала UtI и модулю частотной характеристики резонансного интегратора типа slnX/Õ с полосой пропускания Л f=1/Ти. Постоянство

0с и foT< обеспечивается схемой и параметрал и устройства.

Форма выходных колебаний схемы 2 при расстройке (fc-fo)=4/3 показана на фиг.

2,ж, 8 соответствующий этому отрезок меандра на счетном входе счетчика 9 — на фиг.

2 и При fc fo Тс=Ти0 /Uc, т,е. максимальное время сброса Т, при заданных Ти и U, определяется только подбором амплитуды колебаний обратной связи 0с. Резонансная частота fo схемы 2 определяется соотношением fo=N>i/Tc и не.может быть выбрана произвольно.

Максимальное число NM определяется динамическим диапазоном выходных сиг10- налов резонансного интегратора Р, т.е

NM=D, а опорное напряжение Uo компаратора 6 определяется как Uo=-ЕиК/D. где К— коэффициент усилен. я усилителя 3.

Число разрядоо и цифрового счетчика 9 определяется значением NM и связано с ним известными соотношениями: — для двои .ного счетчика п=)цйм/!92 — для десятичного счетчика n=tgNM, Преимуществом предлагаемого устройства является возможность использования

его непосредственно в аналого-цифровых системах обработки сигналов или сбора данных в качестве частотно-избирательного селектора с одновременным преобразованием результата селектирования в цифровой код без детектирования и без траты дополнительного времени и оборудования на оцифрение. При этом обеспечивается повышение быстродействия (в 20-200 раз) и динамического диапазона оцифрения (на

20 — 30 дБ) за счет использования при оцифрении высокочастотных колебаний резонансного интегратора по сравнению с параметрами стандартного интегрирующего оцифрителя постоянного напряжения, Кроме того, упрощается система опроса резонансных интеграторов о м Iol oKBt.oльных аналого-цифровых корреляторах или фурьепроцессорах за счет использования цифрового выхода устройства, когда вместо аналоговых ключей опроса, облада;ощих помехами коммутации, уменьшающими динамический диапазон аналогового выхода, можно использовать стандартные элементы

И. работа которых не влияет на диначический pHG>1830H цифрового Bbfxo+3. YcTpoNcT во также не требует специзльного тактооого генератора, так как для оцифрения используются стабильные собственные колебания кварцевого резонатора, и поззолязт упростить управление длительностью сброса интегратора. .Предлагаемое устройство может быть широко использовано в качестве селективного цифрового вольтметра или селективного оцифрителя о аналого-цифровых спектроанализаторах. Оно легко реализуемо в интегральном виде наподобие БИС интегрирующего аналого-цифрового преобразователя постоянного напряжения 40ЛЖ ЯЫУ и р цирра Ы дрр (л рт(адо

puz. /

Ti !

Составитель И. Берсенев

Техред M,Moðãåíòàë Корректор И, Шмакова

Редактор

Заказ 3928 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 типа К672ПВ2, КР572ПВ2, но с большим быстродействием и большей разряднастно выходного числа.

Формула изобретения

Резонансный интегратор со сбросом, содержащий частотно-избирательную мостовую схему с кварцевым резонатором, балансный коммутатор из двух кл очей, информационный вход первого из которых соединен с информационным входом интегратора, а выход — с выходом частотно-избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, выход которой соединен с входом усилителя, управляющие входы ключей балансного коммутатора соединены с входом сброса интегратора, а т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения эа счет непосредственного использования в аналого-цифровых устройствах, в него введены последовательно соединенные компаратор и элемент И, ис5 точник опорного напряжения, счетчик, дифференцирующий элемент, вход которого соединен с входом сброса интегратора и с другим входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вы10 ход которого является цифровым выходом интегратора, а вход сброса счетчика соединен с выходом дифференциру ащего эле. мента, первый вход кампарэтара соединен с выходом усилителя, являющимся аналого15 вым выходом интегратора, второй вход кампаратора соединен с источником опорного напряжения,