Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи. Способ заключается в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного Сигнала на постоянное значение, равное размаху пилоИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи. Целью настоящего способа является повышение линейности преобразования входного аналогового сигнала в каждом канале за счет устранения скачка фазы в каждом канале и создания равномерного сдвига фаз образного сигнала всякий раз при уменьшении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, изменении фаз пилообразного сигнала на 180° С каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения N выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей , передние и задние фронты которых формируют последовательно 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнения входного сигнала с возрастающими и убывающими лучами опорного сигнала. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов , генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, преобразователь аналогового сигнала. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. между каналами во всем динамическом диапазоне изменения напряжения входного аналогового сигнала. Целью изобретения является повышение линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последо вател ьностей. На фиг. 1 показана блок-схема устройства многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала. Ё 00 00 о 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕН1ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860173/21 (22) 27.06.90 (46) 30.05.93. Бюл. 3Ф 20 (71) Научно-производственное обьединение им. Коминтерна (72) В.Д.Белов и Г.Н.Билянская (56) 1. Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 773924, кл. Н 03 К 7/08, 1978, Авторское свидетельство СССР

М 1311009, кл. Н 03 К 7/08, 1985. (54) СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО ШИ. РОТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи. Способ заключается в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного сигнала на постоянное значение, равное размаху пилоь

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения, ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи.

Целью настоящего способа является повышение линейности преобразования входного аналогового сигнала в каждом канале за счет устранения скачка фазы в каждом канале и создания равномерного сдвига фаз

„„59„„1818688 А1 образного сигнала всякий раэ при уменьше.нии входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, изменении фаз пилообразного сигнала на 180 С каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения N выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей, передние и задние фронты которых формируют последовательно 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнения входного сигнала с возрастающими и убывающими лучами опорного сигнала. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, преобразователь аналогового сигнала. 2 с. и. ф-лы, 3 ил., 1 табл. между каналами во всем динамическом диапазоне изменения напряжения входного аналогового сигнала.

Целью изобретения является повышение линейности преобразования и равномерности сдвига фаэ выходных импульсных последовательностей.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала.

1818688

На фиг, 2 представлены диаграммы, поясняющие заявляемый способ широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала с равномерным сдвигом фаз для 4 каналов, На фиг, 2 а изображен входной аналоговый сигнал и четыре опорных (пилообразных симметричных сигнала 1 — 4 с размахом, равным динамическому диапазону входного аналогового сигнала и равномерным

Т сдвигом фаз друг относительно друга на 4, где Т вЂ” период повторения пилообразного сигнала. По оси ординат весь диапазон изменения сигнала разбит на 4 зоны: О, 1, 2, 3, На фиг, 2 б изображен опорный сигнал, состоящий из суммы пилообразного сигнала с размахом, в N раз меньшим, чем пилообразный сигнал, изображенный на фиг. 2 а и постоянного сигнала, а также входной сигнал, переход которого из зоны в зону сопровождается уменьшением или увеличением опорного сигнала на постоянную величину, равную размаху пилообразного сигнала, и изменением фазы пилообразного сигнала на 1800, На фиг. 2 в, 2 r. 2 д, 2 е изображены выходные широтно-модулированные импульсные сигналы, сформированные по резул ьтату сра вне ия опорного и входного сигналов. При этом в моменты первого пересечения входного сигнала с убывающими и вырастающими лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты первого канала (фиг. 2 в), в моменты пересечения — передний и задний фронты второго канала (фиг. 2 г). В моменты третьего пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты третьего канала (фиг, 2 д).

В моменты четвертого пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты четвертого канала (фиг. 2 е).

На фиг. 2 ж представлен сигнал, являющийся результатом сложения выходных импульсных последовательностей четырех каналов в общей нагрузке. На фиг, 3 изображен вариант выполнения дешифратора, Изображенное на фиг. 1 устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала состоит из соединенных последовательно генератора 1 тактовых импульсов, счетчика 2 импульсов, генератора 3 пилообразного сигнала, сумматора 4, компаратора 5 дешифратора 6, а также преобразователя 7 аналогового сигнала. Вход преобразователя 7 аналогового сигнала является входом устройства.

Выход счетчика 2 импульсов соединен с вторым входом дешифратора 6, выходы которого являются выходами устройства. Первый кодовый выход преобразователя 7 аналогового сигнала подключен соответственно к третьему входу дешифратара 6 и второму входу сумматора 4.

Второй кодовый выход преобразователя 7 аналогового сигнала подключен к второму кодовому входу компаратара 5. Третий выход преобразователя 7 аналогового сиг15. нала соединен с вторым входом генератора

3 пилообразного сигнала, Входящие в устройство элементы могут быть выполнены следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов предназначен для формирования равномерной импульсной последовательности заданной скважности и может быть выполнен, например, по схеме мультивибратора.

Счетчик 2 импульсов может быть выпал25 нен на логических ИМС типа 133 ИЕ5, Кодовый выход счетчика определяет значение пилообразного сигнала.

Генератор 3 пилообразного сигнала мажет быть выполнен на постоянном эапоми30 нающем устройстве ПЗУ типа 556 РТ7, в котором записано два противофазных пилообразных сигнала. При этом второй вход— это один иэ разрядов (например, старший) адресной шины ПЗУ, на остальные разряды

35 которой подана кодовая последовательность с выхода счетчика. С шины данных

ПЗУ снимается кодовая последовательность, соответствующая одному из симметричных пилообразных сигналов са сдвигом

40 фаз 180О. Выбор того или иного опорного сигнала осуществляется потенциалом на втором входе генератора 3 пилообразного сигнала, m есть на старшем разряде адресной шины ПЗУ. Преобразователь 7 аналого45 вага сигнала преобразовывает входной аналоговый сигнал в кодовую аследовательность и может быть выполнен на ИМС типа 1107 ПВ 2 (аналога-цифровой преобразовательь — АЦП). При эта log N старших

50 разрядов АЦП определяют номер зоны входного сигнала, и выход этих разрядов является первым кодовым выходом, который соединяется с третьим входом дешифpampa и с вторым входом сумматора.

55 Кад на этом выходе определяет постоянное значение, которое добавляется к пилообразному сигналу, образуя опорный сигнал.

1818688

Все разряды на выходе АЦП 7 определяют значение входного сигнала и являются вторым кодовым выходом преобразователя.

Выход log N-го разряда ЛЦП является третьим выходом преобразователя 7 аналогового сигнала и определяет момент перехода входного сигнала из одной зоны в другую, По этому сигналу изменяется фаза пилообразного сигнала, Компаратор 5 служит для сравнения двух кодовый последовательностей и выдает сигнал логического нуля или логической единицы, если один из входных сигналов соответственно больше или меньше другого. Компаратор 5 может быть выполнен нэ

IMC типа 533СП1 и триггере 533ТМ2.

Дешифратор 6 предназначен для формирования импульсных последовательностей по результату сравнения двух сигналов таким образом, чтобы передние и задние фронты импульсов в последовательностях соответственно чередовались 1, 2, 3 .„N, 1, 2; 3 ... N. Дешифратор содержит ПЗУ и четыре триггера Т1, Т2, ТЗ; Т4. Первый вход дешифратора 6 соединен с 0-входами триггера Т1 — Т4. Второй вход дешифратора б соединен с разрядами А2 — А4 адресной шины ПЗУ, Третий вход дешифраторэ б соединен с разрядами АО, А1 адресной шины

ПЗУ, Кроме того, разряды А5-А10 и И адресной шины ПЗУ заземлены, а на входы V2 и V3 ПЗУ подан потенциал логической единицы, Выходы ПЗУ Д1, Д2, Д3, Д4 соответственно соединены со счетными входами С триггеров Т1, Т2, ТЗ, Т4, выходы которых являются выходами устройства.

Если N — это число зон, равное числу пилообразных сигналов на фиг. 2 а, а за В и

К принять текущие значения кода соответственно на третьем и втором входах дешифрэторэ, то значение кода (Д), снимаемого с шины данных ПЗУ, определяется таблицей, Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал поступает нэ вход преобразователя 7 аналогового сигнала, где с тактовой частотой происходит дискретизация этого сигнала по времени и квантование по уровню. Нэ выходе преобразователя 7 аналогового сигнала формируется двоичная кодовая последовательность заданной разрядности А, причем А > log М, где N — число зон и число импульсных выходов всего устройства, В компараторе 5 происходит сравнение А разрядов кодовой последовательности входного сигнала с кодовой последовательностью опорного сигнала, равной сумме кодовой последовательности пилообразного сигнала, разрядностью А -log

N и кодовой последовательности постоянной

55 составляющей разрядностью А, где log N старших разрядов определяют номер зоны, в которой находится входной сигнал, э младшие А — tog N разряды равны логическому нулю.

Кодовая последовательность постоянной составляющей опорного сигнала формируется из log N старших разрядов АЦП 7.

При переходе из одной эоны в другую изменяется код старших log N разрядов АЦП 7 на единицу, а величина опорного сигнала (выходной код сумматора 4) при эт.ом изменяется на размах пилообразного сигнала.

Кроме того, при переходе входного сигнала из одной зоны в другую изменяется на 180 фаза пилообразного сигнала. Управляющим сигналом для изменения фазы является Iog

М-й разряд выходной кодовой последовательности на третьем выходе преобразователя 7 аналогового сигнала, который подан на адресную шину ПЗУ генератора 3 пилообразного сигнала.

Сравнение входного аналогового сигнала с опорным сигналом позволяет формировать N импульсных последовательностей с широтно-импульсной модуляцией (N каналов), равномерно сдвинутых друг относительно друга и с линейным преобразованием входного сигнала в каждом канале, При этом передние фронты импульсных напряжений в каждом канале формируют в моменты пересечения входного аналогового сигнала с убывающими лучами опорного (пилообразного) сигнала, представленного на фиг. 2 б, а задние фро,-.ты — с возрастающими. Очевидно, что этот способ требует формирования одного, изменяющегсся по фазе на 180 пилообразного сигнала каждый раэ при персходе из одной эоны в другую, Пои эт1м внутри генератора 3 пилообразного сигнала можно формировать два инверсных пилообразных сигнала и коммутировать их на выходе по управляющему сигналу, подаваемому на второй вход генератора 3 пилообразных сигналов, Это и делается в приведенном выше примере реализации генератора на ПЗУ.

На фиг. 2 а обозначены эоны 0, 1, 2, 3. В пределах каждой зоны опорный сигнал представляет собой симметричный пилообразный сигнал с размахом и периодом повторения, в 4 раза меньшим каждого из четырех исходных пилообразных сигналов с размахом, равным размаху входного аналогового сигнала и с фазой, изменяющейся на

180 С при переходе из одной эоны в другую. Именно этот в п ра". меньший пилообразный сигнал и формируется в генераторе

3 пилообразного сигнала, 1818688

Выходной сигнал с компаратора 5(логические "О" или "1"), соответствующий результату сравнения двух входных кодовых последовательностей, подается на первый вход дешифратора 6, то есть на входы О выходных триггеров дешифратора 6.

Таким образом результат сравнения переписывается на выход того триггера, номер которого соответствует номеру пилообразного сигнала с динамическим диапазоном изменения, равным выходному аналоговому сигналу с входным аналоговым сигналом (фиг. 2 а).

Для того, чтобы информация с компаратора 5 записывалась в нужный триггер, соответствующий установленной очередности фронтов, в ПЗУ дешифратора 6 должно происходить преобразование текущего номера или полупериода пилообразного сигнала, поступающего со счетчика 2 импульсов на второй кодовый вход дешифратора 6 (код показан на фиг. 2 а снизу), в соответствующий номер триггера. Этот номер показан на фиг. 2 а сверху.

Этот достигается. если в дешифраторе

6 происходит преобразование кода в соответствии с таблицей. На фиг. 2 ж показан сигнал, который получается в результате сложения сформированных в устройстве импульсных последовательностей в одной нагрузке.

Заявляемый способ и устройство по сравнению с прототипом имеют следующие преимущества: формируются импульсные последовательности. соответствующие идеальной многоканальной ШИМ, в которойотсутствуют скачки фаз во всем динамическом диапазоне изменения входного аналогового сигнала, то есть преобразование входного аналогового сигнала более линейно, чем в прототипе.

Формула изобретения

1. Способ многоканального широтноимпульсного преобразования аналогового сигнала, заключающийся в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного сигнала на постоянное значение, равное размаху пилообразного сигнала всякий раз

Таблица прожига

ПЗУ дешифратора 6.

45 при снижении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей, о т л и ч а юшийся тем, что, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей, изменяют фазу пилообразного сигнала на 180 каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, а передние и задние фронты выходных импульсных последовательностей формируют последовательно 1. 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнения входного сигнала с убывающими и возрастающими лучами опорного сигнала.

2. Устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, содержащее соединенные последовательно генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, выходы которого являются выходами устройства, а также генератор тактовых импульсов, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей, дополнительно введены преобразователь аналогового сигнала и счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом генератора тактовых импульсов, а кодовым выходом — с входом генератора пилообразного сигнала и с вторым входом дешифратора, вход преобразователя аналогового сигнала является входом устройства, первый кодовый вход подключен к третьему входу дешифратора и второму входу сумматора, второй кодовый выход подключен к второму входу компаратора, а третий выход подключен к второму входу генератора пилообразного сигнала.

1818688

Продолжение табл, 1818688

1818688

Составитель В.Белов

Техред ММоргентал Корректор Е.Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1941 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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