Обратимый функциональный преобразователь код-частотно- временной сигнал

 

894746

Социалистические республик

ИЗОВРЕТЕН ИЯ и лвто скомю ееиджтюльств (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 0802.80 (21) 2881868/21 с присоединением заявки М(23) Приоритет(Ы)М. Кл.

С 06 J 1/00

5яударстеипаб квинтет

CCCP во делам иэебретеккй к открытки (53) УДК 681. 325 (088. 8) Опубликовано 30.1 231. Б1оллетень Эй 48

Дата опубликования описания 30.1 281 (72) Автор изобретения

В. М. Пустыльников (7l) Заявитель (11) ОБРАТИМЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

МОД- ЧАСТОТНО-ВРЕИЕННОЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в частотно-цифровых вычислительных устройствах, а также для сопряжения управляющих вычислительных машин с частотными датчиками.

Известен обратимый функциональный преобразователь, содержащий усилитель напряжения раэбаланса с подключенны1О ми к его входам управляемыми проводимостями, управляющие входы которых соединены с внешними зажимами устройства, блок согласования формы пред" ставления информации, подключенный

15 к выходу усилителя напряжения разбаланса и переключатель на два положения, подвижный контакт которого соединен с выходом блока согласования формы представления информации, а неподвижные конт акты - с д вумя внешними зажима1ми (l 1.

Данный преобразователь имеет ограниченную точность преобразования.

Известен также функциональный. преобразовательь код- частотный си гнал, содержащий управляемый генератор выходного сигнала с усилителем напряже- ния разбаланса на входе, два цифроаналоговых преобразователя, подсоединен-, ных управляющими входами к выходам регистра входного кода, два преобразователя частотного сигнала в напряжение, частотно-зависимые цепи и два раз вя зы вающих у силителя, причем вход усилителя напряжения разбаланса через дифференциальный амплитудный нуль-орган связан с выходами вторых цифроаналогового преобразователя и преобразователя частотного сигнала в напряжение, входы которых через раэвязывающие усилители подключены соответственно к выходам первого преобразователя частотного сигнала в напряжение и первого цифроаналогового преобразователя, а выход управляемого генератора выходного сигнала подсоединен к шинам питания первых цифроаналогового преобразователя и преобразователя частотного сигнала в напряжение (2) .

Ч а основе этого преобразователя может быть реализован обратимый функциональный преобразователь код-частотный сигнал путем простого добавления в его схему управляемого генератора цифрового кода, подключенного входом к выходу усилителя разбаланса, а также ключа и цифрового коммутатора, осуществляющих коммутацию внешних зажимов устройства с выходами управляемых генераторов.

Однако в этом преобразователе в качестве усилителя напряжения разбаланса может быть использован только усилитель постоянного тока со свойственнымм ему дрейфом нуля, ограничива ющим возможности уменьшения инструмен тальных погрешностей и повышения точности преобразования.

Цель изобретения - уменьшение погрешностей преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что обратимый функциональный преобразователь код-частотно-временной сигнал, содержащий управляемый генератор прямоугольных импульсов, управляемый генератор цифрового кода, усилитель напряжения раэбаланса, два цифроаналоговых преобразователя, подключенных управляющими входами к входам.цифрового коммутатора, первая группа выходов которого соединена с выходами ре" гистра входного кода, а вторая группа выходов - с выходами управляемого генератора цифрового кода, два преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение и два развязывающих усилителя, причем входы усилителя напряжения разбаланса соответственно соединены с выходами второго цифроаналогового преобразователя и второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжения, входы которых через развязывающие усилители подключены соответственно к выходам первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение и первого цифроаналогового преобразователя шины пи2 тания которых соединены с выходной ши ной устройства и через ключ с выходом управляемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода, введены два однополупериодных Фаэочувствительных выпрямителя„ два обратных амплитудно-импульс4О

so

55!

О !

2О

25 зо зз ных преобразователя и вычитатель, примем преобразователи частотно-времен ого си гнала в напряжение выполнены в виде преобразователей относительной длительности прямоугольных импульсов в амлитуду, усилитель напряжения разбаланса выполнен в виде импульсного усилителя, к выходу. которого через соот ветст вующие однополупериодные фаэочувствительные выпрямители, соединенные управляющими входами с выходной шиной устройства, подключены два обратных амплитудно-импульсных преобразователя, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода.

При этом преобразователи относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду содержат один или несколько параллельно соединенных блоков преобразования, подключенных выходами к соот вет ст вующим входам суммирующе го устройства и содержащих один или несколько последовательно соединенных блоков, выполненных на последовательно включенных фильтре верхних частот, однополупериодном выпрямителе и развязывающем усилителе.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - схема преобразователей относительной длительности примоугольных импульсов в амплитуду.

Преобразователь (фиг. 1) содержит мостовую измерительную цепь, образованную цифроаналоговым преобразователем 1 и преобразователем 2 относитель- . ной длительности прямоугольных импульcos в амплитуду импульсного напряжения 0, включенными как ветви моста, развязывающие усилители 3 и !1, второй цифроаналоговый преобразователь

5, второй преобразователь 6 относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду импульсного напряжения 0,, импульсный усилитель 7 напряжения разбаланса мостовой цепи, однополупериодные.фазочувствительные выпрямители 8 и 9, обратные амплитудно-импульсные преобразователи 10 и 11, вычитатель 12, управляемый генератор 13 прямоугольных импульсов, связанный через ключ 14 с выходной шиной

15 устройства, включенной в диагональ питания мостовой цепи, а также управляемый генератор 16 цифрового кода, цифровой коммутатор 17 и регистр 18 входного кода.

Преобразователи 2 и 6 относительной длительности прямоугольных импульсов в их амплитуду (Фиг. 2) состоят из па- Э раллельно соединенных цепей, содержа" щих последовательно включенные блоки, состоящие из последовательно соеди" ненных фильтров 19-21 верхних частот, однополупериодных выпрямителей 22-24 1® и развязывающих усилителей 25 и 26.

Выходы цепей связаны с входами суммирующего устройства 27, одновременно выполняющего функции развязывающих усилителей для выходных блоков.

1Э

Преобразователь работает следующим образом.

В замкнутом состоянии ключа 14, при котором цифровой коммутатор 17 находится в положении " !" и обеспечива- 20 ет связь управляющих входов цифроаналоговых преобразователей 1 и 5 с выходами регистра 18 входного кода, устройство является преобразователем кода в частотно-временной сигнал. В этом ре- N жиме выходная шина 16 образует выходные зажимы преобразователя, напряжение 0 на которых, одновременно используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи, подается с выхо- ф да управляемого генератора 13 и имеет форму прямоугольных импульсов длительностью Т, следующих с периодом Т а относительная длительность 9 =— т этих импульсов является обобщенным параметром выходного сигнала, соответствующим в зависимости от выполнения управляемого генератора 13 или управляемой длительности импульсов, следующих с постоянной частотой, или управляемой частоте f — следования

r импульсов постоянной длительности = о, так как в последнем случае

Q = — = i!!f, Выходные напряжения Ug

« о < т и U< преобразователей 2 и 6 повторяют по форме частотно-временной сиг,нал Uy, но имеют амплитуду О, зави сящую по определенному закону от величины 9, причем преобразователи 2 и 6 имеет разные функциональные характеристики О „= 0 ÄyÄ. (Ю), где

М

U „- амплитуда входных импульсов преобразователей, 1 = 2 или i = 6.

При изменениях входного кода И изменяются амплитуды импульсов на выходах цифроаналоговых преобразователей

1 и 5, и возникает импульсное напряжение разбаланса мостовой цепи с амплитудой 0„ - 0, где Ох амплиту да импульсов напряжения U на выходе цифроаналогового преобразователя 5.

Это импульсное напряжение усиливается усилителем 7 и после преобразования элементами 8-12 в постоянное напряжение,.пропорциональное укаэанной, амплитуде, воздействует на управляемый генератор 13, изменяя длительность или частоту следования его выходных импульсов таким образом, чтобы восстановить равновесие моста, т. е, раве нст во амплитуд 0 и О >.

В разомкнутом состоянии ключа 14, при котором цифровой коммутатор 17 находится в положении " " и устанавливает связь управляющих входов циф:роаналоговых преобразователей с выходами управляемого генератора 16 цифрового кода, устройство работает в режиме обратного преобразования как преобразователь частотно-временного сигнала в код. При этом на выходную шину !5 преобразователя подается входное напряжение Ор той же формы, по-прежнему используемое в качестве напряжения питания мостовой цепи, причем относительная длительность Ю входных импульсов является обобщенным преобразуемым параметром, соответствующим преобразованию как длительности импульсов, следующих с постоянной частотой, так H частоты f следования импульсов постоянной длительности. При изменениях величины 0 изменяются амплитуды U < и

U> импульсных напряжений на выходах преобразователей 2 и 6, и возникает ,импульсное напряжение разбаланса мостовой цепи, которое после усиления усилителя 7 и греобраэования элементами 8- 12 в постоянное напряжение, пропорциональное разности амплитуд

0gg и Охь воздействует на управляемый генератор 16 цифрового кода, изменяя должным образом его выходной код

H„с тем, чтобы восстановить равнове-. сие моста, характеризуемое равенст вом

Ugg Оg в соответствии с функциональными характеристиками преобразования кода в напряжение цифроаналоговых преобразователей 1 и 5.

Так как = U (8) F5 (!); U„t,=U) (N) f„(o), где U - амп: итуда импульсов частотно-временного сигнала

ug;

F (й) и Fg (N) - функциональные ха рактеристи ки цифрб894746

Предлагаемая схема преобразователей 2 и 6 относительной длительности прямоугольных импульсов в их амплитуду работает следующим образом. аналоговых преобразователей 1 и 5 соответственно, отличающиеся друг от дру а 5 то равенство 0 » Uy,, автоматически поддерживаемое следящей системой преобразователя как в первом, так и во втором режиме еro работы, соответствует получению характеристик пря- 10 мого и обратного преобразований предлагаемого устройства, определяемых зависимостью

g

Получение напряжения разбаланса в виде импул ь сного напряжения поз воляет использовать в качестве усилителя 7 напряжения разбаланса импульсный уси"

20 литель, содержащий переходные конденсаторы, и, тем самым, значительно снизить инструментальные погрешности преобразований, связанные с дрейфом нуля усилителя напряжения разбаланса.

Выходной сигнал этого усилителя имеет вид двухполярного импульсного напряжения, в котором усиленная разность амплитуд 0 g и Ох представлена алгебраической суммой амплитуд

0 и Ug и положительных и отрица"

+ Зо тельных импульсов. Для преобразования этой алгебраической суммы в вели+

4 ину постоянного напряжения, управляющего генераторами 13 и 16, применены элементы 8-12. Однополупериод- З5 ные фазочувствительные выпрямители

8 и 9 разделяют выходной сигнал уси- лителя 7 на импульсы, соответствующие по времени импульсам и паузам частотно-временного сигнала Ug. Вы- 40 ходные импульсы выпрямителей 8 и 9 подаются на соответствующие обратные амплитудно-импульсные преобразовате-. ли 10 и 11, на выходах которых образуются постоянные напряжения, соответствующие по величине и полярности преобразуемым амплитудам - импульсов. Эти разнополярные напряжения ïîдаются на входы вычитателя .12, с вы" хода которого снимается постоянное напряжение, пропорциональное величине указанной алгебраической суммы и соответствующее ей по полярности, Из каждый блок преобразователей

2 и 6, состоящий из последовательно соединенных фильтра верхних частот, ОднополупериоднОГО выпрямителя и раз вязы вающе го усилителя, ПОступает пОследОвательнОСт ь Однпполярных им" пульсов напряжения, подобная частотно-временному сигналу Ug. Фильтр верхних частот (например, 19 на фиг. 2) не пропускает постоянную составляющую этой импульсной последовательности, в результате чего на выходе фильтра имеет место двухполярный импульсный процесс, в котором амплитуды положительных и отрицательных импульсов соответственно равны

+ . Т-

0 с 0 1 g)

0, =0,—" --0„Â, где 0 - амплитуда входных импульК сов блока. ф

Зависимость амплитуд Uy. и 0 от относительной длительности импульсов

Я используется для получения преобразования относительной длительности импульсов в их амплитуду. Однополупериодный выпрямитель (например, 22) пропускает только импульсы одной полярности, и, следовательно, на его выходе восстанавливается однополярный импульсный процесс, но амплитуда импульсов на выходе выпрямителя зависит от величины 6 в соответствии с одной из приведенных зависимостей. Развязывающий усилитель (например, 25) служит для согласования выхода выпрямителя с входом последующих блоков или усилителя напряжения разбаланса.

Для случая пропускания однополупериодным выпрямителем положительных импульсов при использовании в качестве преобразователя 2 одного блока (фильтр верхних частот - однополупе" риодный выпрямитель - развязывающий усилитель) для этого преобразователя получаем 0Х = U Х = 0к, à при умень1 шении относительной длительности им,пульсов сигнала Ug до значения, определяемого величиной, согласно вышеприведенной зависимости амплитуда положительных импульсов на выходе фильтра, проходящих на выход блока, увеличивается до значения U .

Таким обр азом, при и с пол ьзов ании в качестве преобразователей 2 или 6 одного блока (фильтр верхних частот " однополупериодный выпрямитель - развязывающий усилитель), когда U< = 0 в зависимости от полярности напряжения, пропускаемого однополупериодным выпрямителем, получаем

u„„ = u„, f, (В) - 1-е или

ОХ1 uê 1 fe (9) а

Соответственно для цепи, содержащей m последовательно включенных блоков (фильтр верхних частот - однополупериодный выпрямитель - раэвязывающий усилитель), где в каждом блоке выпрямитель пропускает импульсы одной и той же полярности, получаем ; (9) = (1-9) или 1.1(0) =6, а для цепи, содержащей и блоков с выпрямителями, пропускающими положительные импульсы, и р блоков с выпрямителями, пропускающими отрицательные импульсы, имеем

f.(9) = (1 О) 8>

В полной схеме преобразователей

2 и 6 характеристика преобразования величины 9 в амплитуду импульсов определяется суммированием выражений для f (9) трех приведенных видов, чем обусловливаются широкие возможности получения этой характеристики в виде различных нелинейных функциональных зависимостей при помощи полиноминальной аппроксимации, а в схеме лред" лагаемого преобразователя в целом в соответствии с вышеприведенным выражением для его характеристик преобразования обеспечивается также возможность аппроксимации заданных нелинейных функций прямого и обратного преобразований дробно-рациональным приближением как непосредственно заданной функции, так и функции, обратной заданной.

Предлагаемый преобразователь может обеспечить прямое и обратное преобразования между кодом и частотновременным сигналом, в качестве которого может быть использована как длительность импульсов, так и частота их следования, что в сочетании с возможностью получения повышенной точности преобразований за счет исключения из схемы преобразователя усилителей постоянного тока или иных сравнивающих устройств, работающих с напряжениями постоянного тока, а также с воэможностью одновременного воспроизведения различных нелинейных зависимостей между входной и выходной переменными предопределяет широкую сферу возможного применения пре10 образователя. На его основе могут быть созданы обратимые устройства ввода-вывода в цифровые ЭВИ информации, представленной частотой следования или длительностью импульсов, блоки частотно-цифровых вычислительных устройств, цифровые измерительные приборы, преобразующие и линеаризующие устройства для использования в телемеханических и информационных измерительных системах и т.п.

5 о

Формула изобретения

50 однополупериодных фазочу вст вительных выпрямителя, два обратных амплитудноимпульсных преобразователя и вычитатель, причем преобразователи частотно-временного сигнала в напряжение

55 выполнены в виде преобразователей относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду, усилитель

;напряжения разбаланса выполнен в виt5

1. Обратимый функциональный преобразователь код-частотно-временной сигнал, содержащий управляемый генератор прямоугольных импульсов, управляемый генератор цифрового кода, усилитель напряжения разбаланса, два цифроаналоговых преобразователя, подключенных управляющими входами к входам цифрового коммутатора, первая группа выходов которого соединена с выходами регистра входного кода, а вторая группа выходов - с выходами управляемого генератора цифрового ко" да, два преобразователя частотно-вре" менного сигнала в напряжение и два развязывающих усилителя, причем входы . усилителя напряжения разбаланса соответственно соединены с выходами второго цифроаналогового преобразователя и второго преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение, входы которых через развязывающие усилители подключены соответственно к выходам первого преобразователя частотно-временного сигнала в напряжение и первого цифроаналогового преобразователя, шины питания которых соединены с выходной шиной устройства и через ключ - с выходом управляемо го генератора прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей преобразования, в него введены два

11 де импульсного усилителя, к выходу ко" торого через соответствующие однополупериодные фазочувствительные выпря мители, соединенные управляющими вхо дами с выходной шиной устройства под ключены два обратных амплитудно-импульсных преобразователя, выходы ко.торых соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого подключен ко входу управляемого генератора цифрового кода.

2, Преобразователь по и. 1, о т личающийся тем, чтопреобразователи относительной длительности прямоугольных импульсов в амплитуду содержат один или несколько параллельно соединенных блоков преобразования, подключенных выходами соответствующим входам суммирующего устройства и содержащих один или не сколько последовательно соединенных

s блоков, выполненных на последовательно включенных фильтре верхних частот, однополупериодном выпрямителе и раэвязывающем усилителе.

Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов 8.f ., Фомичев В.С. Аналого-цифровые и цифроаналоговые нели-. нейные вычислительные устройства. Л., "Энергия", 1974, с. 226-228.

ts 2. Авторское свидетельство СССР

Ю 656077, кл. С 06 J 1/00, 1979 (прототип).