Устройство преобразования синусно-косинусных сигналов в код

 

1. УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИНУСНО-КОСИНУСНЫХ СИГНАЛОВ В КОД, содержащее селектор октантов, синусньй выход которого подключен к первым входам блока преобразования напряжения в код, суммирующий усилитель, косинусный выход селектора октантов подключен к первому входу суммирующего усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены аналоговый инвертор и аналоговый формирователь компенсационного тока, входы которого соединены с синусным выходом.селектора октантов и выходом суммирующего усилителя, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя, выход суммирующего усилителя через аналоговый инвертор по,чключен к второму входу i блока преобразования напряжений в код, третий вход суммирукщего усили (Я теля соединен с синусным выходом сес: лектора октантов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОЭ 01) 3@@ 6 08 С 9/04; С 01 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Я

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3561061/18-24 (22) 04. 03. 83 (46) 23.07.84. Бюл. Ф 27 (72) Ю.В.Котович, В.М.Семенец и В.Л.Теплицкий (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР . У 706864, кл. G 08 С 9/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 328497, кл. G 08 С 19/28, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

В 283701, кл. G 01 В 7/30, 1967 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

СИНУСНО-КОСИНУСНЫХ СИГНАЛОВ В КОД, содержащее селектор октантов, синусный выход которого подключен к первым входам блока преобразования напряжения в код, суммирующий усилитель, косинусный выход селектора октантов подключен к первому входу суммирующего усилителя, о т л и ч а.ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены аналоговый инвертор и аналоговый формирователь компенсационного тока, входы которого соединены с синусным выходом, селектора октантов и выходом суммирующего усилителя, а выход подключен к второму входу сум мирующего усилителя, вьжод суммирующего усилителя через аналоговый инвертор подключен к второму входу блока преобразования напряжений в код, третий вход суммирующего усилителя соединен с синусным выходом селектора октантов.

1104567

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что аналоговый формирователь компенсационного тока содержит инвертирующий и неинвертирующий сумматоры, первый, второй, третий, четвертый и пятый пороговые элементы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и i едьмой масштабирующне элементы, один вход аналогового формирователя компенсационного тока подключен к первым входам инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, другой вход аналогового формирователя компенсационного тока подключен к вторым входам инвертирующего и неинвертирующего сумматоров и к одним выводам первого и второго масштабирующих элементов, выход инвертирующего сумматора через первый пороговый элемент подключен к другому выводу первого масштабирующего

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, обеспечивающим связь цифровых вычислительных машин с устройствами, выдающими информацию в аналоговой форме.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик, выходы которого1д через фазосдвигаюшую цепь подключены к выпрямителю, а через фазовые детек. торы — к селектору октантов, другие входы фазовых детекторов соединены с выходом источника опорного напряже-1 ния, первые выходы селектора октантов подключены к одним входам преобразователя напряжения в код, вторые — к первым двум входам операционного уси. лителя, а выход операционного усили- о теля подключен к другому входу преобразователя напряжения в код (ПНК) (1).

Недостатками такого преобразователя являются его сложность, невысокие точность и быстродействие. Так, ве- 25 личина методической погрешности преобУ разования превосходит 7 . В формировании опорного напряжения ПНК участвуют блоки (фазосдвигающая цепь и выэлемента и к одному выводу третьего масштабирующего элемента, через вто-, рой пороговый элемент — к другому. выводу второго масштабирующего элемента и к одному выводу четвертого масштабирующего элемента, Через третий пороговый элемент — к одному выводу пятого масштабирующего элемента, выход неинвертирующего сумматора через четвертый и пятый пороговые элементы подключены соответственно к другим выводам первого и второго масштабирующих элементов, один вывод шестого масштабирующего элемента подключен к общей шине, другие выводы третьего, четвертого, пятого и шестого масштабирующих элементов объединены и через седьмой масштабирующий элемент подключены к выходу аналогового формирователя компенсационного тока. прямитель), усложняющие преобразователь и увеличивающие как инструментальную погрешность, так и инерционность формирования опорного напряжения

ПНК, что ограничивает возможности такого преобразователя при организации, например, многоканальной работы.

Известен преобразователь угла поворота в цифровой код, содержащий суммирующий усилитель, ко входам которого через селектор октантов и резисторы связи подключены синусная и косинусная обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), а выход соединен с шиной питания декодирующего преобразователя (ПКН), сумматор, подключенный к выходам преобразователя напряжение — код (ПНК) и блок формирования корректирующего кода, выполненный в виде дешиф ратора с элементами ИЛИ, входы которого подсоединены к выходам старших разрядов ПНК, а выходы соединены с сумматором f2) .

Недостатком данного преобразователя является его сложность.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является уст1 104567 ройство преобразования синусно-косинусных сигналов в код, содержащее селектор октантов, синусный выход которого подключен к первым входам блока преобразования напряжения в код, суммирующий усилитель, косинусный выход селектора октантов подключен к первому входу суммирующего усилителя, выход суммирующего усилителя подключен к второму входу блока пре- 10 образования напряжения в код, выход которого подключен к одному вхопу блока преобразования кода в напряжение, другой вход блока преобразования кода в напряжение соединен с синус- 15 ным выходом селектора октантов, а выход подключен ко второму входу суммирующего усилителя, третий вход суммирующего усилителя соединен через масштабирующий элемент с синусным вы-20 ходом селектора октантов (3) .

Недостатком известного преобразователя является невысокое быстродействие, ограниченное принципом работы г5 блока преобразования напряжения в код, специфичным для данного устройства и основанным на принципе поразрядного уравновешивания.

Цель изобретения — повышение быст родействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство преобразования синусно-косинусных сигналов в код, содержащее селектор октантов, синус- Ç5 т ный выход которого подключен к первым входам блока преобразования напряжения в код, суммирующий усилитель, косинусный выход селектора октантов подключен к первому входу суммирующе- 40 го усилителя, введены аналоговый инвертор и аналоговый формирователь компенсационного тока, входы которого соединены с синусным выходом селектора октантов и выходом суммирую- 45 щего усилителя, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя, выход суммирующего усилителя через аналоговый инвертор подключен к второму входу блока преобразования напряжения в код, третий вход суммирующего усилителя соединен с синусным выходом селектора октантов.

При этом аналоговый формирователь компенсационного тока содержит инвер. 55 тирующий и неинвертирующий сумматоры, первый, второй. третий,четвертыйи пятык пороговые элементы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой масштабирующие элементы, один вход аналогового формирователя компенсационного тока подключен к первым входам инвертирующего и неинвер-тирующего сумматоров, другой вход аналогового формирователя компенсационного тока подключен к вторым входам инвертирующего и неинвертирующего сумматоров и к одним выводам первого и второго масштабирующих элементов, выход инвертирующего сумматора через первый пороговый элемент подключен к другому выводу первого масштабирующего элемента и к одному выводу третьего масштабирующего элемента, через второй пороговый элемент — к другому выводу второго масштабирующего элемента и к одному выводу четвертого масштабирующего элемента, через третий пороговый элемент вЂ,к одному выводу пятого масштабирующего элемента, выход неинвертирующего сумматора через четвертый и пятый пороговые элементы подключены соответственно к другим выводам первого и второго масштабирующих элементов, один вывод шестого масштабирующего элемента подключен к общей шине, другие выводы третьего, четвертого, пятого и шестого масштабирующих элементов объединены и через седьмой масштабирующий элемент подключены к выходу аналогового формирователя компенсационного тока.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства преобразования синусно-косинусных сигналов в код; на фиг.2 — схема аналогового формирователя компенсационного тока; на фиг.3— закон изменения выходного напряжения суммирующего усилителя и закон изменения масштабированной суммы напряжений по первому и третьему входам суммирующего усилителя, на фиг.4 — закон изменения выходного напряжения аналогового формирователя компенсационного тока.

Устройство преобразования синуснокосинусных сигналов в код (фиг.!) содержит селектор 1 октантов, синусный выход которого подключен к первым входам блока 2 преобразования напряжения в код суммирукнций усилитель 3, ) косинусный выход селектора 1 подключен к первому входу суммирующего усилителя 3, аналоговый инвертор 4 и аналоговый формирователь 5 компенсацион1104567

1О

15 иэм юь

"an» I <

Селектор 1 формирует на своих выходах сигналы, пропорциональные сийусу и косинусу угла м в пределах первого октанта, причем оба этих сиг"

55 а соби >(<-а) в и е . ного тока, входы которого соединены с синусным выходом селектора 1 октан" тов и выходом суммирующего усилителя

3, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя 3, выход суммирующего усилителя 3 через. аналоговый инвертор 4 подключен к второму входу блока преобразования напряжения в код, третий вход суммирующего усилителя соединен с синусным выходом селектора октантов.

Аналоговый формирователь 5 компенсационного тока содержит инвертирующий 6 и неинвертирующий. 7 сумматоры, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 пороговые элементы (диоды), первый 13, второй 14, третий 15, четвертый 16, пятый 17, шестой 18 и седьмой 19 масштабирующие элементы (резисторы), один вход аналогового формирователя 5 компенсационного тока подключен к первым входам инвертирующего 6 и неинвертирующего 7 сумматоров, другой вход аналогового формирователя 5 компенсационного тока подключен к вторым входам инвертирующего 6 и неинвертирующего 7 сумматоров и к одним выводам первого 13 и второго 14 резисторов, выход инвертирующего сумматора 6 через первый диод 8 подключен к другому выводу первого резистора 13 и к одному выводу третьего резистора 15, через второй диод 9 — к другому выводу второго резистора 14 и к одному выводу четвертого резистора 16, через третий диод 10 — к одному выводу пятого резистора 17, выход неинвертирующего сумматора 7 через четвертый 11 и пятый 12 диоды подключен соответственно к другим выводам первого 13 и второго 14 резисторов, один вывод шестого резистора 18 подключен к общей шине, другие выводы третьего 15, четвертого 16, пятого 17 и шестого 18 резисторов объединены и через седьмой резистор 19 подключены к выходу аналогового формирователя 5 компенсационного тока.

Устройство работает следующим образом. нала имеют положительную фазу, а амплитуда синусного сигнала не йревосходит амплитуды косинусного сигнала, 20

На опорный вход блока 2 подается с выхода инвертора 4 напряжение Uon амплитуда которого с высокой точносг тью пропорциональна величине ц . .

1 Ж

На измерительный вход блока 2 подается с синусного выхода селектора 1 напряжение, пропорциональное

Ц = Цч1п ) . Выходной код Я преобразователя получается пропорциональным углу, в пределах первого октанта угла из отношения напряжений Ц »„, к "on: . а

Важным достоинством устройства яв. ляется возможность построения блока

2 по любому из известных методов ана. лого-цифрового преобразования, в том числе и.по наиболее быстродействующему методу параллельного преобразования (считывания), что обусловлено отсутствием зависимости опорного (эталонного) напряжения от выходного кода.

Рассмотрим более подробно проЦесс формирования опорного напряжения И,д.

На выходе суммирующего усилителя

3 воспроизводится напряжение Ц амплитуда которого изменяется по закону а»сава+(1-а)»а,а,1 а)) аале, 4 а, где а — 0, 73205 — коэффициент;

Ц ф) — .добавочное напряжение, равное по величине произведению выходного компенсационного тока формирователя

5 на величину сопротивления обратной связи суммирующего усилителя 3.

На фиг.3 показан закон изменения

"идеального" опорного напряжения ц — . †и той части напряжения 0

» 61иа

4 М которая определяется величинами сигналов, подаваемых на первый и третий входы суммирующего усилителя 3:

Эта часть является основной> так как составляет не менее 93Х от напряжения Ц

Введение в устройство формироварля 5 компенсационного тока позволя1104567 8 ет приблнзить закон изменения напряжения 02 к требуемому видуSchwa

-0 4. с необходимой степенью точности, 5

При подаче напряжения 0 п ОЬ с синусного выхода селектора 1 на первые входы сумматоров 6 и 7 и напряжения

02 с выхода суммирующего усилителя 3 на вторые входы сумматоров 6 и 7 на их выходах формируются (если пренебречь падением напряжения на диодах) следующие напряжения:

0 g =-(0% и Ы + 0 2)

Oz = >t."> < "г).

0 (a)=K, 0 втором (открыты диоды 8 и 9) 4

0 с 1 = Мз.06, третьем (открыт диод 8):

0,"5 "Ь "э"2

45 четвертом (диоды 8-12 запер— на — на

- на ты):

Я(" 2 пятом участке (открыт диод

U (41-- 02 шестом участке (открыты дио12): — на

11) . — на ды11 и

uf(g) = кои л2 K k К постоянные коэффйцие нты, определяемые величинами резисторов 13-!9. где К,, Эти два напряжения, подаваемые на пороговые элементы (аноды диодов) со-20 ответственно 8, 9, 10 и 11, 12, а также напряжение "2, подаваемое на общие выводы масштабирующих элементов (резисторов) 15 и 16, формируют на выходе формирователя 5, а именно на резисторе 12, подсоединенном к второму входу суммирующего усилителя 3; компенсационный ток, величина которого в зависимости от угла поворота К может изменяться по шести ЗО нелинейным законам. Напряжение 0 g(gl имеет вид, изображенный на фиг.4, и для каждого из ыести участков ком- . пенсации описывается следующими выражениями: — на первом участке (открыты диоды

8-10):

При выборе номиналов этих резисторов из условия R>> =0,799R, К14 =

=4,310 R, R|з =2,229R, Ц ь =,143R, R„=2,3R, R1,в =0.105R, R„> =2R, a=

=О, 73205, где R — сопротивление обратной связи суммирующего усилителя

3, величина методической погрешности линейного преобразования синусно-косинусных сигналов в код не превысит

1,4 угловых минуты.

При соответствующем усложнении формирователя 5, связанном с увеличением числа участков компенсации, велнчнна методической погрешности может быть уменьшена.

Вспомогательные диоды, включенные в цепи обратной связи сумматоров 6 и

7, служат для компенсации порога включения диодов 8-12, а отрицательное смещение, подаваемое на катоды вспомогательных диодов, необходимо для предотвращения нх запирания при отрицательных значениях напряжений

0ь

Сформированное на выходе суммирующего усилителя 3 напряжение 03 поступает далее на инвертор 4, который может быть выполнен в виде операционного усилителя с коэффициентом переда чи =-1.

Я

На выходе инвертора 4 формируется опорное напряжение 0 оп для типового АЦП (в котором и преобразуемое н о*орное напряжения должны быть положительными). Прн работе с АЦП, допускающим подачу на опорный вход отрицательных напряжений,. на этот вход может быть подано непосредственно напряжение 05

В рассмотренном устройстве в качестве блока 2 преобразования напряжения в код можно использовать АЦП параллельного илн последовательнопараллельного типа, поскольку входное и опорное напряжения являются неквантованными, а при использовании АЦП поразрядного кодирования уменьшается время переходных процессов в процессе преобразования.

В резулътате время преобразования уменьшается, т.е. быстродействие устройства повышается.

Экономический эффект от использования устройства определяется его техническим преимуществом.

1104567

Фиг. Ф

ВНИИПИ Заказ 5313/38 Тирак 569 Подписное

Фидиаа ППП "Патент", r. Узтород,ул.Проектная, 4