Устройство для кодирования электрических сигналов

 

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в системах дискретной передачи звуковых, телеметрических и других сигналов. И позволяет повысить быстродействие и точность. В устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь 5, регистраторы 8, 9, аналоговое запоминающее устройство 2, тактовым генератор 1 пилообразного напряжения, элемент 11 запрета, счетчик 7, введены измерительный дифференциальный усилитель 4, элементы 12, 14 запрета, элемент 13 задержки и элемент ИЛИ 10 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„15012

А1 (gl) с1 Н 03 М 1/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4232854/24-24 .(22) 20,04.87 (46) 15.08. 89. Бюл. М 30 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Ю.Г.Игнатьев, О.И.Капичникова и В.Я.Сорин (53) 681.325(088,8) (56) Патент Clllh Ф 4144525, кл. 340-347, 1979. (54) УСТР013СТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСKHX СИГНЛЛОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в системах дискретной передачи звуковых, телеметрических и других сигналов и позволяет повысить быстродействие и точность. В устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 8,9, аналоговое запоминающее устройство 2, тактовый генератор 3, блок 6 управления, генератор 1 пилообразного напряжения, элемент 11 запрета, счетчик 7, введены измерительный дифференциальный усилитель 4, элементы 12, 14 запрета, элемент 13 задержки, элемент ИЛИ

10 ° 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

3 !5Î

Изобретение относится к импульcной технике и может быть и пользова но в .системах дискретной передачи звуковых, телеметрических и других электрических сигналов.

Целью изобретения является ловы— шение быстродействия и точности.

На фиг. 1 приведена функциональ ная хема устройства1 на фиг, 2 функциональная схема блока управле— ния; на фиг. 3 — принципиальная тлектрическая схема генератора пило образного напряжения; на фиг. 4 принципиальная электрическая схема аналогового запоминающего устройства; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема измерительного дифференциального усилителя, на фиг, 6 — функциональная схема первого блока совпадения; на фиг. 7 функциональная схема второго блока совпадения, на фиг. 8 — временнь1е диаграммы работы устройства, на фиг, 9 — зависимость разности между напряжениями генератора пилообразного напряжения и аналогового запоминающего устройства (2) между сосед— чими импульсами.

Устройство для кодирования элект— рических Сигналов (фиг. 1) содержит генератор 1 пилообразного напряжения, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ) 2„ тактовьп генератор 3, измерительный дифференциальный усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 параллельного типа, блок 6 управления, счетчик 7, регистры 8„9, элемент ИЛИ 1О, элементы 11, 12 запрета, элемент 13 задержки, элемент

14 запрета.

Блок 6 управ ения (фиг. 2) содержит элементы 15-17 запрета, счетчики

18,19, блоки 20, 21 совпадения, формирователь 22 импульсов, элемент 23 задержки.

Генератор 1 пилообразного напряжения (фиг. 3) содержит элемент ИЛИ-НЕ

24, транзисторы 25-27, стабилитроны

28, операционный усилитель 29, транзисторы 30, резисторы 31, транзистор

32, конденсаторы 33, стабилитроны

34, 35.

Аналоговое запоминающее устройство (фиг. 4) содержит элемент ИЛИ-НЕ 36, ключ 37, транзи торы 38, резисторы

39, конденсатор 40, стабилитроны 41, 42.! 269

Измерительный дифференциальный усилитель (фиг. 5) состоит ич операционных усилителей 43-46, резисторов

47-49, диода 50.

Блок 20 совпадения (фиг. 6) содержит элементы HF, 51, элемент И-НЕ 52, Блок 21 совпадения (фиг. 7) содержит элементы НЕ 53, элемент ИЛИ 54, 10 ..>лемент И-НЕ 55.

Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал (1 поступает на первый вход АЗУ 2,на второй

15 «ход которого подается сигнал от блока 6 управления, открывающий ключ 37

АЗУ 2 на время, необходимое для загоминания сигнала U . Сигнал, открывающий ключ 37 АЗУ 2, подается также

20 На первый вход генератора 1 (фиг.8б), открывая его транзистор 32, через внутреннее сопротивление которого прои ходит разряд конденсатора 33 до исходного значения. В момент закрывания ключа 37 АЗУ 2 и ключа 32 гене25 ратора 1 на второй вход генератора 1 через элемент 14 запрета иэ блока 6 управления подается сигнал (фиг. 8в), открывающий транзистор 26 переключателя тока. Ключ, образованный транзисторами 25,26, выполнен по схеме переключателя тока. Состоянию откры-. того ключа соответствует в данном случае ситуация, когда транзистор 26

35 открыт, а транзистор 25 закрыт. Состоянию закрытого ключа соответствует противоположная ситуация. Через переключатель тока конденсатор 33 генератора 1 заряжается постоянным током

40 ог генерагора тока, включающего транзистор 27, стабилитрон 28 и операционный усилитель 29 ° Одновременно на первый вход счетчика 7 (фиг. 8з) и ь:горой вход АЦП 5 (фиг. 8и) начинают

45 пэступать тактовые импульсы из бпока

6 через элементы 13, 11, 12 соответственно. Сигналы с выходов АЗУ 2 и ге нератора 1 подаются на входы измерительного дифференциального усилителя

4, Выходной сигнал усилителя 4 подается на первый вход параллельного

АЦП 5, который настраивается так, что воспринимает только положительные или только отрицательные разности

55 с выхода измерительного дифференциального усилителя 4, что соответствует состояниям сигналов на входах уси-, лителя 4, при которых сигнал с выхода генератора 1 по абсолютной величине

1501269 превышает сигнал с выхода ЛВУ 2 (фи . Йе).

Коэффициент усиления усилителя 4 выбирается е таким расчетом чтобы

У

5 максимальная разность, которая может возникнуть на его выходе и, сл довательно, на первом входе АЦП 5 за время между моментом равенства нап° ряжений на входах усилителя 4 и момен- 0 том следующего после этого тактового импульса на втором входе АЦП 5, соответствовала максимальному значению входного сигнала, выбранного АЦП 5 °

Поясним необходимость использования инверсных кодов с выхода АЦП.

Момент совпадения напряжений на входах измерительного дифференциального усилителя 4 может совпадать с тактовым импульсом на втором входе 20

АЦП 5 или возникает в любой момент времени между соседними тактовыми импульсами (фиг. 9a,б).

Рассмотрим предельный случай, когда ситуация совпадения напряжений 25 на входах измерительного дифференциального усилителя возникает одновременно с тактовым импульсом АЦП (с моментом фиксации состояний компараторов АЦП в его выходном регистре 30 (фиг. 9а). это означает, что младшие разряды выходного кода равны нулю, т.е. выходной код определяется количеством тактовых. импульсов, просчитанных счетчиком 7 до момента совпа35 дения напряжений на входах измерительного дифференциального усилителя 4. Однако в этом случае появление кода, отличного от нуля,. на выходе АЦП 5 может возникнуть только с 40 подачей сЛедующего тактового импульса на тактовый вход ЛЦП 5. При указанном выше согласовании коэффициента усиления измерительного дифференциального усилителя 4 с диапазоном входного напряжения ЛПЦ 5 напряжение на выходе усилители изменяется на величину, соответствующую максимальному значению входного напряжения

АЦП 5, что приводит к появлению единиц сразу во всех разрядах кода АЦП

5. Но, как уже указывалось выше, младшие разряды выходного кода должны быть равны нулю, Следовательно, коды с выхода АЦП 5 необходимо брать

55 с инверсией. Другими словами, код АЦП, характеризующий превышение сигнала генератора 1 над входным сигна1 ла L z между моментом овпадения этих напряжений на иыходах измерительного дифференциальис го усилителя и первым тактовым импульсом, фиксирующим это превышение в ЛЦП 5, соответствует значению, которое необходимо вычесть из максимального значения кода АПЦ 5, а результат такой разности является инверсным кодом.

Тактовые импульсы, поСтупающие на счетный вход счетчика 7, должны быть задержаны по отношению к тактовым импульсам, поступающим на тактовый вход АЦП 5, на время, которое обеспечивает возможность непоступления тактового импульса, фиксирующего первое появление единиц на выходе АЦП 5, на вход счетчика, для чего служит элемент 13 задержки ° Величина указанной задержки зависит от элементной базы, применяемой для реализации предлагаемого устройства. Рассмотрим работу блока 6 (фиг. 2) в комплексе с работой устройства. Импульсы с. выхода тактового генератора 3 (фиг, 8а) поступают на вторые входы элементов 1517 запрета. Пусть счетчики 18 и 19 обнулены. В этом случае сигнал е первого выхода блока 20 совпадения (фиг. 86) разрешает прохождение импульсов тактового lеиератора через элемент 15 на первыи вход счетчика 18, а сигнал с второго выхода блока 20 (фиг, 8в), который является инверсным по отношению к сигналу, взятому с первого выхода, запрещает прохождение импульсов так гового генератора на первый вход четчика 19 через элемент 17. Код сони,i."lollèÿ на блоке

21 выбирается в зависимости от точности измерения счетным методом. Например, при шестнадцатиразрядном аналого-цифровом преобразовании восемь старших разрядов кода можно определить счетным методом, а восемь младших — с помощью восьмиразрядного параллельного ЛЦП. В указанном случае код совпадения на блоке 21 соответствует числу 256 в двоичном коде. В других вариантах построения устройства это число может быть изменено.

Код совпадения на блоке 20 выбирается из соотношения временных интервалов: интервала, необходимого для запоминания отсчета преобразуемого сигнала, и интервала, необходимого для измерения сигналя. При появлении на выходах счетчика 18 кода сов падения на первом выходе блока 20

150 I 269 появляется сигнал, запрещающий дальHeéøeå прохождение импульсов тактового генератора за первый вход счетчика 18. В то же время на втором выходе блока 20 появляется сигнал, разрешающий прохождение импульсов тактового генератора через элемент

17 на первый вход счетчика 1,9. Одновременно импульсы с выхода элемента 17 блока 6 поступают на элемент I2 и через элемент 13,на элемент 11. С выхода элемента 11 импульсы поступают на первый вход счетчика 7 (фиг.

8и), а с выхода элемента 12 — на вто- 15 рой вход ЛЦП 5 (фиг. 8з). На первые входы элементов 11 12 поступает сигнал запрета (фиг ° 8ж). При появлении хотя бы одной единицы (если pa суждать по отношению к инверсному коду, 20 то хотя бы одного нуля) в выходном коде АЦП вырабатывается сигнал запрета (фиг. 8ж). По этому сигналу прекращается подача импульсов тактового генератора на АЦП 5 и счетчик 7 ° Од- 25 новременно этим же сигналом через элемент 14 прекращается заряд конденсатора 33 генератора 1, что предотвращает перегрузку АЦП 5 по входу.

При появлении на выходах счетчика 30

19 кода совпадения на выходе блока 2 1 появляется сигнал, разрешающий прохождение импульса тактового генера— тора через элемент 16 на вторые входы счетчиков 18, 19. Этим импульсом счетчики 18, 19 сбрасываются в нулевое состояние (фиг, Яд), Затем цикл работы блока управления повторяется и т.д. На выходах блоков 20, 21 вырабатываются сигналы, предназначен- 40 ные для управления работой АЗУ 2 и генератора 1. Выходной код получается следующим образом. Старшие разряды кода представляют собой количество импульсов, просчитанных счетчиком 45

7 до момента совпадения напряжения с выхода генератора 1 пилообразного напряжения и сигнала с выхода АЗУ 2, а младшие разряды — инверсный код с выхода АЦП 5 соответствующий вели1

50 чине превышения напряжения с выхода генератора пилообразного напряжения над сигналом с выхода АЗЦ 2 за ин— тервал между моментом совпадения значений напряжений и моментом следующего тактового импульса. Опросные импульсы, поступающие на регистры 8, 9, формируются формирователем 22 (фиг. Яг). Начало этих импульсов доязкно .онпадать с началом временных интервалов, предназначенных для запоминания отсчета сигнала.

Импульсы, поступающие на второй вход счетчика 7, которые предназначены для установки счетчика в нулевое состояние,фиг. Яд), задержаны по отношению к импульсам, поступающим на опрос регистров 8,9 (фиг.8г), в элементе 23 блока 6. Величина задержки должна соотвествовать длительности импульса опроса регистров 8,9.

Усилитель 4 (фиг. 5) работает следующим образом.

Усилители 43, 44 работают в режиме повторителей напряжения. Высокие входные сопротивления усилителей 43, 44 4в одном случае предотвращают разряд конденсатора 40 в АЗУ 2 в период времени хранения отсчета сигнала, в другом — ухудшение линейности выходного напряжения генератора 1, пипообразного напряжения. Операционный усилитель 45 служит для усиления разНости между напряжениями, поступающи— ми от АЗУ 2 и генератора 1. Коэффициент усиления операционного усилителя 45 зависит от максимального значения величины входного напряження.

Величина грубой градации (величина градации при аналого-цифровом преоб- разовании счетно-импульсным методом) составит овх.ь

dU Р 1 о ш где U „ — максимальное значение входного сигнала, m — число разрядов кода при аналого-цифровом преобразовании счетно-импульсным методом.

Коэффициент усиления операционного усилителя 45 составит

Ugx m au,n

К„м где U д „- максимальное напряжение

Ьк го кц на входе параллельного АПЦ.

Указанный коэффициент усиления операционного усилителя 45 задается с помощью резисторов 47,48. Резистор 49-1 выбирается по величине таким же, как и резистор 48, и служит .для получения идентичных входных цепей операционного усилителя 45. Операци онный усилитель 46 работает в режи15012 ме повторителя напряжения и служит для получения низкого ныходногo сопротивления измерительного диффе— ренциального усилителя, обеспечивающего работу на большую входную емкость параллельного ЛЦЛ 5, Диод

50 служит для ограничения положительных разностей, возникающих на .выходе операционного усилителя 45, что предотвращает перегрузку по входу параллельного АЦП 5. Стабилизацию дрейфа нуля дифференциального усилителя необходимо поддерживать в пределах половины младшей градации 15 результирующего аналого-цифрового преобразования. формула и э о б р е т е н и я

20 г9

10 элемента запрета соE динен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом второго элемента запрета и подключен к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого подключен к второму входу третьего элемента запрета, выход которого подключен к второму входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к пер— вому входу измерительного дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к выходу аналогового запоминающего устройства, а выход— к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго элемента запрета.

1 . Устройство для кодирования электрических сигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, аналоговое запоминающее устройство, первый 25 вход которого является входной шиной, последовательно соединенные тактовый генератор и блок управления, первый выход которого подключен к первому входу генератора пилооб- З0 разного напряжения и второму входу аналогового запоминаюшего устройства, последовательно соединенные первый элемент запрета и счетчик, второй и третий выходы блока управления подсоединены соответственно к второму входу счетчика и к первым входам первого и второго регистров, а вторые входы первого и второго регистров соединены соответственно с ныходами счетчика и аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго регистров являются соответственно первой и второй вьгходными шинами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены измерительный дифференциальный усилитель, второй и третий элементы запрета, элемент задержки и элемент ИЛИ, входы которого подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя, а выход — к первым входам первого, второго и третьего элементов запрета, второй вход первого

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на трех элементах запрета, двух счетчиках, формиронателе импульсов, элементе задержки, двух блоках совпадения, первый выход первого блока соединения соединен с первым входом первого элемента запрета и является пятым выходом блока, второй выход первого блока совпадения соединен с входом формирователя импульсов, первым входом второго элемента запрета и является первым выходом блока, входы первого и второго блоков совпадения соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, первый вход первого счетчика соединен с выходом первого элемента запрета, первый вход второго счетчика соединен с выходом второго элемента запрета, который является четвертым выходом блока, вторые входы первого и второго счетчиков объединены и соединены с выходом третьего элемента запрета, первый вход третьего элемента запрета соединен с выходом второго блока совпадения, вторые входы первого, второго и третьего элементов запрета объединены и являются входом блока, выход формирователя импуль он соединен с входом элемента задержки и является третьим выходом блока, выход элемента задержки является вторым выходом блока.

I 50I 269

15012б9 дхо уюрЮемп

1 50! 269

1501269 ru AD/7

grn, Составитель А.Титов

Редактор А,Маковская Техред М.Дидык Корректор С.Черни

Заказ 4891/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130351 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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