Формирователь сигналов специальной формы

 

Изобретение относитЬя к импульсной технике и может быть использовано в функциональных генераторах. Цель изобретения повышение точности амплитудно-временных параметров сигнала и расширение частотного диапазона при независимом управлении параметрами сигнала, а также стабилизация .уровня вершины импульса. Для достижения цели в устройство, содержащее токовый переключатель, источники тока, интегратор, ограничители уровня/ шину опорного напряжения, блок управления амплитудой, введены повторитель напряжения , ключи, логический блок, генератор опорной частоты, реверсивный счетчик импульсов, регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр, сумматор и формирователь длительности сигнала, а также блок смещения уровня, инвертор и ключ. Устройство формирует импульсы трапецеидальной формы. Длительность фронта и среза преобразуется с помощью логического блока, генератора и ключей в пачки импульсов на входах реверсивного счетчика . Полученная разность длительностей фронта и среза фиксируется в регистре и воздействует на формирователь. В результате при регулировке амплитуды импульса поддерживается постоянной длительность выходных импульсов по уровню 0,5. 1 з.п. ф-лы, 4 йл„ 1 табл.

СОюз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ИМ Н 03 К 4/04

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4834401/21 (22) 04.96.90 (46) 30,04.93. Бюл, М 16

P1) Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.З. Булгаков.и В.Д. Циделко (Бб) Авторское свидетельство СССР

М 487453, кл. Н 03 К 4/48, 1975.

Авторское свидетельство СССР .:,М 444309, кл, Н 03 К 1/14, 19 74.

:,(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ (67) Изобретение относится к импульсной технике и може быть использовано в функ, циональныхгенераторах. Цельизобретения

:; - повышение точности амплитудно-времен:., ных.параметров сигнала и расширение час тотнога диапазона при независймом управлении параметрами сигнала, а также стабилизация .уровня вершины ймпульса.

Изобретение относится к области автоматики, аналоговой и аналого-цифровой вычислительной: технике и может быть использовайо в радиозлектронике, связи, акустике, информационно-измерительной технике. Важность решаемой задачи заключается в возможности создания на основе формирователей сигналов функциональных, -, генераторов расширенного частотного диайазона с параметрами сигналов повышенной точности...БЫ 1812618 А1

Для достижения цели в устройство, содержащее токовый переключатель, источники тока, интегратор, ограничители уровня, шину опорного напряжения, блок управления амплитудой, введены повторитель напряженйя, ключи, логический блок, генератор опорной частоты, реверсивный счетчик импульсов, регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр, сумматор и формирователь длительности сигнала, а также блок смещения уровня, инвертор и квоч. Устройство формирует импульсы трапецеидальной формы. Длительность фронта и среза преобразуется с помощью логического блока, генератора и ключей в пачки импульсов на входах реверсивного счетчика; Полученная разность длительностей фронта и среза фиксируется в регистре и воздействует на формирователь. В резуль гате при регулировке амплитуды импульса поддерживается постоянной длительность выходных импульсов по уровню 0,6. 1 з.ri; ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Цель изобретения — повышение точности амплитудно-временных параметров сигнала и расширение частотногь диапазона (в область низких частот) при независимом управлении параметрами, стабилизация уровня вершины имйульса.

Таким образОм, наличие сущеСтвенных признаков, отличительных от прототипа. свидетельствует о новизне технического решения.

1812618

Известно преобразование числа импульсов в код с последующим формированием аналогового сигнала и использованием его в . качестве сигнала обратной связи с помощью последовательного соединения генератора, : кл©чей, реверсивного счетчика, цифроаналогового преобразователя, а также использование выходного напряжения или его части для уменьшения погрешности преобразования. 1.0

Однако введение дополнительных элементов управления, ключей, связей между ними, алгоритмы работы обеспечивают достоинства предлагаемого формирователя сигналов специальной формы по сравнению 15 с известными и позволяет управлять с повышенной точностью его амплитудно-временными параметрами и расширить частотный диапазон (в область низких частот), стабилизировать уровень вершины импульса при 20 незначительных аппаратурных затратах, следовательно, предложенное техническое решение обладает новой совокупностью признаков и соответствует критерию существенные отличия. 25

В предлагаемом формирователе, как и в прототипе, формирование фронта и среза сигнала происходит путем перезаряда интегратора от источников положительного и отрицательного тока между двумя уровнямИ 30 напряжения при заданной длительности сигнала. Однако нетрудно заметить, что s прототипе после сформирования фронта и среза длительность сигнала Т> изменяется— фронт уменьшает длительность, а срез 35 увеличивает ее по сравнению с первоначальной длительностью Т импульса, поступающего на вход формирователя (фиг. 2).

В предлагаемом устройстве с помощью логического блока, определяющего алго- 40 ритм работы устройства, генератора опорной частоты. ключей подсчитывается число импульсов на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика, пропорциональное длительности фронта и среза, ГЬл- 45 ученная разность.в виде кода регистра преобразуется цифроаналоговым преобразователем в напряжение, которое через фильтр поступает в сумматор в виде корректирующего воздействия. Напряжение кор- 50 рекции суммируется с. напряжением

: управления и перестраивает формирователь длительности, исключая погрешность, вносимую изменением фронта и среза.

В результате длительность сигнала Ти, . 55 измеренная на уровне 0,5Е, приближается к первоначально заданной, а точность цепей

: . преобразования гарантирует незначительные погрешности коррекции длительности сигнала, что свидетельствует о достижении положительного эффекта при помощи отличительных признаков, При формировании амплитуды сигнала, ввиду того, что сопротивление интегратора и ключей не бесконечно, наблюдается погрешность амплитуды в виде "скола" вершины (фиг. 3). Это особенно заметно при формировании сигналов большой длитель-. ности и низкой частоты, 8 предлагаемом устройстве погрешность амплитуды сигнала компенсируется цепочкой обратной связи, состоящей из повторителя напряжения, схемы смещения уровня, инвертора и ключа и связывающей выход устройства с входом интегратора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого формирователя сигналов специальной формы (ФССФ); на фиг. 2-4 — временные режимы работы.

ФССФ (фиг, 1) содержит последовательно соединенные токовый переключатель 1, к первому и второму входам которого подключены соответственно источники положительного 2 и отрицательного 3 тока и интегратора 4, выход которого связан с первыми входами первого 5 и второго 6 ограничителей уровня, причем второй вход второго ограничителя уровня 6 подключен к шине опорного напряжения Ео 7, а также блок управления амплитудой 3, первый и второй выходы которого соединены с управля ощими входами источников соответственно положительного 2 и отрицательного 3 тока, а третий выход соединен с вторым входом первого ограничителя уровня 5;

К выходу интегратора 4 подключен повторитель напряжения 9, выход 10 которого является выходом устройства, и через последовательно соединенные блок смещения уровня 11, инвертор 12 и ключ 13 связан с,входом интегратора 4. Управляющий вход блока смещения уровня 11 соединен с третьим входом блока управления амплитудой 8, Схема коррекции длительности сигнала включает в себя, кроме логического блока

14, генератор опорной частоты 15, выход которого подключен через второй ключ 16 к суммирующему и через первый ключ 17 — к вычитающему входам реверсивного счета

18, связанного через регистр 19, цифроаналоговый преобразователь 20, фильтр 21 и сумматор 22 с управляющим входом формирователядлительности23(преобразователь напряжение-время), и ричем на второй вход сумматора 22 подключена шина управляющего напряжения 24.

Логический блок 14, обеспечивающий алгоритм работы устройства, связан первым входом с управляющим входом четвер1812618

10 уровня 11, инвертор 12, фильтр 21, сумма- 20 тор 22 могут быть выполнены на микросхе30

35 того ключа 13 и выходом первого ограничителя уровня 5, вторым входом — с выходом второго ограничителя уровня 6, третьим входом — с первым (потенциальным) выходом формирователя длительности 23, а первым выходом — с управляющими входами первого ключа и регистра 19, вторым выходом — с управляющими входами второго ключа 16 и реверсивного счетчика 18, третьим выходом — с управляющим входом третьего ключа 25, вход которого соединен с первым (токовым) выходом формирователя длительности 23 и управляющим входом токового переключателя 1, а выход ключа 25 подключен к общей шине 26, Рассмотрим примеры реализации элементов структуры предлагаемого устройства. Например, источники тока 2, 3, повторитель напряжения 9, блок смещения ме 140УД7, интегратор 4 — на микросхеме

544УД1 с использованием конденсатора К

71 — 7, ограничители уровня 5 и 6 — на микросхеме 597СА2, ключи 13, 16, 17 и 25 — на микросхеме 590КН6, 7, 13, цифроаналоговый преобразователь 20 — на микросхеме

594ПА1, реверсивный счетчик 18, norweский блок 14, регистр 20 — на микросхемах серии 1533 (ИЕ7, РЕЗ, ЛАЗ, ЛИ1, TM2). Блок управления амплитудой 8 представляет собой резистивный делитель напряжения при ручном управлении или цифроаналоговый преобразователь (594ПА1). Токовый переключатель 1 может быть выполнен по мостовой схеме на диодах, транзисторах и т.д, Он содержит один управляющий и два информационных входа (+1; — 1) и выход. Формирователь длительности 23 известен из литературы, в общем случае он представляет собой преобразователь амплитуда-время.

Работа ФССФ происходит следующим образом.

С токового выхода формирователя длительности 23 сигнал заданной длительности поступает на управллющий вход токового переключателя 1, а с потенциального — на вход логического блока 14.

S соответствии с временной диаграммой (фиг. 4) и таблицей состояний логического блока 14 (см. таблицу) блок 14 и ключ 25 при включении устройства устанавливаются в положение, соответствующее временному промежутку То, т.е. до формирования первого импульса, В момент времени Т1 (фиг. 4) токовый переключатель 1 подключает источник отрицательного тока 3 к таковому выходу формирователя длительности 23, а источник

Ти-Ти — Тф/2+Тс/2, где Ти-длительность сформированного сигнала;

Тф — длительность фронта;

Тс — длительность среза;

Ти — заданная длительность.

Таким образом, чтобы сохранить неизменной длительность сигнала в процессе формирования фронта и среза, необходимо ввести поправку

С-Тф/2 — Тс/2 (2) положительного тока 2 — к входу интегратора 4, и на емкости интегратора 4 начинает формироваться фронт сигнала с крутизной, определяемой значениями тока источника положительного тока 2 и емкостью конденсатора интегратора 4.

При достижении фронтом Тг заданного уровня, определяемого уровнем напряжения, установленным на втором входе первого ограничителя уровня 5 с помощью блока управления ампли гудой 8, ограничитель 5 срабатывает ("1" на выходе) и логический блок 14 посредством ключа 25 подключает управляющий вход токового переключателя

1 к общей шине. При этом источники положительного 2 и отрицательного тока 3 отключены от входа интегратора 4. По истечении установленной длительности Тз логическим блоком 14 размыкается ключ 25 и токовый переключатель 1 подключает источник положительного тока 2 к токовому выходу формирователя длительности 23, а источник отрицательного тока 3 — к входу интегратора 4, и на емкости интегратора 4 начинает формироваться срез сигнала с крутизной, определяемой значениями тока источника отрицательного тока 3 и емкостью конденсатора интегратора 4.

При достижении срезом Т4 заданного уровня, определяемого уровнем напряжения, установленным на втором входе второго ограничителя уровня 6, ограничитель срабатывает ("1" на выходе) и логический блок 14 посредством ключа 25 подключает управляющий вход токового переключателя.

1 к общей шине. При этом источники положительного 2 и отрицательного тока 3 отключены от входа интегратора 4. На этом Т4 процесс формирования формы сигнала заканчивается.

Длительность сформированного сигнала

Ти отличается от первоначальной Т (фиг. 2).

В общем случае длительность сформированного сигнала, измеренная на уровне

0,5Е, может быть выражена следующей зависимостью:

В предлагаемом устройстве это реализуется с помощью уэла 14-25, Рассмотрим работу этой части устройства.

Иэ фиг. 1...4 следует, что на время формирования фронта сигнала (от Т до 7z) от- 5 крывается ключ 16 и на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 от генератора 15 пройдет число импульсов М1, пропорцио нальное длительности фронта, т,е, 10

М 17ф/27о (3) где 27р — период опорного генератора;

М вЂ” число импульсов;

Тф - длительность фронта, 15

Аналогично, на время формирования среза сигнала (ат Тз да 74) открывается ключ 17 и на вычитающий вход реверсивного счетчика

18 от генератора 15 пройдет число импульсов, пропорциональное длительности сре- 20 за, т.е.

М27с/2То (4) где Tc — длительность среза. 25

Реверсивный счетчик 18 вырабатывает кодовую поправку в соответствии с выражениямии (2), (3), (4). (5) .30 и с помощью регистра 19, цифроаналогаваго преобразователя 20, фильтра 21 и сумматора 22 преобразуется в напряжение U, осуществляющее коррекцию длительности 35 сигнала, воздействуя на управляющий вход формирователя длительности 23;

Сигналы синхронизации являются внутренними для блока 23, в общем случае это автоколебательный мультивибратор с уп- 40 равляемой длительностью импульса в соответствии с зависимостью

Т;К(и„., u,), (6) 4S си где Uv p — напряжение управления (24); (ф

U< — напряжение коррекции блока 21;

К вЂ” коэффициент пропорциональности. ва

Далее процесс формирования сигнала по- ср вторяется, но вновь сформированный сиг- 50 ля нал будет иметь необходимые временные с параметры (длительность Т, фронт Тф, срез вр

Т ). При этом в момент Т> по управляющему. ча входу реверсивный счетчик 18 устанавлива- ста ется в исходное состояние. Выдача кодовой . 55 пу поправки с регистра 19 осуществляется в зат момент времени Т4 управляющим синхроимпул ьсам.

На время формирования фронта и среза но сигнала ключ 25 закрыт. В остальное время, са

С Тф/2-Тс!2 (М1-М2)То/2

1812618 В когда уровень напряжения на интеграторе 4 не изменяется (основание и вершина сигна. ла), ключ 25 открыт, т,е. управляющий вход переключателя така 1 подключен к общей шине и на вход интегратора 4 так от источника 2 и 3 не поступает.

Источник тока в формирователе 23 является биполярным, работающим в ключевом режиме, атветвляющим на себя токи источников 2 или 3 с памощыа переключателя 1, отключая их от интегратора 4 поочередно при формировании фронта и среза соответ-, ственна. При замыкании ключа 25, что соответствует нулевому потенциалу на выходе источника 23, через него с помощью перекл1ачателя 1 ответвляются таки источников

2 и 3, отключая их от интегратора 4, При формировании сигналов в области низких частот (при увеличении длительности сигнала Ти) возникает погрешность амплитуды сигнала, формируемого на интеграторе 4, обусловленная неидеальностью параметров элементов схемы (обратными токами переключателя 1, токами утечки конденсатора интегратора 4, напряжениями смещения повторителя 9, ограничителей уровня 5, 6 и т,д.), т,е. возникает

"скол" вершины сигнала (фиг. Зв).

В предлагаемом устройстве компенсация погрешности амплитуды сигнала проиллюстрирована амплитудно-временными диаграммами (фиг. 3) и происходит следующим образом. В момент времени Тр, когда амплитуда сигнала достигла установленного значения Е, ограничитель уровня 5 подключает к входу интегратора 4 цепочку обратной связи, состоящую из блока смещения уровня 11, инвертара 12 и ключа 13.

Происходит "отслеживание" амплитуды вы- ходного сигнала по цепи обратной связи и компенсируется погрешность амплитуды. независимо ат причин возникновения этой погрешности.

Таким образом амплитуда выходного гнала остается неизменной, равной Е иг. Зе), Достоинством предлагаемого фармиротеля сигналов специальной формы по авнению с известными устройствами явется раздельное независимое управление повышенной точностью его амплитудноеменными параметрами и расширение статного диапазона (в область низких чат), стабилизация уровня вершины имльса при незначительных аппаратурных ратах.

Формула изобретения

1. Формирователь сигналов специальй формы, содержащий последовательно единенные токовый переключатель, к

1812 61S

Таблица состояний входов и выходов логического блока 14

ФД вЂ” формирователь длительности

ОУ1 — первый ограничитель(высокого) уровня.

ОУ2 — второй. ограничитель (низкого) уровня.

SW2 — ключ суммирующего входа счетчика.

SW1 — ключ вычитающего входа счетчика.

SW3 — ключ токового переключателя.

1 — открытое состояние ключа.

0 — закрытое сотояние ключа..

В скобках указан номер элемента на фиг. 1, первому и второму входам которого подключены соответственно источники положительного и отрицэтельнога тока, и интегратор, выход которого связан о первыми входами первого и второго ограничителей уровня, причем второй вход второго ограничителя уровня подключен к шине опорного напряжения, а также блок управления амплитудой, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами соответственно источников положительного и отрицательного тока, а третий выход соединен с вторым входом первого ограничителя уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности амплитудно-временных параметров сигнала и расширения частотного диапазона при независимом управлении параметрами сигнала, в него введены первый, второй и третий ключи, повторитель напряжения, логический блок, генератор опорной частоты, реверсивный счетчик импульсов, регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр, сумматор и формирователь длительности сигнала, причем выход интегратора через повторитель напряжения .соединен с выходной шиной, первый вход логического блока соединен с выходом перaoro ограничителя уровня, второй вход логического блока — с выходом второго ограничителя уровня, третий вход — с первым выходом формирователя длительности, первый выход логического блока связан с управляющими входами первого ключа и регистра, второй выход- с управляющими входами второго ключа и реверсивного

Б счетчика импульсов, третий выход — с управляющим входом. третьего ключа, вход которого соединен с вторым выходом формирователя длительности и управляющим входом токового переключателя, а вы10 ход подключен к общей шине, при этом выход генератора опорной частоты подключен через второй ключ к суммирующему и через первый ключ к вычитающему входам реверсивного счетчика импульсов, выход

15 которого через последовательно соединенные регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр и сумматор подключен к управляющему входу формирователя длительности сигнала, а второй вход сумматора

20 соединен с шиной управляющего напряжения, 2, Формирователь по п,1, о т л и «юшийся тем, что, с целью стабилизации уровня вершины импульса, в него введены

25 последовательно соединенные блок смещения уровня, инвертор и четвертый ключ, выход кьторого соединен с входом интегратора, упрэвля1ощий вход- с выходом первого ограничителя уровня, второй вход

30: которого соединен с управляющим входом, . блока смещения уровня, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения.

1812618 под

Щ/ Р " Г Р + ЛАЮ<, Я7 пеР кЯкЦй Я ЛЯ

О - Ою4;Ры 7

3 З О фй|/77

Составитель А. Смирнов

Техред М. Моргентал Корректор Q. Густи

Редактор А. егоpoea

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1579 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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