Реляторный аналого-ранговый преобразователь

 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной технике и автоматике и может быть использовано в качестве функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, в аналоговых процессорах, в средствах автоматического регулирования и управления. Технический результат заключается в повышении точности преобразования. Реляторный аналого-ранговый преобразователь содержит источник опорного напряжения, n-1 реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа, суммирующее устройство с n входами, построенное на операционном усилителе, и источник опорного напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в качестве функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, в аналоговых процессорах, в средствах автоматического регулирования и управления.

Известны реляторные преобразователи, выходное напряжение которых пропорционально рангу r информационного сигнала х₁=х(rⁱ), где x_i∈{x₁,x₂,...,x₀} есть заданный на множестве {x₁,х₂,...,х_n} информационный сигнал, r - порядковый номер информационного сигнала в последовательности сигналов х⁽¹⁾, х⁽²⁾, . . . , х⁽ⁿ⁾, полученных ранжированием исходного множества в порядке возрастания (см. , например, статью: Волгин Л.И., Булдахов О.Б. Реляторный процессор для порядкового мультиплексирования, демультиплексирования и селектирования аналоговых сигналов// Алгоритмы и устройства обработки сигналов и автоматизация проектирования: Сб. научных трудов. - Таллин: АН Эстонии, 1991, с. 62, рис.3).

Известное устройство имеет ряд недостатков.

Недостатком известных аналого-ранговых преобразователей является большая аппаратурная избыточность и сложность устройства, заключающиеся в избыточном количестве ключей.

Наиболее близким к предлагаемому схемному решению является реляторный аналого-ранговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, n-1 реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходной и входной выводы являются соответственно выходом и переключающим входом каждого релятора, все неинвертирующие входы компараторов объединены и образуют информационный вход аналого-рангового преобразователя, на который подается один из сигналов задающего множества х=х_i, выбранного в качестве информационного, остальные сигналы задающего множества сигналов в произвольном порядке подаются на инвертирующие входы компараторов, операционный усилитель и n резисторов (см. патент РФ 2149453 Аналого-ранговый распознаватель/ Д.В. Андреев, 2000, БИ 14).

Недостатком прототипа является повышенная погрешность воспроизведения операции аналого-рангового преобразования из-за влияния сопротивлений ключей, которая увеличивается с увеличением числа сигналов в задающем множестве сигналов. Это связано с тем, что суммарное значение резисторов, включенных между входом и выходом операционного усилителя, не может быть выбрано большим из-за конечного диапазона выходного напряжения операционного усилителя. Поэтому при увеличении числа резисторов уменьшается допустимое падение напряжения на нем, а следовательно, и его номинальное значение. С другой стороны, аналоговый ключ имеет конечное сопротивление (для ключей серии КР590 оно составляет 30-300 Ом), что обусловливает небольшое значение отношения сопротивления резистора, включенного параллельно ключу к сопротивлению открытого ключа, а следовательно, значительную погрешность определения ранга. Напряжение источника опорного напряжения должно быть равно выбранному значению напряжения при r= 1. При большом количестве входных сигналов это условие существенно уменьшает точность определения ранга, так как начинает влиять погрешность из-за наличия напряжения смещения нуля операционного усилителя и появляется дополнительная погрешность из-за наличия делителя напряжения с выхода микросхемы источника опорного напряжения.

Задачей изобретения является повышение точности преобразования воспроизводимых операций.

Поставленная техническая задача решена заявляемым изобретением.

Предлагается реляторный аналого-ранговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, n-1 реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходной и входной выводы являются соответственно выходом и переключательным входом каждого релятора, все неинвертирующие входы компараторов объединены и образуют информационный вход аналого-рангового преобразователя, на который подается один из сигналов задающего множества х=х_i, выбранного в качестве информационного, остальные сигналы задающего множества сигналов в произвольном порядке подаются на инвертирующие входы компараторов, в аналого-ранговый преобразователь введено суммирующее устройство с n входами, построенное на операционном усилителе, источник опорного напряжения и все выходы реляторов в произвольном порядке присоединены ко входам суммирующего устройства, а все переключательные входы реляторов соединены с источником опорного напряжения, причем выход суммирующего устройства является выходом аналого-рангового пребразователя.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема аналого-рангового преобразователя.

Здесь 1_i(i=1,2,...,n-1) есть реляторы, 2 - источник опорного напряжения U₀, 3 - суммирующее устройство с коэффициентом передачи по каждому входу S= -R₀/R, построенное на операционном усилителе 4, 5_i - компараторы, 6_i - замыкающие ключи, х_i - информационный сигнал (напряжение), x₁,..., х₂,..., x_n - задающее множество сигналов.

Каждый из n-1 реляторов 1_i (i=1,2,...,n-1) состоит из компаратора 5_i и замыкающего ключа 6_i, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходной и входной выводы являются соответственно выходом и переключающим входом каждого релятора, все неинвертирующие входы компараторов 5_i объединены и образуют информационный вход аналого-рангового преобразователя, на который подается один из сигналов задающего множества х=х_i, выбранного в качестве информационного, остальные сигналы задающего множества сигналов в произвольном порядке подаются на инвертирующие входы компараторов 5_i, суммирующее устройство 3 с n входами построено на операционном усилителе, включенном инвертирующим сумматором, источник опорного напряжения 2 и все выходы реляторов 1_i в произвольном порядке присоединены ко входам суммирующего устройства 3, а все переключательные входы реляторов 1_i соединены с источником опорного напряжения 2, причем выход суммирующего устройства 3 является выходом Z аналого-рангового преобразователя.

Устройство работает следующим образом Один из сигналов задающего множества х=х_i, выбранного в качестве информационного, подается на неинвертирующие входы компараторов 5_i реляторов 1_i, остальные сигналы задающего множества в произвольном порядке подключены к инвертирующим входам компараторов реляторов 1_i. Каждый из компараторов осуществляет сравнение информационного сигнала с другим сигналом, замыкая ключ 6_i релятора при значении информационного сигнала, большем другого сигнала. Таким образом, ключи реляторов с сигналами на инвертирующих входах компараторов, больших информационного (сигналов с большим рангом), будут разомкнуты, а ключи реляторов с сигналами на инвертирующих входах компараторов, меньших информационного (сигналов с меньшем рангом), будут замкнуты и опорное напряжение через данные замкнутые ключи будет подано на вход сумматора.

Напряжение на выходе сумматора, являющегося выходом преобразователя, будет определяться выражением: где n - число замкнутых ключей, r - ранг сигнала, A=-R₀U₀/R - коэффициент пропорциональности.

Здесь, по сравнению с прототипом, значение сопротивления R может быть выбрано существенно большим, чем в прототипе, и его значение ограничено только погрешностью за счет наличия входного тока операционного усилителя. Это позволяет существенно снизить погрешность определения ранга из-за конечных значений сопротивлений аналоговых ключей, так как на несколько порядков увеличивается отношение сопротивления открытого ключа к сопротивлению R. Напряжение источника опорного напряжения в предлагаемом устройстве не зависит от количества входных сигналов и может непосредственно (или через повторитель напряжения) подаваться с микросхемы источника опорного напряжения. При этом напряжение смещения операционных усилителей существенно меньше данного напряжения.

Условие R₀=R целесообразно выполнять только при малом количестве сигналов, так как выполнение этого условия вынуждает уменьшать значение как источника опорного напряжения, так и сопротивления R.

Устройство прошло лабораторные испытания. Опытные данные показывают достижение цели.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокую точность по сравнению с прототипом и может выпускаться промышленностью как на дискретных элементах, так и в виде микросхемы.

Формула изобретения

Реляторный аналого-ранговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, n-1 реляторов, состоящих из компаратора и замыкающего ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходной и входной выводы являются соответственно выходом и переключающим входом каждого релятора, все неинвертирующие входы компараторов объединены и образуют информационный вход аналого-рангового преобразователя, на который подается один из сигналов задающего множества сигналов, выбранный в качестве информационного, инвертирующие входы компараторов являются входами для подачи остальных сигналов задающего множества, отличающийся тем, что в аналого-ранговый преобразователь введено суммирующее устройство с n входами, построенное на операционном усилителе, включенном инвертирующим сумматором, источник опорного напряжения и все выходы реляторов в произвольном порядке присоединены ко входам суммирующего устройства, а все переключательные входы реляторов соединены с источником опорного напряжения, причем выход суммирующего устройства является выходом аналого-рангового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1