Цифро-аналоговый полиномиальный преобразователь
Патент 681554
Авторы
Классы МПК
Цифро-аналоговый полиномиальный преобразователь
Иллюстрации
Реферат
(с бл тен 6
H3о5PETEHH$I <"681554
Союз Саветскик
Сациалистииескив
Реслублнк
/
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 09,0176 (21)2331458/18-21 (51)М. КЛ. с присоединением заявки Йо (23) Приоритет
Н 03 К 13/04
ГосударственныА комитет
СССР по делам нзобретеннА н открытнА (53) УДК681. 328 (088.8) Опубликовано2 08.79, Бюллетень Й? 3 1
Дата опубликования описания 26.08.79 (72) Авторы изобретения
В.Б. Смолов и И,В. Герасимов
Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54 ) 11ИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПОЛИНО(ИАЛЬНЬ)й
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Иэ обретение относится к комбинированной вычислительной технике и может найти применение в устройствах автоматического управления и других обл аст ях т ехни ки, где требуется выполнение полиномиального преобразо-. вания над величинами, представленными в двоичном коде, с выдачей результата в виде напряжения постоянного тока о(ОО 1Н э2s„+ aüи1 (1) где N — преобразуемый двоичный код;
15 — выходное напряжение устройства: ао. à i а 2 аз коэФФициенты .1 1 функционального преобразования, произ" вольные как по величине, так и по знаку; () значение напряжения источника опорного напряжения.
Известно устройство, решающее ана- 2
20 логичную задачу, состоящее из операционного усилителя, источника опорного напряжения, генератора счетных импульсов и схемы сравнения кодов (1) 25
Одн ак о эт о уст рой ст во поз вол яет выполнить не полиномиальное преобразование код-аналог, а логарифмическое. Кроме того, вследствие сложн ост и и громоздкости он о обл адает низкими показателями точности и надежи ости °
Из вестен цифроаналоговый квадратичный преобразователь, реализующий частный случай полиномиального (квадратичного) преобразования за счет последовательнol о включения во входную цепь операционного усилителя с усредняющей RC-цепью в обратной связи управляемой линейной цифровой проводимости и широтно-управляемого электронного аналогового однополюсного ключа (2), В состав известного преобразователя входят операционный усилитель постоянного тока с усредняющей RCцепью в обратной связи, блок управляемой линейной цифровой проводимости, электронный аналоговый однополюсный ключ, источник опорного напряжения постоянного тока, генератор счетных импульсов, двоичный счетчи к и схема сравнения двоичных кодов.
Функциональные возможности этого устройства ограничены, так как оно реализует только квадратичную зависимость. Кроме того, оно характеризуется невысокой точностью из-эа наличия во входной цепи операционного
681554
25
40
60 усилителя широтно-управляемого электронного аналогового однополюсного ключ а.
Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей и повышение точности преобразования код-аналог, Достигает ся это т ем, чт о в цифроаналоговый полиномиальный преобра-г эователь, содержащий генератор счетных импульсов, двоичный счет чи к счетных импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам линейной цифро-управляемой проводимости, включенной последовательно с источником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока с усредняющей RC-цепью в обратной свя.зи, введены генератор тактовых импульсов, триггер, группа элементов
И, элемент И, квадратичная цифроуправляемая проводимость, линейная импульсно-управляемая проводимость, пост оян н а я пр ов одимост ь и дву хпоз иционные переключатели, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика, счетный вход двоичного счетчика через элемент И подключен к выходу генератора счетных импульсов, причем второй вход элемента И соединен с прямым выходом триггера, кодовые шины преобразуемой цифровой величины через группу элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов двоичного счетчика, к входу операционного усилителя подключена цепь из последовательно соединенных через первый двухпозиционный переключатель квадратичной цифро-управляемой проводимости и источника опорного напряжения постоянного тока, которая зашунт рована линейными цифро-управляемой и импульсно-управляемой проводимостями и постоянной проводимостью, соединенными через второй, третий и чет вертый дву хпоз иционные переключатели с источником опорного напряжения постоянного тока, управляющие входы квадратичной цифро-управляемой проводимости подключены к выходам соответствующих разрядов двоичного счетчика, а управляющий вход линейной импульсно-управляемой пров одимости соедин ен с прямым выходом триггера.
На фиг. 1 приведена структурная функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы
его работы.
Во входную цепь операци онн ого у силитепя 1 включены четыре цепи, первая из которых представляет собой цепь из последовательно соединенных квадратичной цифро-управляемой проводимости 2 и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока, через двухпозиционный переключатель 4, вторая - цепь 5 из последовательно соединенных линейной цифро-управляемой проводимости и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель б,третья - цепь 7 из последовательно соединенных линейной импульсно-управляемой проводимости и источника
3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель 8, четвертая - цепь 9 из последовательно соединенных постоянной проводимости и источника 3 биполярного напряжения постоянного тока через двухпозиционный переключатель
10. Выход генератора 11 тактовых импульсов подключен к единичному установочному входу триггера 12, нулевойй у ст ан ов очный вход кот срого соединен с выходом переноса двоичного счетчика 13. Счетный вход счетчика
13 через элемент И 14 подключен к выходу генератора счетных импульсов
15, причем второй вход элемента И
14 соединен с прямым выходом триггера 12, Кодовые шины преобразуемой цифровой величины N через группу элементов И 16, вторые входы которых подключены к выходу генератора
11 тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов счетчика 13. Управляющие входы квадратичной 2 и линейной 5 цифро-управляемых проводимостей подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика 13, а управляющий вход линейной импульсно-управляемой проводимости 7 соединен с прямым выходом двоичного триггера 12. В цепь обратной связи операционного усилителя 1 пост оянн ого тока в ключ ен пост оянный резистор 17, зашунтированный усредняющим конденсатором 18. Выход операционного усилителя 1 является выходом устройства в целом.
Принцип работы устройства состоит в преобразовании входной цифровой величины в периодическую последовательность широтно-модулированных постоянных по уровню, линейно и квадратично изменяющихся по уровню импульсов тока и усреднении этой последовательности с помощью активного RC-фильтра с выдачей результата преобразования по закону полинома третьего порядка в виде напряжения постоянного тока.
Устройство работает следующим образом. Генераторы тактовых 11 и счетных 15 импульсов запускаются в момент поступления входного обратного кода N преобразуемой цифровой величины. С приходом импульса (фиг. 2 а) открываются элементы И 16 и в счетчик 13 по установочным входам его
681554
Д =Д1 Ф Л + Д i iX4 (d.„И.6 ) e,(t) t -8 Ю1 где (о
Фри 4 +AT(t(t i.nT+(с, 14, N
1tP 4 -+nT+Y($
Ni 1«1i (фиг.2и, задается первой функциональной токовой цепью на основе квадратичной цифро-управляемой проводимости 2) 40 з"о ((Я о
nfl, t -+nT< (: 4-+г)Т+Г, и г« г(ри t +пТ.г <4(t +(g+i)T, Й
"i (фиг. 2ж, задается третьей функцио-
55 нальной токовой цепью на основе лин ейн Ой импул ьси о-у правл я емой проводимости блока 7) .
a4=a4u C " (фиг, 2 е, задается четвертой токовой цепью на основе постоянной пров Одимост и 9 ) разрядов записывается этот код Ы (фиг. 2в) . Этим же тактовым импульсом устанавливается в единичное состояние двоичный триггер 12 выходной сигнал которого открывает элемент И
14, через который на двоичный счетчик 13 начинают поступать счетные 5 импульсы. Приход каждого очередного счетного импульса изменяет на единицу младший разряд кода N{t) в этом счетчике, которому соответствует очередное возбужденное состояние его 0 выходных разрядных шин (фиг. 2в), управляющих квадратичной 2 и линейной
5 цифровыми проводимостями. При этом триггер 12 (фиг. 2д) находится в единичном состоянии, вызывая замыкание 15 ключа лин ейн ой импульсн о-управляемой проводимости 7. В моменты времени Й„+ nT + С (n = — 1,0,1,2...) счетчик 13 переполняется, в результате чего он обнуляется и на выходе переноса его старшего разряда формируется короткий импульс переноса (фиг.2г)
Под воздействием этого импульса триггер 12 устанавливается в нулевое состояние (фиг. 2д), в результате че-
ro закрывается элемент И 14 и размыкается ключ линейной импуль=но-управляемой проводимости 7. Далее при поступлении очередного тактового импульса процесс функционирования повторяется с периодом Т.
B этом случае ток 3 в, втекающий в суммирующую точку операционного усилителя 1 со стороны входной цепи, определится как
35 г1 (1)
8 H>= относительная веN
P««QIK«: личина управляющего кода;
14 (t) - текущее значение управляющего кода;
N.
Ф«Й «(с максимальное значение управляющего кода;
+ )1
ñ«« < относит ел ьн ая длиз тельность периодически повторяющихся прямоугольных импульсов (фиг, 2д); (i) б „,с„кс — мак симал ьное значение квадратичной цифро-управляемой проводимости блока 2; (2)
6 „„с«„— максимальное значение линейной цифро-управляемой проводи,мости блока 5;
G - - — -максимальное значение линей3 .. н Ой импульсно-у правл яемой пров одиМости блока 7 р
G — значение постоянной проводи4 мости блока 9; («(, г с(g г;(({. 1 двОичные параметрь1, йринимающие значения +1 или.
-1 в зависимости От положения соответствующих двухпозиционных переключателей 4,6,8,10; () — значение напряжения источника бйполярного опорного напряжения постоянного тока 3;
tN< — момент времени поступления входного обратного кода N< преобразуемой цифровой величины;
Т вЂ” период повторения тактовых импульсов
n — порядковый номер периода повторения тактовых импульсов;
t,ц - период повторения счетных импульсов (фиг. 2б) .
Поскольку управляющий код N(t), снимаемый с выходных разрядных шин счетчика 13 . изменяется во времени линейно в/течение промежутка Bpåèåни Г, т.е, И(1} = fc(,tr где — - частота повторения сц сц счетных импульсов; текущее время (фиг, 2в), то выражение Gay, (t) с учетом соОтношенИЙ для 3,1 ««г 3 «34 МОЖНО записать в виде
Д, + (-(.(С(4)3Я;,- .,(« -«-C о
{4)
11«»("(1) +«1Т» (=t-,I,+n7 «- (n)II«4, + пТ+т 1 < («.«, +(11+ф, КЛИ С УЧЕТ ОМ Т ОГО Чт О У ПРаВЛ Я1««ЦИЙ код, снимаемый с двоичного счетчика, изменяется во времени линейно с « (;
Е
Г1 К макс ма.кс получим
681554
8 тор счетных импульсов, двоичный счетчик счетных импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам линейной цифро-управляемой проводимости, включенной последовательно с источником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока с усредняющей RC-цепью в обратной связи, отличающий cя тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности преобразования, в него введены генератор тактовых импульсов, триггер, группа элементов И, элемент И, 10 квадратичная цифро-управляемая проводимость, линейная импульсно-управляемая проводимость, постоянная проводимость и двухпозиционные переключатели, причем выход генератора такто20 где ходу генератора тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядов двоичного счетчика, к входу операционного усилителя подключена цепь иэ последовательно соединенных через первый двухпоэиционный переключатель квадратичной цифро-управляемой проводимости и источника опорного напряжения постоянного тока, которая эашунтиронана линейными цифро-управляемой, импульсно управляемой проводимостями и постоянной проводимостью, соединенными через нторой, третий и четвертый двухпозиционные переключатели с источником опорного напряжения постоянного тока, управляющие входы квадратичной цифро-управляемой проводимости подключены к выходам соответствующих раэрядон двоичного счетчика, а управляющий вход линейной импуль сн о-управляемой проводимости соединен с прямым выходом триггера.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Смолов В,Б., Фомичев В.С, Аналого-цифроные и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства.
Л., Энергия, 1974, с. 141, рис, 6-1
2. авторское свидетельство СССР
9 421117, кл, Н 03 К 13/03,10,05.72 (прототип), 40
R - сопротивление постоянного резистора 17, что очевидно, с точностью до знака совпадает с исходным выражением (1) .
Быстродействие устройства ограничивает ся ин ерпи они остью фильтра RC
17, 18, обеспечивающего выделение иэ последовательности импульсов средних эяачений.
Формула изобретения.А 0(Ы.d, (3(4)3 ™к
Э 4 (4) о 4
npu. t- +nt+t t — +нТ+(, 81
1(Ри t — +nt+Z
М1 и
Среднее значение тока 5 „эа период Т будет равно о сч с учето того1 что В = Q ы (уВЪ О
А2бмаКС) 2М 1 АЭКЭ й1 (С,(4 1, к24 э
$Ò ) 2 2Т Э T
Выходное напряжение устройства 0, если пренебречь пульсациями n/Т (n=1,2, Г
3...) после. усреднения на выходе усилителя 1, определяется как 30
U) + (2) К
1 МОКС 2 МОКС 2 1
4,(K (),(Э)„+, Q(4) Ъ Э 1 4
U0,(àî а1М1 2М1 ЭМ„1
2 а с(1 2; с( (4) о э i а =(а () (2) 2 = 1 6 макс dl2 GMaKC ) )(2R i (1) Ъ= ° МОКС 1 цифроаналоговый полиномиальный преобразователь, содержащий генера- вых импульсон подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика, счетный вход двоичного счет ч ика через элемент И подключен к выходу генератора счетных импульсов, причем второй вход элемента
И соединен с прямым выходом триггера, кодовые шины преобразуемой цифровой величины через группу элементов И, вторые входы которых подключены к вы681554
Составитель д. Голубович
Заказ 5104/51 Тираж 1060 П одпи сн ое
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий
113535 Манана Ж-35 Ракшакая наа. д. 45
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4