Резонансный интегратор со сбросом

союз советскихСО ИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК в)з О 06 0 7/18 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ кое бюро оиства для Мир, 1981 ЫЙ ИНТЕГРАТОР СО(57) Изобретениотехники, в чассигналов и к икогерентногопульсных сигнавенного пре в.с рого соеди св, СС принтаве люча ен с СР 1 Ф то заива уст- иоы ун й инт ность ого си орцио еграю инГнала нальаний также ройке олеб,асст ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) П. Гарет. Аналоговые усмикропроцессоров и мини-ЭВс, 158-160.Авторское свидетельствоМ 359668, кл. 6 06 0 7/18, 19 е относится к области радитности к технике обработки змерительной технике для интегрирования радиоимлов,атакжедля непосредстобразования амплитуд Предлагаемое устройство относится к области радиотехники, в частности, к технике обработки сигналов и к измерительной технике для когерентного интегрирования радиоимпульсных и квазинепрерывных сигналов на высоких и промежуточных частотах, а также для непосредственного преобразования амплитуд гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код.Известен резонансный интегратор со сбросом, содержащий селективную цепь прямой передачи сигнала в составе первого ключа балансного электронного коммутатора на входе, частотно-избирательной мостовой схемы с фазовращателем и кварцевым резонатором и выходных каскадов, и цепь.БО 1774355 гармонических составляющих этих сигналов в цифровой код, Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросам, Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены компаратор. элемент И, дифференцирующий элемент и счетчик опорного напряжения, при этом вход усилителя соединен с выходом избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, вход компаратора - с выходом усилителя, являющимся также аналоговым выходом ус.тройства, выход компаратора соединен с входом второго ключа балансного коммутатора и с одним из входов элемента И, выход которого соединен со счетным входом счет чика, вход дифференцирующего элемента соединен с входами обоих ключей и с вторым входом элемента И, а выход - с входом сброса цифрового счетчика, 2 ил,отрицательной обратной связи усилителя, фазовращателя и вто коммутатора, выход которого выходом первого ключа (см, авт, 359668, 1972 г.). Это устройство прототип.Однако недостатком извес ройств являются ограниченные нальнце возможности.Так, известный резонансны тор со сбросом, обладая линей тегрирования огибающей входн на резонансной частоте и проп ностью амплитуды накопленных амплитуде входного радиосигнал частотной селективностью при р5 10 20 30 35 40 45 50 55 частоты несущей входного сигнала относительно резонансной, не имеет способности цифрового отсчета амплитуды накопленных колебаний, что необходимо при его использовании в современных аналого-цифровых селективных устройствах с микропроцессорами или мини-ЭВМ. Наоборот, известный интегрирующий на постоянном токе АЦП, обладая цифровым отсчетом величины постоянного напряжения, не имеет способности цифрового отсчета амплитуды переменного (вч, пч) напряжения без добавления на входе специальной схемы линейного детектирования и при этом не обладает резонансной селективностью.Целью изобретения является расширение области применения резонансного интегратора со сбросом за счет возможности непосредственного использования в аналого-цифровых устройствах.Сущность изобретения заключается в том, что путем обеспечения постоянства амплитуды выходных колебаний интегратора в цепи обратной связи с помощью компаратора в виде меандра и подаче его в противофазе нэ вход интегратора только на интервале сброса достигается линейность обратного интегрирования собственных колебаний (линейный сброс вместо экспоненциального, как в прототипе) и, соответственно, пропорциональность времени сброса амплитуде входного сигнала и частотной характеристике интегратора. А путем подсчета числа периодов собственных колебаний интегратора за время сброса с помощью цифрового счетчика достигается цифровой отсчет амплитуды накопленных колебаний без детектирования и без дополнительного АЦП.Такое техническое решение обеспечивает как выполнение основной функции резонансного интегратора - частотной селективности за время интегрирования, так одновременно и выполнение дополнительной функции - оцифрения амплитуды накопленных колебаний за время сброса, что существенно расширяет функциональные возможности резонансного интеграто. ра со сбросом.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, На фигурах и в тексте дриняты следующие обозначеник 1 - первый ключ балансного электронного коммутатора; 2 - частотно-избирательная мостовая схема с кварцевым резонатором;3 - усилитель; 4 - второй ключ балансного электронного коммутатора; 5 - потенциометр установки уровня амплитуды колебаний обратной связи; 6 - компаратор; 7 - элемент И; 8 - дифференцирующий элемент; 9 - цифровой счетчик.Устройство состоит из цепи передачи сигнала, содержащей ключ 1 балансного электронного коммутатора, мостовую схему с кварцевым резонатором 2 и усилитель 3, из цепи отрицательной обратной связи, содержащей компаратор 6, потенциометр 5 установки уровня амплитуды колебаний обратной связи и второй ключ 4 балансного электронного коммутатора, и из цепи оцифрения, содержащей элемент И 7, дифференцирующий элемент 8 и цифровой счетчик 9.Устройство работает следующим образом.На вход устройства поступает сигнал в виде радиоимпульсов длительностью Ти или непрерывного гармонического колебания(фиг. 2,а) с частотой заполнения 1 с. Одновременно с этим на обэ ключа 1 и 4 балансного электронного коммутатора, на элемент И 7 и дифференцирующий элемент 8 подается импульс работы интегратора (ИРИ) низкого уровня (фиг. 2,б) длительностью Ти, при этом ключ 1 коммутатора открывается, а ключ 4 закрывается. Поэтому цепь прямой передачи сигнала оказывается замкнутой, а цепь обратной связи разомкнутой. Входной сигнал с амплитудой Ои поступает на вход мостовой схемы 2 (фиг. 2,в) иПРИ с=10(ГдЕ 10- рЕЗОНаНСНая ЧаСтста СХЕМЫ 2) на его выходе возникают линейно нарастающие колебания (фиг. 2,г) за счет высокой добротности кварцевого резонатора,которые через усилитель 3 поступают на аналоговый выход устройства, По окончании времени Ти импульс ИРИ переходит ввысокий уровень (фиг, 2,б), ключ 1 коммутатора запирается, а ключ 4 отпирается, при этом входной сигнал на схему 2 прекращается, колебания на выходе схемы 2 достигают максимальной амплитуды Еи (фиг, 2,г) и далее сохранялись бы постоянными за счет высокой добротности кварцевого резонатора, но цепь отрицательной обратной связи замыкается и эти колебания после усиления в усилителе 3 и превращения в компараторе 6 в меандр постоянной амплитуды через потенциометр 5 и ключ 4 поступают в противофазе на вход схемы 2 с амплитудой Ос (фиг. 2,в). В результате этого в схеме 2 начинается обратное интегрирование в виде линейно спадающих колебаний, которые существуют в течение времени сброса Тс (фиг.2,г) пока не исчезнет меандр на выходе компаратора 6 (фиг, 2,д). Меэндр прекращается, когда амплитуда линейно спадающих колебаний на входе компаратора 6 стано 1774355оится меньше опорного напряжения Оо. близкого к нулю.Так как амплитуда накопленных за время Ти колебаний Еи пропорциональна амплитуде входного сигнала Ои, а время линейного сброса Тс пропорционально Еи, то Тс оказывается пропорциональным О, и может быть измерено числом периодов меандра эа это время. Для такого цифрового отсчета меандр с выхода компаратора б подается на элемент И 7, который закрыт низким уровнем импульса ИРИ и отпирается высоким уровнем ИРИ в конце времени Ти, о результате чего меандр поступает на счетный вход цифрового счетчика 9, который и подсчитывает число периодов меандра, равное числу периодов 1/о собственных колебаний схемы 2, за время сброса Тс, и тем самым формирует цифровой код амплитуды входного сигнала Ои в виде состояния разрядов счетчика 9. Выходы этих разрядов представляют цифровой выход устройства.Дифференцирующий элемент 8 служит для установки цифрового счетчика 9 на нуль в начале импульса ИРИ, оырабатывая импульс сброса счетчика (фиг. 2,е). На интервале То-(Ти+Тс) число, выработанное счетчиком 9, сохраняется неизменным, и величина этого интервала определяет цифровую память устройства.На фиг. 2, а, о, г пунктиром показан случай, когда амплитуда входного сигнала равна Ои/2, при этом амплитуда накопленных колебаний становится Еи/2, а длительность сброса Тс/2, т.е. линейность отсчета сохраняется.В общем случае, когда 1 сВО, т,е. при расстройке частоты Гс входного сигнала относительно резонансной частоты 1 о схемы 2, для амплитуд его выходных колебаний на интервалах Ти и Тс справедливо уравнениеЕи=ОиАТи эи л(Гс)Ти)/7 гРс-Го)Ти)= =ОсАТс=О,АИ/Ьгде А - величина, обратная постоянной времени схемы 2, Й - число периодов колебаний интегратора эа оремя Тс Следовательно,И=Ои/Ос)ГОТи эи л(1 с-о)Ти)/Г(Гс-Го)Ти 1 , т.е. число М на цифровом выходе устройства пропорционально амплитуде оходного сигнала Ои и модулю частотной характеристики резонансного интегратора типа эпХ/Х с полосой пропускания Л 1=1/Ти. Постоянство Ос и 1 оТи обеспечивается схемой и параметрами устройства,Форма выходных колебаний схемы 2 при расстройке (тсо)=4/3 показана на фиг.2,ж, 8 соответствующий этому отрезок меандра на счетном входе счетчика 9 - на фиг, 2,и. При 1 со Тс=ТиОи/Ос, т,е, максимальное время сброса Тс при заданных Ти и Ои определяется только подбором амплитуды колебаний обратной связи Ос. Резонансная частота 1 о схемы 2 определяется соотношением 1 о=йн/Тс и не.может быть выбрана произвольно.Максимальное число ч 4 определяется динамическим диапазоном выходных сиг 84=0, а опорное напряжение Оо компаратора б определяется как Оо-ЕиК/Р. где К - коэффициент усиления усилителя 3.Число разрядоо и цифрового счетчика 9 определяется значением М и связано с ним известными соотношениял 1 и:- для двои .ного счетчика и=цйм/92 - для десятичного счетчика и=9 чм, Преимуществом предлагаемого устройства является возможность использования его непосредственно в аналого-цифровых системах обработки сигналов или сбора данных в качестве частотно-избирательного селектора с одновременным преобразованием результата селектирования в цифровой код без детектирования и без траты дополнительного времени и оборудования на оцифрение. При этом обеспечивается повышение быстродействия (в 20-200 раз) и динамического диапазона оцифрения (на 20 - 30 дБ) за счет использования при оцифрении высокочастотных колебаний резонансного интегратора по сравнению с параметрами стандартного интегрирующего оцифрителя постоянного напряжения, Кроме того, упрощается система опроса резонансных интег)аторов о многоканальных аналого-цифровых корреляторах или фурье- процессорах за счет использования цифрового выхода устройства, когда вместо аналоговых ключей опроса, облада;ощих помехами коммутации, уменьшающими динамический диапазон аналогового выхода, можно использовать стандартные элементы И, работа которых не влияет на динамический дапазо цифрового выхода. Устройство также не требует специзльного тактооого генератора, так как для оцифрения используются стабильные собственные колебания кварцевого резонатора, и поззолязт упростить управление длительностью сброса интегратора..Предлагаемое устройство может быть широко использовано о качестве селективного цифрового вольтметра или селективного оцифрителя о аналого-цифровых спектроанализаторах. Оно легко реализуемо в интегральном виде наподобие БИС интегрирующего аналого-цифрового преобразователя постоянного напряжения 15 20 25 30 35 4045 50 55 10 налов резонансного интегратора Р, т,еСоставитель И. БерсеневТехред М,Моргентал Корректор И, Шмак акт аказ 3928 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина типа К 572 ПВ 2, КР 572 ПВ 2, но с большим быстродействием и большей разрядностью выходного числа,Формула изобретения Резонансный интегратор со сбросом, содержащий частотно-избирательную мостовую схему с кварцевым резонатором, балансный коммутатор иэ двух ключей, информационный вход первого из которых соединен с информационным входом интегратора, а выход - с выходом частотно-избирательной мостовой схемы с кварцевым резонатором, выход которой соединен с входом усилителя, управляющие входы ключей балансного коммутатора соединены с входом сброса интегратора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения эа счет непосредственного использования в аналого-цифровых устройствах, в него введены последовательно соединенные компаратор и элемент И, ис точник опорного напряжения, счетчик, дифференцирующий элемент, вход которого соединен с входом сброса интегратора и с другим входом злемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вы ход которого является цифровым выходоминтегратора, а вход сброса счетчика соединен с выходом дифференцирующего эле. мента, первый вход компаратора соединенс выходом усилителя, являющимся аналого вым выходом интегратора, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения,