Преобразователь код-напряжение с широтноимпульсной модуляцией

Союз Советскии Социалистически кРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 79 О 283(23) ПриоритетОпубликовано 231280, Бюллетень Йо 47Дата опубликования описания 231280 Н 03 К 13/02 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(54) ПРЕОЕРАЗОВАТЕЛЪ КОД в НАПРЯЖЕН С ШИРОТНО в ИМПУЛЬСН МОДУЛЯЦИЕЙ Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для точного преобразования кода в постоянное напряжение, а также в качестве быстродействующего 5 масштабного преобразователя постоянного напряжения в прецизионных вольтметрах, калибраторах напряжения и аналого-цифровых вычислительных устройствах, 10Преобразователи кода в напряжение на основе широтно-импульсной модуляции позволяют сравнительно просто реализовать высокую точность и поэтому нашли широкое применение в измерительной технике,Однако, их воэможность и область применения ограничены низким быстродействием, обусловленным необходимостью усреднения непрерывной последо О вательности широтно-модулированных импульсов за много периодов повторения, необходимое количество которых растет при увеличении точности.Известен преобразователь кода в постоянное напряжение с промежуточным преобразованием кода в длительность широтно-модулированных импульсов, содержащий регистр, генератор импульсов, счетчик, схему совпадения 30 кодов, триггер и фильтр нижней частоты.Увеличение быстродействия такогопреобразователя получают путем увеличения частоты и уменьшения амплитуды широтно-модулированных импульсов за счет многоканальности, реализуемой введением в схему декодирующей резистивной сетки и группы переключателей с Формирователями на пканалов, а также нескольких сдвиговых регистров или счетчиков с дешифраторами 111.Недостатком такого преобразователя является высокая сложность, которая практически пропорциональна количеству каналов (Фаз), т.е, степени увеличения быстродействия,Известен преобразователь код-напряжение с широтно-импульсной модуляцией, содержащий приемный регистргенератор импульсов, соединенный сосчетчиком, элемент совпадения, ЦСфильтр, сигнальный вход которого через ключи подключен соответственнок общей шине и источнику опорногонапряжения, и триггер, вход которого соединен, соответственно с выходом счетчика и элемента совпадения,подключенного соответствующими входами к выходам приемного регистра и счетчикаНа обычно заземленные конденсаторы КС-фильтра в известном преобразователе подается близкое по величине среднему значению дополнительное напряжение, формируемое быстродействующим цифроаналоговым преобразовате лем Благодаря этому при скачкообразном изменении преобразуемого ком да, конденсаторы фильтра перезаряжаются на сравнительно малую величину, равную разности напряжения дополнительного цифроаналогового преобразователя и среднего значения выходного напряжения фильтра Это увеличивает быстродействие преобразователя тем больше, чем выше точность и стаби. ьность цифроаналогового преобразователя, быстродействие которого должно быть при этом выше быстродействия преобразователя 21, ;ф,Ц Однако, цифроаналоговый преобразователь с такими высокими метрологическими характеристиками (нысокаяточность, стабильность, разрешающаяспособность и быстродействие) представляет собой сложное устройство,ко, личество разрядов которого равно илибольше количества разрядов собственнопреобразователя код-напряжение,Более того, быстродействие такогопреобразователя ограничено даже прииспользовании точного цифроанало-гоного преобразователя, поскольку приуменьшении напряжения на конденсаторах фильтра уменьшается крутизнаэкспоненты и следовательно унеЛичивается время переходного процесса. Такнапример, время установления напряжения на конденсаторе с точностью1,0 ранно 7(;, а с точностью 400,0001- - 141, где Т =ВС. Отсюдаследует, что повышение точностицифроаналогового преобра зова теляна три поряцка (0,1 " 0,0001)увеличивает быстродействие всего ндва раза,Другим фактором, ограничиваЮщимбыстродействие известного преобразователя, является наличие пульсацийнапряжения на конденсаторах фильтра,величина которых значительно увеличивается по мере удаления конденса-,тора от выхода фильтра. Большой. уровень переменной составляющей на конденсаторах вообще исключает возможность использования точного цифроаналогового преобразователя для повышения быстродействия.Кроме того, эффективность известного преобразователя увеличивается приуменьшении постоянной времени фильт Ора=ЧС.Однако это увеличивает пульсации Й уменьшает (при уменьшении В)точность из-за влияния конечного сопротивления переключателя н замкнутом состоянии. 65 Цель изобретения - повышенис быстродействия преобразователя коднапряжения.Поставленная цель достигатеся тем, что в преобразователь код-напряжение содержащий приемный регистр, генератор импульсов, ныход которого соединен со входом счетчика, элемент совпадения, ВС-фильтр, сигнальный вход которого через первый и второй ключи подключен соответственно к общей шине и источнику опорного напряжения, и первый триггер, входы которого со- единены соответственно с выходами " счетчика и элемента совпадения, к соответствующим входам которого под:лючены выходы разрядов приемного регистра и счетчика, введены блэк формирования модуля и знака приращений кода, цифровой компаратор, дна элемента И, биполярный источник тока, ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КЛЮЧИ И ВТОРОЙ ТРИГГЕР первый вход которого соединен с установочными входами счетчика и приемного регистра и с шиной пуска, при этом входы цифрового компаратора соединены соответственно с кодовыми выходами счетчика и блока формирования приращений кода, а выход - со вторым входом нторого триггера и установочным входом блока формирования приращений кода, кодовые входы которого соединены с кодовыми входами и и выходами приемного регистра соответственно, а знаковый выход - с входом биполярного источника тока, подключенного выходом к конденсаторам ВС- фильтра через дополнительные ключи, управляющие входы которых соединены с выходом второго триггера и первым входом кацого элемента И, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам первого триггера, а их выходы - к управляющим входам первого и второго ключей соответственно.Структурная электрическая схема преобразователя поясняется чертежом.Преобразователь код-напряжение содержит приемный регистр 1, на который поступает преобразуемый код, элемент совпадения 2, счетчик 3, соединенный с генератором импульсов 4, первый и второй триггеры 5 и б, блок формирования приращений кода 7, цифровой компаратор 8, дна логических элемента И 9 и 10, биполярный источник тока 11, ключи 1 2, многозвенный ВС-фильтр 13, периодически подключаемый противофазно управляемыми ключами 14 и 15 к источнику опорного напряжения 16 и общей шине 17 преобразователя .соответственно и конденсаторы 18.Блок формирования приращений кода 7 определяет модуль и знак текущего приращения преобразуемого кода ф Ь Н= = М +, - М, , а биполярный источник тока 11 обеспечинает форсированный линейный заряд (при увеличении кода)или разряд (при уменьшении кола)в течение времени 1, пропорционального величине (модулю) текущего приращения преобразуемого кода ЬЧ;.Преобразователь работает следующим образом.Цифровой код числа Й(, хранимого в приемном регистре 1, сравнивается в элементе совпадения кодов 2 с изменяющимся от 0 до Б,с, кодом счетчика 3, на вход которого непрерывно поступают импульсы от генератора импульсов 4. При каждом переходе счетчика 3 через нулевое состояние на его выходе появляется сигнал, устанавливающий триггер 5 в определенное, например, "единичное" состоя ние. В моменты совпадения кодоь чисел, регистра 1 и счетчика 3 элемент совпадения 2 вырабатывает сигналы, возвращающие триггер 5 в исходное нулевое состояние. Благодаря этому на 20выходах триггера 5 формируется непре. рывная последовательность широтно-модулированных противофазных импульсов, длительность которых пропорциональна величине преобразуемого кода М, а д период повторения То определяется емкостью счетчика 3,В статическом режиме, когда разность входного я и выходного Г(; кодов приемного регистра 1 равна нулю (ай-,= 0),триггер б непрерывно удерживает.ся в единичном состоянии выходными сигналами ПУСК, периодически по.ступающими на его вход с тактовойчостотой работы преобразователя исовпадающими по времени с поступающими на его другой вход сигналами цифрового компаратора 8, длительностькоторых меньше длительности сигналов ПУСК. При этом выходным напряжениемтриггера б ключи 1 2 разомкнуты, эле Сменты И 9 и 10 открыты и противофазные широтно-модулированные импульсыс выходов триггера 5 поступают наключи 14 и 15, подключающйе ВС-фильтр13 к источнику спорного напряжения16 на время импульса 1 п и к общей шине - на время между импульсами . с=Т-г В результате этого на входЕС-фильтра 13 поступает непрерывнаяпоследовательность широтно-модулированных импульсов фиксированной ам плитуды Е, среднее значение которой Оср,.ЯьгС, выделяемое кС-фильтром,Ъь13, пропогционално величине преобразуемого кода М.ф динамическом режиме, когда разность входного и выходного кодов приемного регистра 1 не равна нулю(Ьй(Ф 0 ), триггер б сигналом ПУСК устанавливается в "единичное" состояние,а в исходное нулевое состояние он ЗО возвращается через время 1 ЬН сигналом цифрового компаратора 8 в моментсовпадения кодов чисел блока формирования приращений кода 7 и счетчика4, Одновременно сигналом цифрового 65 компаратора 8 производится стираниекоца ЬН хранящегося в блоке формирования приращений кода 7,В результате этого при изменениях величиныпреобразуемого кода на выходе тригге.ра б формируется импульс, длительность которого пропорциональна величине приращения кода ь м,. При непрерывном изменении преобразуемого кодана выходе триггера б формируется непрерывная последовательность широтно.модулированных импульсов, длительност 1которых пропорциональна величинам изменения преобразуемого кода Ьй, ачастота повторения совпадает с частотой повторения Г запускающих импульсов.На время действия импульса триггера элементы И 9 и 10 закрываются, отключая ВС-фильтр от источника опорного напряжения "б и общей шины 17,а ключи 12 замлела:отся, Пр. этогл биполярный источник тока 11 полярностькоторого устанавливае:ся сигналомпоступающигл со знакового выхода,элокаформирования приращений кода 7, заряжает (разряжает) конденсаторы 18фильтра 13 на величину ЬПср,=-(спропорциональную величине измейениякода, поскольку 1 пропорционально)4В момент окончания импульса триггера б ключи 12 размыкаются, прекращаязаряд (разряд) кондесаторов 18 фильтра13, элементы И 9 и 10 разблокируются и широтно-модулированные импульсытриггера 5, длительность которых пропорциональна новому значению преобразуемого кода, после нормирования поамплитуде поступают на ЕС-фильтр,среднее значение напряжения которогок этому времени уже совпадает сосредним значением напряжения этих импульсов,Таким образом, предлагаемый преобразователь код-напряжение с широтно-импульсной модуляцией позволяетсущественно увеличить скорость преобразования при изменении кода засчет форсированного заряда (разряда) конденсаторов ВС-фильтра постоянным током в течение временить=С Ь БорИ г пропорционального приращению преобразуемого кода ЬИобуславливающему приращение среднегозначения напряжения ЬО на конденсаторах фильтра. При этом степеньповышения быстродействия определяется величиной тока зарядаконденсаторов фильтра,формула изобретен;. яПреобразователь код-напряжение сширотно-импульсной модуляцией, содержащий приемный регистр, генератор импульсов . выход которого соединен со входом счетчика, элемент совпаде790283 аж 995 Подписное ВНИИПИ Заказ 9073/ Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 или ния, ВС-Фильтр, сигнальный вход которого через первый и второй ключиподключен, соответственно, к общейшине и источнику опорного напряжения,и первый триггер, входы которого соединены, соответственно,с выходамисчетчика и элемента совпадения,к соответствующим входам которого подключены выходы разрядов приемного реги-,стра и счетчика, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениябыстродействия, введены блок формирования модуля и знака приращения кода,цифровой компаратор, два элемента И,биполярный источник тока, дополнительные ключи и второй триггер, первыйвход которого соединен с установочными входами счетчика и приемного регистра и с шиной пуска, при этом вхОды цифрового компаратора соединены,соответственно, с кодовыми выходамисчетчика и блока Формирования приращений кода,а выход - со вторым .входомвторого триггера и установочным входом блока формирования приращениякода, кодовые входы которог, соединены с кодовыми входами и выходамиприемного регистра соответственно, азнаковый выход - с входом биполярного источника тока, подключенного выходом к конденсаторам ВС-Фильтра через дополнительные ключи, управляющие входы которых соединены с выходом второго триггера и первым входомкаждого элемента И, вторые входы которых подключены к соответствующимвыходам первого триггера, а их выходы - к управляющим входам первогои второго ключей соответственно. Источники информации,приняте во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 423237, кл. Н 03 К 13/04,1972.2. Научно-технический отчет2610019042. Шифр "Введение - 1",1973, Ч.1, с. 37-38, рис, 5.5