Устройство для запуска цифровых интеграторов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет С 06 Р 7/64 0 06 0 7/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий( 54) УСтРОЙСтво СКА ЦИФРОИЛХ ИНТЕРРАТОРОВ Изобретение относится к электро- измерительной технике и может найти применение прн контроле сигналов, содержащих адцитивную помеху в виде переменной или постоянной составляющей, в том числе при помехозащищенных измерениях адаптивными интегральными выборками.Известно устройство Формирования адаптивных к частоте помехикоманд запуска цифрового интегратора, содержащее цепь отделения помехи, триггер Шмидта, фазочувствительный детектор и преобразователь напряжение- чаотота 11.Однако это устройство имеет недостаточную точность определения моментов запуска при наличии низкочастотной составляющей исходного сигнала, поскольку при отделения ее от постоянной составляющей сигнала неизбежны искажения, обусловленные неравномерностью амплитудно-частотной характеристики и нелинейностью фазо-частотной, характеристики цепи отделения помехи. К тому же триггер Шмидта обычно обладает гистерези- соМ.Наиболее близким к изобретению является устройство для запуска цифровых интеграторов, содержащее пороговую схему, генератор тактовой частоты и синхронную схему разностной обработки сигнала, выполненную в виде пары интегрирукщих цепочек, подключенных к входам симметричного дифФеренциального усилителя непосредственно, а к источнику сигнала- через ключи, управляющие цепи котоных подсоединены к противофаэным выходам генератора прямоугольных импульсов тактовой частоты со скважностью, равной двум, причем выход дифференциального усилителя связан 15 со входом пороговой схемы 2.Однако это устройство имеет недостаточную точность определения мо :ментов запуска при априорной неопределенности относительно характерис; тик переменной составляющей, поскольку оно обеспечивает запуск интегратора при превышении скоростью изменения сигнала заданной величины, в 25 то время как наибольщую точностьизмерения интегральными выборками сигнала в условиях изменчивости помехи имеют алгоритмы, учитывающие моменты перехода переменной составля ющей через свое нулевое значение 13991424 тора 7, выполненного на операционном усилителе 8, резисторе 9 и интегрирующем конденсаторе 10. Цифровой интегратор, запускаемый устройством, на схеме не показан. Его пусковая цепь связана с выходом устройства, являющегося выходом нуль-органа 11, сигнальный вход которого через третий ключ 12 подсоединен к выходу интегратора 7, а управляющий вход подключен к выходу 13 генератора 14 тактовой частоты. Выход 15 генератора 14 через формирователь 16 коюотких сиг-. ,налов импульсов связан с управляющим входом ключа 12, а входы 17-18, на "которых в противофазе формируются прямоугольные импульсы со скважностью, равной двум, подсоединены непосредственно к управляющим входам первого и второго ключей 5 и 4. Элементы схемы: дифференциальный усилитель б, конденсаторы 1-2, ключи 4-5 и резистор 3 образуют схему разностной обработки исходного сигнала, Конденсатор 10 интегратора 7 эащунтирован дополнительным ключом 19, а парал ,лельно сигнальному входу нуль-органа 11 подключен запоминающий элемент 20, эашунтированный вторым дополнительным ключом 21, причем управляющие входы ключей 19 и 21 соединены соответственно с управляющим входом нуль-органа и вторым выходом формирователя 16.Устройство работает следующим образом.Исходный сигнал ( фиг. 2), содержащий постоянную 22 и низкочастотную переменную 23 составляющие, подается на вход устройства. Ключи 4-5 поочередно, через равные промежутки времени подают исходный сигнал на конденсаторы 2 и 1 через резистор 3. Так как усилитель б имеет входной импеданс, во много раз превышающий суммарное сопротивление входной цепи и источника сигнала, переэаряд конденсаторов осуществляется преимущественно током через входную цепь. Постоянная составляющая входного сигнала через конечное время после включения схемы при достаточ" ной симметрии параметров входной цепи заряжает конденсаторы 1 и 2 до равных значений напряжения, являющегося синфаэным для дифференциального входа усилителя б, а потому и подавляемым на выходе этого усилителя. Текущее значение переменной . составляющей попеременно подсоединяется на время полупериода тактовой частоты к конденсаторам 1 и 2, обра зуя на них ступени приращения с экспоненциальными участками заряда или разряда. Форма напряжения на конденсаторе 1фиг, 2.а) показана кривой 24. Для удобства изображения, и анализа работы схемы форма напряЦель изобретения - повышение точности формирования моментов запускав условиях априорной неопределенности относительно характеристик низкочастотной переменной составляющейисходного сигнала. 5Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для запускацифровых интеграторов,. содержащеесимметричный дифференциальный усилитель, входы которого через первый и 10второй ключи соединены с первым выводом резистора интегрирующей КСцепи, второй вывод которого является входом устройства, первый и второй конденааторы интегрирующей ВСцепи включены, между соответствующимвходом симметричного дифференциального усилителя и шиной нулевого потенциала, генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которогоподключены к управляющим входам первого и второго ключей, и нуль-орган,выход которого является выходом устройства, введены интегратор, выполненный на операционном усилителе, вцепь обратной связи которого включенинтегрирующйй конденсатор, третийключ и Форь 4 рователь коротких импульсов, причей интегратор и третий ключсоединены последовательно.и включенымежду выходом симметричного дифферен- ЗОциальлого усилителя и сигнальным входом нуль-органа, управляющий входтретьего ключа через Формирователькоютких импульсов соединен с третьимвысодом генератора тактовых импульсов, четвертый выход которого подключен к управляющему входу нуль-органа,Кроме того, в устройство введеныдва дополнительных ключа и запоминающий элемент, причем первый дополнительный ключ подключен параллельноинтегрирующему конденсатору интегратора, второй дополнительный ключ изапоминающий элемент соединенй параллельно и включены между выходом 45третьего ключа и шиной нулевого потенциала, а управляющие входы первого и второго дополнительных ключейсоединены соответственно с четвертымвыходом генератора тактовых импульсов и выходом формирователя короткихимпульсов,На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства формированиязапуска цифровых интеграторов, нафиг. 2 - эпюры напряжений в характерных точках схемы устройства.Устройство для запуска цифровыхинтеграторов фиг. 1 содержит конденсаторы 1 и 2, образующие совместнос. резистором 3 при поочередном замыкании ключей 4 и 5 интегрирующиеВС-цепи, включенные между входом устройства и входами симметричного дифференциального усилителя Б. Выходпоследнего подключен к входу интегражения на конденсаторе 2 условноинвертирована, что допустимо, поскольку это напряжение приложено кинвертирующему входу усилителя б,Усилитель суммирует указанные приращения напряжения, выделяя сигнал 5пилообразной формы (фиг. 2 б). Огибающая этого сигнала соответствуетпроизводной исходного сигнала. Привыработке генератором 14 сигналовтактовой частоты фиг. 2 в) сигнал 10с выхода уеилителя б преобразуетсяв сигнал на входе нуль-органа 11фиг. 2 г) следукщим образом: проинтегрированный собранным на усилителе 8 интегратором 7 за период 15тактовой частоты сигнал с выходаусилителя б запоминается на.конденсаторе 20 на время длительности стробирующих импульсов сигнала на выхо- .де 15 генератора 14, для чего ключи1,2 и 21 замыкаются на короткое времяимпульсами, поступающими с формирователя 16 и соответствующими фронтамстробирующих импульсов. Длительностьстробирующих импульсов, перекрывающих 25моменты срабатывания ключей 4-5, выбирается несколько большей переходных процессов, вызываемых переключением ключа 19, и достаточной для надежного срабатывания нуль-органа 11при поступлении с выхода 13 генератора 14 коротких тактовых импульсов.Интегрирование сигнала, снимаемогос выхода усилителя б в течение отрезков времени, меньших периода тактовой частоты на половину стробирующего импульса, позволяет сформироватьна сигнальном входе нуль-органа 11импульсы, огибающая которых соответствует переменной составляющей йсходного сигнала. При этом подавляется 40помеховая постоянная составляющаяслучайной величины, лежащей в диапазоне от нуля до двойной амплитудыпеременной составляющей исходногосигнала, появление которой абусловлено несовпадением момента началавосстановления сигнала с одним иэмоментов перехода переменной составляющей через нуль. В случае, когдаинтервал времени между подключением 50источника исходного сигнала и моментом запуска цифрового интеграторатаков что выбором параметров элементов схемы интегратора можно обеспечить центрирование восстанавливаемого сигнала, первый, второй, дополнительные ключи 19 и 21 и запоминающий элемент 20 с соответствующимисвязями не нужны,Предлагаемое устройство для запуска цифровых интеграторов позволяет повысить, точность определениямоментов запуска в условиях априорной неопределенности относительнохарактеристики низкочастотной переменной составляющей за счет осуществ- б 5 ления интегрирования с учетом моментов перехода имзкочастотной динамической составляющей исходного сигнала через нуль, остакщихся стабильными при симметричных и несимметричных искажениях формы этой составлякщей, достигающих 100. Данный эффект обеспечивает увеличение точности измерения цифровыми интегратора-, ми осуществлякщими осреднение исходного сигнала за период помехи, втечение Фиксированного интервала времени,. расположенного симметрично относительно перехода помехи черезнуль, или за два Фиксированных интервала, разделенных паузой переменной длительности, на которой интегральное значение переменной составляющей сигнала равно нулю, нашедших широкое практическое применение.Формула изобретения1.устройство для запуска цифровыхинтеграторов, содержащее симметричный дифференциальный усилитель,входы которого,через первый и второй ключи соединены с первым выводом резистора интегрирукщей КС-цепи, второй вывод которого являетсявходом устройства, первый и второйконденсаторы интегрирукщей КС-цепивключены между соответствующим входом симметричного дифференциальногоусилителя и шиной нулевого потенциала, генератор тактовых импульсов,первый и второй выходы которогоподключены к управляющим входампервого и второго ключей, и нуль-орган, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышенияточности Формирования моментов запуска в условиях априорной неопределенности относительно характеристик низкочастотной переменной составляющей исходного сигнала, в него введены интегратор, выполненныйна операционном усилителе, третийключ, в цепь обратной связи которого включен интегрирующий конденсатор, и формирователь коротких импульсов, причем интегратор и третий ключ соединены последовательно и включены между выходом симметричного дифферециального усилителя и сигнальным входом, нуль-органа, управляющий вход третего ключачерез формирователь коротких импульсов соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, четвертый выход которого подключен к управляющему входу нуль-органа,2. Устройство по и, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности эа счет устранения влияния несимметричности фор 991424мы составляющей исходного сигнала,в него введены два дополнительныхключа и запоминающий элемент, причемпервый дополнительный ключ подключен параллельно интегрирующему конденсатору интегратора, второй дополнительный ключ и запоминающий элементсоединены параллельно и включенымежду выходом третьего ключа и шинойнулевого потенциала, а управляющиевходы первого и второго допалнительных ключей соединены соответственнос четвертым выходом генератора тактовых импульсов и выходом формирователя коротких импульсов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе11. Патент США 9 3354453,кл, 340-347, опубл 1964.2, Патент СССР 9 315378,кл. 6 06 У 1/02, 1971 прототип 1.3, Дорожовец М.М. Повышениепомехоустойчивости АЦП при дейст,вии искаженных периодических помех. Тезисы докладов ВсесоюзнойконФеренции по измерительно-информационным системам ИИС, Л1979, с, 87.-88.Тираж 704 Подписосударственного комитета ССлам изобретений и открытийа, Ж-"35, Раушская наб., д,