Цифро-аналоговый полиномиальный преобразователь

1 тСЕт" ОК 381) 6 бл тен 6И З О Б Р Е т ЕИ Я ( ц 681554 Союз Саветскик Сациалистииескиз Реслублнк(23) Приоритет Н 03 К 13/04 ГосударственныА комитет СССР по делам нзобретеннА н открытнА(72) Авторы изобретения В,Б, Смолов и И,В. Герасимов Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В, И. Ульянова (Ленина)(54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПОЛИНОМИАЛЬНЫЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к комбинированной вычислительной технике и может найти применение в устройствах автоматического управления и других областях техники, где требуется выполнение полиномиального преобразования над величинами, представленными в двоичном коде, с выдачей результата в виде напряжения постоянного тока0 =О, (ОоО 1 Н 1+ дй 1+ Оэй 1(1) где И - преобразуемый двоичный код;15- выходное напряжение устройства; а, а, а, аз - коэФФициентыФункционального преобразования, произ" вольные как по величине, так и по знаку;значение напряжения источника опорного напряжения,Известно устройство, решающее ана20 логичную задачу, состоящее из операционного усилителя, источника опорного напряжения, генератора счетных им ульсов и схе сравнения кодов 125Однако это устройство позволяет выполнить не полиномиальное преобразование код-аналог, а логарифмическое. Кроме того, вследствие сложн ост и и громоздкости он о обл адает низкими показателями точности и надежн остиИз вестен цифроаналоговый квадратичный преобразователь, реализующийчастный случай полиномиального,(квадратичного) преобразования эасчет последовательного включения вовходную цепь операционного усилителя с усредняющей ВС-цепью в обратнойсвязи управляемой линейной цифровойпроводимости и широтно-управляемогоэлектронного аналогового однополюсного ключа (2,В состав известного преобразователя входят операционный усилитель постоянного тока с усредняющей ВСцепью в обратной связи, блок управляемой линейной цифровой проводимости,электронный аналоговый однопопюсныйключ, источник опорного напряженияпостоянного тока, генератор счетныхимпульсов, двоичный счетчик и схемасравнения двоичных кодов.Функциональные возможности этогоустройства ограничены, так как онореализует только квадратичную зависимость. Кроме того, оно характеризуется невысокой точностью из-за наличия во входной цепи операционногоусилителя широтно-управляемого элект 20 30 40 ного 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 источникомопорного напряжения постоянного тока, управляющие входы квадратичнойцифро-управляемой проводимости подключены к выходам соответствующих разрядов двоичного счетчика, а управляющий вход линейной импульсно-управляемой проводимости соединен с прямым выходом триггера,На Фиг. 1 приведена структурная Функциональная схема преобразователя; на Фиг. 2 - временные диаграммы его работы. 60 Во входную цепь операционного усилитепя 1 включены четыре цепи, первая из которых представляет собой цепь из последовательно соединенныхб 5 ронного аналогового однополюсногоключ а.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностейи повышение точности преобразованиякод-аналог,Достигается это тем, что в цифроаналоговый полиномиальный преобра-гэователь, содержащий генератор счетных импульсов, двоичный счетчиксчетных импульсов, выходы которогоподключены к управляющим входам линейной цифро-управляемой проводимости, включенной последовательно с источником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока сусредняющей ВС-цепью в обратной свя,зи, введены генератор тактовых импульсов, триггер, группа элементовИ, элемент И, квадратичная цифроуправляемая проводимость, линейнаяимпульсно-управляемая проводимость,постоянная проводимость и двухпозиционные переключатели, причем выходгенератора тактовых импульсов подключен к единичному входу триггера,нулевой вход которого соединен с выходом переноса двоичного счетчика,счетный вход двоичного счетчика через элементИ подключен к выходу генератора счетных импульсов, причемвторой вход элемента И соединен спрямым выходом триггера, кодовые шины преобразуемой цифровой величинычерез группу элементов И, вторыевходы которых подключены к выходугенератора тактовых импульсов, подсоединены к установочным входам разрядОв двоичного счетчика, к входуоперационного усилителя подключенацепь из последовательно соединенныхчерез первый двухпозиционный переключатель квадратичной цифро-управляемой проводимости и источника опорквадратичной 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 последовательносоединенных линейной импульсно-уп" равляемой 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 им" пульсов 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 Й 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 линей"ной импульсно-управляемой проводимости 7 соединен с прямым выходом двоичного триггера 12. В цепь обратной связи операционного усилителя 1 постоянного тока включен постоянный 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-модулированныхпостоянных по уровню, линейно и квадратично изменяющихся по уровню импульсов тока и усреднении этой последовательности с помощью активного ВС-фильтра с выдачей результатапреобразования по закону полиноматретьего порядка в виде напряженияпостоянного тока.Устройство работает следующим образом. Генераторы тактовых 11 и счетных 15 импульсов запускаются в момент поступления входного обратного кода Я преобразуемой цифровой величины. С приходом импульса (фиг. 2 а) открываются элементы И 16 и в счетчик 13 по установочным входам его(фиг.2 и, задается первой функциональной токовой цепью на основе квадратичной цифро-управляемой проводимости 2) 40 50 ггзО.д + и Тг:1 - ф пТ+ Г) ггри В +пТг 1 +(и+1)Т, В(фиг. 2 ж, задается третьей функцио-55 нальной токовой цепью на основе лин ейн Ой импул ь си о-у пр авл я емой пр оводимости блока 7),60 4 4(фиг, 2 е, задается четвертой токовой цепью на основе постоянной пров Одимост и 9 ) разрядов записывается этот код Ы(фиг. 2 в) . Этим же тактовым импульсом устанавливается в единичное состояние двоичный триггер 12, выходнойсигнал которого открывает элемент И14, через который на двоичный счетчик 13 начинают поступать счетные 5импульсы. Приход каждого очередногосчетного импульса изменяет на единицу младший разряд кода Б в этомсчетчике, которому соответствуеточередное возбужденное состояние его 0выходных разрядных шин (фиг. 2 в), управляющих квадратичной 2 и линейной5 цифровыми проводимостями, При этомтриггер 12 (фиг. 2 д) находится в единичном состоянии, вызывая замыкание 15ключа линейной импульсно-управляемойпроводимости 7, В моменты времениЙ + пТ + С (п = - 1,0,1,2) счетчик 13 переполняется, в результатечего он обнуляется и на выходе переноса его старшего разряда формируется короткий импульс переноса (фиг,2 г),Под воздействием этого импульсатриггер 12 устанавливается в нулевоесостояние (фиг. 2 д), в результате чего закрывается элемент И 14 и разжкается ключ линейной импуль:но-управляемой проводимости 7. Далее при поступлении очередного тактового импульса процесс функционирования повторяется с периодом Т,В этом случае ток 3 вк, втекающийв суммирующую точку операционногоусилителя 1 со стороны входной цепи,определится как35,7 чакс личина управляющего кода;И - текущее значение управляющего кода; И. ИВАмаксимальное значение управляющего кода;ф. а сцотносительная дли.Ъ тельность периодически повторяющихся прямоугольных импульсов (фиг,2 д);(г)б,кс - максимальное значение квадратичной цифро-управляемой проводимости блока 2;л)С а- максимальное значение линейной цифро-управляемой проводи,мости блока 5) О. - максимальное значение линей 3. ной импульсно-управляемой проводиМости блока 7;6 - значение постоянной проводимости блока 9;А.) г ССг сх г, О.1 - двоичные параметры, йринимающие значения +1 или. -1 в зависимости от положения соответствующих двухпозиционных переключатт ел ей 4, б, 8, 10;- значение напряжения источника бйполярного опорного напряжения постоянного тока 3;Й.( - момент времени поступления входного Обратного кода Йпреобразуемой цифровой величины;Т - период повторения тактовых импульсов;и - порядковый номер периода повторения тактовых импульсов;ц - пеРиоД повтОРениЯ счетных импульсов (фиг, 26),Поскольку управляющий код К(1), снимаемый с выходных разрядных шин счетчика 13 изменяется во времени линейно в/течение промежутка времени Г, т,е, Б(1) = й ц 1, где- - частота повторениясц сц счетных импульсов;текущее время (фиг, 2 в),то выражение два (1) с учетом соотношений для .), д, Зз, 74 можно записать в виде+с + - С 3 а-+с оИ)пОи 1 г) +пТь 1 я + и Т +7п(3 и 1 д + пТ+(1( д +(гг+1) У или с учет Ом т ОГОчт О управляющий код, снимаемый с двоичного счетчика, изменяется во времени линейно К(Ь) Х,(; счвакс макс6815548тор счетных импульсов, двоичный счетчик счетных импульсов, выходы которополучим 5 лри т,-+пТМ 1 - +)Т+7,йи 1 - +)4.+Ю 1 с 4.-. +(о+ОТ,яСреднее значение тока 5 эа период Т будет равнозос учетом того, что=И , получимсчи,к,),4+ ). 14) 1 1 О 20 где Выходное напряжение устройства О, если пренебречь пульсациями и/Т (п=1,2,Г 3) после. усреднения на выходе усилителя 1, определяется как30 35 40 45 и - сопротивление постоянного ре" зистора 17, что очевидно, с точностью до знака совпадает с исходным выражением (1)Быстродействие устройства ограничивается инерционностью фильтра ВС 17, 18, обеспечивающего выделение иэ последовательности импульсов средних эяачений,55 Формула изобретения цифроаналоговый полиномиальный преобразователь, содержащий генераго подключены к управляющим входамлинейной цифро-управляемой проводимости, включенной последовательно систочником опорного напряжения постоянного тока во входную цепь операционного усилителя постоянного тока с усредняющей ВС-цепью в обратнойсвязи, отличающий ся тем,что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности преобразования, в него введеныгенератор тактовых импульсов, триггер, группа элементов И, элемент И,квадратичная цифро-управляемая проводимость, линейная импульсно-управляемая проводимость, постоянная проводимость и двухпозиционные переключатели, причем выход генератора тактовых импульсон 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 элементаИ соединен с прямым выходом триггера,кодовые шины преобразуемой цифровойвеличины через группу элементов И,вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов,подсоединены к установочным входамразрядов двоичного счетчика, к входу операционного усилителя подключена цепь иэ последовательно соединенных через первый двухпоэиционный переключатель квадратичной цифро-управляемой проводимости и источникаопорного напряжения постоянного тока,которая эашунтиронана линейнымицифро-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 импульсно-управляемой проводимостисоединен с прямым выходом триггера.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Смолов В,Б., Фомичев В.С, Аналого-цифроные и цифроаналоговые нелинейные вычислительные устройства.Л Энергия, 1974, с. 141,рис б,2, Авторское свидетельство СССР9 421117, кл, Н 03 К 13/0310,05,72681554 Д. Голубович етко Ко ектоо Л. Ливрин ав каз 5104/51 ЦНИИсиоеР 303 д. 45 ППППатент , г. Ужгород, ул, Проектная, 4 л Тираж 1060 Государственного коми елам изобретения и о Москва ЖРауушск И.Подп ета СС крытий я наб.