Умножитель широтно-модулированных сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советския Социалистических Республик(51)М, Кл,О .66 6 7/1 б 1 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий.335(088,8) Дата опубликования описания 17. 11. 80С(54) УМНОЖИТЕЛЪ ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХСИГНАЛОВв,2устройства так, чтобы мост оказалсяуравновешенным; Автобалансное состояние моста характеризуется равенствомпроводимостей противоположных плеч 5 мостовой схемы, откуда и определяется Функциональная характеристика устройстваОднако в устройстве отсутствуетпредварительная обработка ШИМ-сигна лов, что не позволяет полностью использовать возможности мостовой время-импульсной схемы и повысить ее .:зметрологические характеристики.Наиболее близким по технической 15 сущности является умножитель широтно-модулированных сигналов 2), содержащий последовательно соединенныедиФФеренциальный усилитель и широтноимпульсный модулятор,; элемент ИЛИ-НЕ, 20 первый вкод которого является первымвходом умножителя, элемент И, первый,второй, третий и четвертый масштабные резисторы, первый и второй сглаживающие конденсаторы, первый, вто рой. и третий ключи, источник опорного напряжения,.причем первый входдиФФеренциального усилителя подключен к первым выводам первого и второго масштабных резисторов, вторые 39 выводы которых подключены через Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в устройствах автоматического регулирования и управления, в инФормационно-измерительных системах и устройствах, где распространено представление инФормации в виде широтно-модулированных сигналов (ШИМ- сигналов.Известны устройства 1, осушестствляющие операцию умножения с использованием мостовой схемы, В этих устройствах Функциональная характеристика не зависит от напряжения питания моста, поэтому отсутствует необходимость в его стабилизации,В состав устройства входят уравновешенный мост, источник опорного напряжения, диФФеренциальный операционный усилитель постоянного тока, Выход усилителя подключен к входу широтно-импульсного модулятора, выход которого является выходом устройства. Работа устройства. основана на использовании импульсно-управляемых проводимостей в составе мостовой схемы. Разность .напряжений в диагонали моста воздействует через усилитель на широтно-импульсный модулятор, который подбирает выходную величину Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В. И. ульянова (Ленина)780016 3первый и второй ключи соответственно к источнику опорного напряжения и к шине нулевого потенциала, второй вход дифференциального усилителя подключен к первым выводам третьего и четвертого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к источнику опорного напряжения и через третий ключ к шине нулевого потенциала, а также три элемента Й и два элемента ИЛИ-НЕ,Недостатком прототипа является невысокая точность.Целью изобретения является повиаение точности работы Умножйтеля.Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый умножитель широтно-модулированных сигналов введен й 5-триггер, кодо-управляемый блок задержки, параллельный регистр, суммирующий счетчик, генератор счетных импульсов, блок сложения по модулю два, первый вход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ к 5-входу К 5-триггера, к пер вому информационному входу кодо- управляемого блока задержки и к выходу Умножителя, второй вход блока сложения по модулю два подключен к первому входу устройства, й-входу В 5 ригггера и к второму информационному входу кодо-управляемого блока задержки, выход блока сложения по модулю два подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход генератора счетных импульсов, выход элемента И подключен к суммирующему входу суммирующего счетчика, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к установочному входу суьмирующего счетчика и к входу синхронизации параллельного регистра соответственно, информационные входы параллельного регистра подключены к информационным выходам суммирующего счетчика и к выходам В 5-триггера, информационные выходы параллельного регистра подключены к управляющим входам кодо-управляемо" го,блока задержки, выходы. которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей, управляющий вход третьего ключа является вторым входом умножителя.Сущность изобретения состоит в снижении методичесой погрешности умножителя за счет обеспечения относительного Фазового сдвига 9 ч, зависящего от текущих значений ШИМ-си: гналов.Функциональная схема предлагаемого умножителя широтно-модулированных сигналов показана на фиг. 1; временная диаграмма работы цифровой части схемы приведена на Фиг. 2. Умнбкитель широтно-модулированныхсигналов содержит дифференциальный,усилитель 1 и широтно-импульсный модулятор 2, элемент ИЛИ-НЕ 3, первый вход которого является первым .входом 4 умножителя, элемент И 5,кодо-управляемый блок 6 задержки,параллельный регистр 7, суммирующийсчетчик 8, генератор 9 счетных импульсов, блок 10 сложения по модулюдва, первый ключ 11, первый масштабный резистор 12 и второй масштабныйрезистор 13, второй 14 и третий 15ключи, третий 16 и четвертый 17 масф штабные резисторы, сглаживающие конденсаторы 18 и 19, источник 20 опорного напряжения, выход 21 умножителя, второй вход 22 умножителя, триггер 23.13 Управляющие входы двух ключей 1114 подключены к соответствующимвыходам кодо-управляемого элементазадержки.Первый и второй входы схемы ИЛИ-.НЕ 3 подключены соответственно квходам блока 10 сложения по модулюдва, к й- и 5-входам триггера 23 ик информационным входам кодо-управляемого блока 6 задержки.Выход схемы ИЛИ-НЕ подключен кустановочному й-входу с задержкойсчетчика 8 и к входу синхронизациирегистра 7, Выходы генератора 9счетных импульсов и блока 10 сложения по модулю два подключены к эле- ЗО менту И 5, выход которого подключенк суммирующему входу счетчика 8,Информационный кодовый выход счетчи,ка 8 со сдвигом на один разряд под"ключен к информационному кодовому ЗЭ входу регистра 7, подключенного последним разрядом к выходам триггера 23.Устройство работает следующим образом.40 Пусть в начальный момент временитриггер 23, счетчик 8 и регистр 7 находятся в нулевом состояний, На входы 4 и 22 умножителя поступают синх ронные и синфазные ШИМ-сигналы с некоторыми относительными длительностями 9 и 9 , Входной ШИМ-сигналс относительной длительностью 9управляет линейной импульсно-управляемой проводимостью, которая состоит из последовательно соединенного ключа 15 и,масштабного резистора16. Двумя другими линейными импульсно-управляемыми проводимостями, содержащими ключ 11, резистор12 н ключ 14, резистор 13, управляют ШИМ-сигналы с относительнымидлительностями Ю и 9, которые поступают с выходов кодо-управляемогоблока б задержки, Эти относительные 40 длительности равны соответственно относительным длительностям 9 , и 6так как кодо-управляемый блок б задержки осуществляет только задержку ШИМ-сигналов согласно управляю щему коду.или 50 55 60 65 При достаточно большой емкости конденсаторов 18 и 19 обеспечивается "развязка" плеч моста.по переменному току, что дает возможность считать средние значения линейных им пульсно-управляемых проводимостей пропорциональными относительным дли- тельностям управляющих ШИМ-сигналов, Тогда изменение длительностей управ; ляющих ШИМ-сигналов 9 и 9 привси дит к пропорциональному изменению проводимостей первого (ключ 11, резистор 12) и третьего (ключ 15, резистор 16) плеч моста, что вызывает изменение потенциалов по постоянному току на входах дифференциального усилителя 1, к которым подключены сглаживающие конденсаторы 18 и 19ДиФФеренциальный операционный усилитель 1 постоянного тока, вклю; ченный в одну диагональ моста, выделяет и усиливает разность потенциалов на этих конденсаторах. В другую диагональ моста включен источник 20 опорного напряжения.Выходное напряжение усилителя 1 с помощью широтно-импульсного модулятора 2 преобразуется в ШИМ-сигнал с относительной длительностью 6 бы, который через кодо-управляемую схему 6 задержки поступает на управля" ющий вход ключа 14 линейной импульсно-управляемой проводимости второго плеча моста ( резистор 13, ключ 14) обеспечивая автоматическое сведение его баланса, т.е. выравнивание постоянных составляющих потенциалов на входах усилителя 1.Таким образом, в установившемся состоянии схемы уравновешивается баланс моста., т.е.0 СЕ= С;, С;,где С ., 6 Ц, 6 6, - средниезначения проводимостей со- ответственнопервого, второго, третьегб и четвертого плеч моста. Очевидно, что проводимость четвертого плеча моста запишется в видеф 17 1 Ч где 6 - проводимость соответствуютщего резистора 17.Проводимости остальных плеч моста для постоянных составляющих токов имеют следующие выражения02 -02 Ей " 1 вещ ф 9 ещкК 1 ь,6 1 Ь 2 2 Й 1 ьф где 6, О, 0 к, К, к - проводий 1 Ъ 16 12 1 ЪИсопро- тивления соответ ствующих резисто ров 12, 13 16.жоаким образом, значение выходной величины находится иэ уравнения (1)120 1 Ьвв.вы 10 В,- К ВЭ, . (2)12 ЪЬ 1 Ь 17С приходом Ь, и Ьа,дсумматор 10по модулю два вйрабатывает ревностный интервал (С - Гвык) , за времякоторого на счетчик 8 поступает им пульсная последовательность Гр сгенератора 9 счетных импульсов через элемент И 5. ВБ-триггер 23 устанавливается к моменту окончанияинтервалов С 1 или вы по большему 3) из нихг в "0" при Г 1 7 вы и вф 1 ф при Г 1азы . В случаеравенства С 1 - Свых состояние триггера 23, являясь неопределенным, невлияет на работу схемы, так как со держимое счетчика 8 оказываетсяравным нулю.При завершении действия ", Т,иТе,схема ИЛИ-НБ 3 вырабатывает разрешающий сигнал для осуществления приема информации регистром 7 и после дующего (задержка по входу й) сброса в "0" счетчика 8. Перезапись кодового эквивалента (б 1 -вых ) "зсчетчика в регистр производится сосдвигом на один разряд, благодаря,чему реализуется операция деления.иа два, В последний разряд регистра7 записывается содержимое триггера23, Кодо-управляемый блок 6 выполняет задержку одного из сигналов повходам .ф нА или .ГнВ при наличии 4 О единицы на управляющем входе Ч Аили У В соответственно. Таким образом, ШИЯ-сигналы на выходах кодоуправляемого элемента задержки Вин92 следуют со сдвигом Фаэ/б-ахеи(.,(3)Работа цифровой части схемы поясняется временной диаграммой (см. фиг. 2 а, б) для двух вариантов соответственно: 91 7 Овы и 01 с 6 еы В первом случае осуществляется сдвиг сигнала АХЕИ относительно 91 , а во втором - 91 относительно О еы,Введение определенного Фазового сдвига (3) обеспечивает минимизацию погрешности Функционирования двух последовательно включенных импульсно-управляемых проводимостей импульсно-управляемого делителя напряжения (элементы 11-14, 18). Учет этой дополнительной погрешности и позволяет повысить точность работы мостовой схемы в целом.В основу построения умножения широтно-модулированных сигналов по"лбжен принцип введения управляемогоФазового сдвига ШИМ-сигналон, направленного на снижение методической. погрешности, обусловленной последо вательным включением двух импульсно"упфавйяемых проводимостей, которые.представляют собой импульсно-управляемый делитель напряжения(ИУДН),Можно показать, что приведеннаяметодическая погрешность работыИУДН в статическом режиме бпредее--"ляется еыраженнем а Осе-йааф(1)где 0 - среднее значение напря-Ржения на конденсаторе дляидеального режима Функционирования ИУДН.Учитывая пропорциональность про"-водймбстей ИУДН значениям относительных длительностей управляющихШИМ-сигналов для идеального режи-ма функционирования, среднее значе"ние-снапрйжения на конденсатореИУДН равно Е б 9+,111 2 З ( )- Можно показать, что погрешность,определяемая по формуле (1) при изменении 9 от 0 до 1 й неизмененных61 и 02 меняет сной знак и можетбыть сведена к нулю при некоторомзначении Оч.Значение относительного сдвигаФаз",позволяющее снизить погрешностьболее чем на порядок, определяетсяиз выражения Ом 621Чмчи 2Таким образоМ, из полученного выражения (б) следует принятоедляреализации в умножителе широтно"Модулированных сигналов выражение(3),В йредлагаемом умножителе снижена более- чем на порядок методичес-" кжая"йогресешнсбснть имгултьсно-уПранпяемого деалителся йапряжленйся," Чтотс -поевцюает точность работы умиожителя ширбтно-модулированных сигналов посравнению с прототипом.Достоинствами умножителя являют" ся такие высокая надежность, обусловленная простотой схемы, помехоустойчивость, вытекающая из принципа усреднения ШИМ-сигналов, незави-" "симость выходной характеристики отизменений опорного напряжения, чтоявляется свойством мостовой схемы,Предлагаемый умножитель обладаетк тому же высокой технологичностью,что следует из воэможности исполь зованикстиповых интегральных микросхем,-в том числе среднемасштабных,и имеет по этой причине хорошие весо" "габарйтные-"и экономические показатели.Формула изобретенияУмножитель широтно-модулированных.-сигналов, содержащий последовательно соединенные дифференциальный уси - литель и широтно-импульсный модулятор, элемент ИЛИ-НЕ, первый входкоторого является первым входом умножителя, элемент И, первый, второй,третий и четвертый масштабные резисторы, первый и второй сглаживающиеконденсаторы, первый, второй и третийключи, источник опорного напряжения,причем первый вход дифференциального усилителя подключен к первым выводам первого и второго масштабных ре-"зисторов, вторые выводы которых подф ключены через первый и второй ключисоответственно к источнику опорногонапряжения и к шине нулевого потенциала, второй вход дифференциального усилителя подключен к первым вы 33 водам третьего и четвертого масштабных резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к источнику бпорного напряжения и черезтретий ключ к шине нулевого потенциала, первый и второй входы дифференциального усилителя подключены черезпервый и второй конденсаторы соответственно к шине нулевого потенциала, отличающийся тем,что, с целью повышения точности,в него введены В 5-триггер, кодоуправляемый блок задержки, параллельный регистр, суммирующий счетчик,генератор счетных импульсов, блоксложения по модулю два, первый входЗО которого. подключен к второму входуэлемента ИЛИ-НБ, к 5-входу К 5-триггера, к первому информационномувходу кодо-управляемого блока задержки и к выходу умножителя, второй35 вход блока сложения по модулю дваподключен к первому входу устройства,В-входу К 5-триггера и к второму инФормациойному входу кодо-управляемого блока задержки, выход блока сложе 4 О ния по модулю два подключен к первому входу элемента: И, к второму входу которого подключен выход генератора счетных импульсов, выход элемента И "подключен к суммирующему входу суммирующего счетчика, выход45 элемента ИЛИ-НЕ подключен к установочному входу суммирующего счетчика ик входу синхронизации параллельногорегистра соответственно, информационные входы параллельного регист 9 ра йодключены к информационным выходам суммирующего счетчика и к выход".м К 5-триггера, ийформационные выходы параллельного регистра подключены к управляющим входам кодоуправляемого блока задержки, выходыкоторогоподключены к управляющимвходам первого и второго ключей,управляющий вход третьего ключа является нторым входом умножителя.Источники информации,40 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 2 б 0290, кл. 6 06 С 7/16, 1970.2, Авторское свидетельство СССРР 525114, нл, б 06 С 7/161, 197665 (прототип).780016 х.г Составитель Т, Сапунова гольдина техред м.рейвес корректор д. иванРеда а 5 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна ил 9327/15ВНИИПИ Госьударс по делам изоб 113035 Москва,Тираж 751 Подпвенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раушская наб. д