Формирователь сигналов специальной формы

СОюз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 19 БРЕТЕНИ регистре и . В резульы импульса ительность ю 0,8, 3 з,п; точноров сигзона(в мом упя уровщественных прототипа ического реГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(71) Конструкторское бюро "Шторм" при Ки-,евском политехническом институте им. 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(Бб) Авторское свидетельство СССР,(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ(57) Изобретение относится к импульснойтехнике и може быть использовано в функ, циональных генераторах, Цель изобретения , - повышение точности амплитудно-времен., ных.параметров сигнала и расширение час. тотнго диапазона при независймомуправлении параметрами сигнала, а также , стабилизация .уровня вершины ймпульса.Изобретение относится к области автоматики, аналоговой и аналого-цифровой вы: числительной: технике и может бытьиспользовайо в радиозлектронике, связи,акустике, информационно-измерительнойтехнике, Важность решаемой задачи заключается в возмо)кности создания на основе формирователей сигналов функциональныхгенераторов расширенного частотнОго диайазона с параметрами сигналов повышенной точности. 2Для достижения цели в устройс жащее токовый переключатель, тока, интегратор, ограничите шину опорного напряжения, бл ния амплитудой, введены повто пряженйя, ключи, логичс генератор опорной частоты, ре счетчик импульсов, регистр, ц говый преобразователь, фильтр и формирователь длительности также блок смещения уровня, каоч. Устройство формирует им пецеидальной Формы. Длительн и среза преобразуется с помощ ского блока, генератора и ключ импульсов на входах реверсивн ка; Полученная разность дли фронта и среза фиксируется в воздействует на Формирователь гете при регулировке амплитуд поддерживается постоянной дл выходных импульсов по уровн ф-лы, 4 ил.,табл,тво, содеристочники ли уровня окуправлеритель нэкий блок, версивный ифроанало, сумматорсигнала, а инвертор и пульсо траОсть фронтаью логичеей в пачки ого счетчительностей 3 Цель изобретения - повышени стиамплитудно-временнцхпэраме нала и расширение частотного диаобласть низких частот) при независ равлении параметрами, стабилиза ня вершины импульса. Таким образом, наличие су признаков, отличительных от свидетельствует о новизне техн щения.Известно преобразование числа импульсов в код с последующим формированием аналогового сигнала и использованием его в . качестве сигнала обратной связи с помощью последовательного соединения генератора, 5 клачей, реверсивного счетчика, цифроаналогового преобразователя, а также использование выходного напряжения или его части для уменьшения погрешности преобразования.10Однако введение дополнительных элементов управления, ключей, связей между ними, алгоритмы работы обеспечивают достоинства предлагаемого формирователя сигналов специальной формы по сравнению15 с известными и позволяет управлять с повышенной точностью его амплитудно-временными параметрами и расширить частотный диапазон в область низких частот), стабилизировать уровень вершины импульса при 20 незначительных аппаратурных затратах, следовательно, предложенное техническое решение обладает новой совокупностью признаков и соответствует критерию существенные отличия. 25В предлагаемом формирователе, как и в прототипе, формирование фронта и среза сигнала происходит путем перезаряда интегратора от источников положительного и отрицательного тока между двумя уровнямИ 30 напряжения при заданной длительности сигнала. Однако нетрудно заметить, что в прототипе после сформирования фронта и среза длительность сигнала Ти изменяется - фронт уменьшает длительность, а срез 35 увеличивает ее по сравнению с первоначальной длительностью Ти импульса, поступающего на вход формирователя (фиг, 2),В предлагаемом устройстве с помощью логического блока, определяющего алго ритм работы устройства, генератора опорной частоты, ключей подсчитывается число импульсов на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика, пропорциональное длительности фронта и среза, ГЬл ученная разность в виде кода регистра преобразуется цифроаналоговым преобразователем в напряжение, которое через фильтр поступает в сумматор в виде корректирующего воздействия. Напряжение кор рекции суммируется с напряжением управления и перестраивает формирователь длительности, исключая погрешность, вносимую изменением Фронта и среза.В результате длительность сигнала Ти, 55 измеренная на уровне 0,5 Е, приближается к первоначально заданной, а точность цепей преобразования гарантирует незначительные погрешности коррекции длительности сигнала, что свидетельствует о достижении положительного эффекта при помощи отличительных признаков,При формировании амплитуды сигнала,ввиду того, что сопротивление интегратораи ключей не бесконечно, наблюдается погрешность амплитуды в виде "скола" вершины (Фиг. 3). Это особенно заметно приформировании сигналов большой длительности и низкой частоты,8 предлагаемом устройстве погрешность амплитуды сигнала компенсируетсяцепочкой обратной связи, состоящей из повторителя напряжения, схемы смещенияуровня, инвертора и ключа и связывающейвыход устройства с входом интегратора.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого Формирователясигналов специальной Формы (ФССФ); наФиг. 2-4 - временные режимы работы.ФССФ (фиг, 1) содержит последовательно соединенные токовый переключа.тель 1, к первому и второму входам которогоподключены соответственно источники положительного 2 и отрицательного 3 тока иинтегратора 4, выход которого связан с первыми входами первого 5 и второго б ограничителей уровня, причем второй вход второгоограничи 1 еля уровня 6 подключен к шинеопорного напряжения Ео 7, а также блокуправления амплитудой 3, первый и второйвыходы которого соединены с управля ощими входами источников соответственно положительного 2 и отрицательного 3 тока, атретий выход соединен с вторым входомпервого ограничителя уровня 5;К выходу интегратора 4 подключен повторитель напряжения 9, выход 10 которогоявляется выходом устройства, и через последовательно соединенные блок смещения уровня 11, инвертор 12 и ключ 13 связанс,входом интегратора 4. Управляющий входблока смещения уровня 11 соединен стретьим входом блока управления амплитудой 8,Схема коррекции длительности сигналавключает в себя, кроме логического блока14, генератор опорной частоты 15, выходкоторого подключен через второй ключ 16 ксуммирующему и через первый ключ 17 - квычитающему входам реверсивного счета18, связанного через регистр 19, цифроаналоговый преобразователь 20, фильтр 21 исумматор 22 с управляющим входом Формирователддлительности 23(преобразовательнапряжение-время), причем на второй входсумматора 22 подключена шина управляющего напряжения 24.Логический блок 14, обеспечивающийалгоритмработы стройстве, связан первым входом с управляющим входом четвер5 10 уровня 11, инвертор 12, фильтр 21, сумматор 22 могут быть выполнены на микросхе 30 35 того ключа 13 и выходом первого ограничителя уровня 5, вторым входом - с выходом второго ограничителя уровня 6, третьим входом - с первым (потенциальным) выходом формирователя длительности 23, а первым выходом - с управляющими входами первого ключа и регистра 19, вторым выходом - с управляющими входами второго ключа 16 и реверсивного счетчика 18, третьим выходом - с управляющим входом третьего ключа 25, вход которого соединен с первым (токовым) выходом формирователя длительности 23 и управляющим входом токового переключателя 1, а выход ключа 25 подключен к общей шине 26, Рассмотрим примеры реализации элементов структуры предлагаемого устройства. Например, источники тока 2, 3, повторитель напряжения 9, блок смещения ме 140 УД 7, интегратор 4 - на микросхеме 544 УД 1 с использованием конденсатора К 71 - 7, ограничители уровня 5 и б - на микросхеме 597 СА 2, ключи 13, 16, 17 и 25 - на микросхеме 590 КНб, 7, 13, цифроаналоговый преобразователь 20 - на микросхеме 594 ПА 1, реверсивный счетчик 18, логический блок 14, регистр 20 - на микросхемах серии 1533 (ИЕ 7, РЕЗ, ЛАЗ, ЛИ 1, ТМ 2), Блок управления амплитудой 8 представляет собой резистивный делитель напряжения при ручном управлении или цифроаналоговый преобразователь (594 ПА 1). Токовый переключатель 1 может быть выполнен по мостовой схеме на диодах, транзисторах и т.д, Он содержит один управляющий и два информационных входа (+1; - 1) и выход. Формирователь длительности 23 известен из литературы, в общем случае он представляет собой преобразователь амплитуда-время.Работа ФССФ происходит следующим образом.С токового выхода формирователя длительности 23 сигнал заданной длительности поступает на управллющий вход токового переключателя 1, а с потенциального - на вход логического блока 14.В соответствии с временной диаграммой (фиг. 4) и таблицей состояний логического блока 14 (см. таблицу) блок 14 и ключ 25 при включении устройства устанавливаются в положение, соответствующее временному промежутку То, т.е, до формирования первого импульса,В момент времени Т 1 (фиг. 4) токовый переключатель 1 подключает источник отрицательного тока 3 к таковому выходу формирователя длительности 23, а источник 40 50 55Ти-Ти - Тф/2+Тс/2,где Ти-длительность сформированного сигнала;Тф - длительность фронта;Т - длительность среза;Ти - заданная длительность,Таким образом, чтобы сохранить неизменной длительность сигнала в процессе формирования фронта и среза, необходимо ввести поправку С"Тф/2 - Тс/2(2) положительного тока 2 - к входу интегратора 4, и на емкости интегратора 4 начинаетформироваться фронт сигнала с крутизной,определяемой значениями тока источникаположительного тока 2 и емкостью конденсатора интегратора 4.При достижении фронтом Тг заданногоуровня, определяемого уровнем напряжения, установленным на втором входе первого ограничителя уровня 5 с помощью блокауправления амплигудой 8, ограничитель 5срабатывает ("1" на выходе) и логическийблок 14 посредством ключа 25 подключаетуправляющий вход токового переключателя1 к общей шине, При этом источники положительного 2 и отрицательного тока 3 отключены от входа интегратора 4. По,истечении установленной длительности Тзлогическим блоком 14 размыкается ключ 25и токовый переключатель 1 подключает источник положительного тока 2 к токовомувыходу формирователя длительности 23, аисточник отрицательного тока 3 - к входуинтегратора 4, и на емкости интегратора 4начинает формироваться срез сигнала с крутизной, определяемой значениями тока источника отрицательного тока 3 и емкостьюконденсатора интегратора 4.При достижении срезом Т 4 заданногоуровня, определяемого уровнем напряжения, установленным на втором входе второго ограничителя уровня 6, ограничительсрабатывает ("1" на выходе) и логическийблок 14 посредством ключа 25 подключаетуправляющий вход токового переключателя,1 к общей шине. При этом источники положительного 2 и отрицательного тока 3 отключены от входа интегратора 4, На этом Т 4процесс формирования формы сигнала заканчивается,Длительность сформированного сигналаТи отличается от первоначальной Ти (фиг, 2),В общем случае длительность сформированного сигнала, измеренная на уровне0,5 Е, может быть выражена следующей зависимостью:(6) 45 си где Цуор - напряжение управления (24); (фцк - напряжение коррекции блока 21;К - коэффициент пропорциональности, ва Далее процесс формирования сигнала по- ср вторяется, но вновь сформированный сиг ля нал будет иметь необходимые временные с параметры (длительность Ти, фронт Тф, срез вр Тс). При этом в момент Т 1 по управляющему. ча входу реверсивный счетчик 18 устанавлива- ста ется в исходное состояние. Выдача кодовой 55 пу поправки с регистра 19 осуществляется в зат момент времени Т 4 управляющим синхроимпул ьсам.На время формирования фронта и среза но сигнала ключ 25 закрыт. В остальное время, са В предлагаемом устройстве это реализуетсяс помощью уэла 14-25, Рассмотрим работуэтой части устройства,Иэ фиг. 14 следует,что на время формирования фронта сигнала (от Т 1 до Т 2) открывается ключ 16 и на суммирующий входреверсивного счетчика 18 от генератора 15пройдет число импульсов М 1, пропорциональное длительности фронта, т,е,10М 1-Тф/2 Т., (3) где 2 То - период опорного генератора,М 1 - число импульсов;Тф - длительность фронта. 15 Аналогично, на время формирования среза сигнала (ат Тз да Та) открывается ключ 17 и на вычитающий вход реверсивного счетчика 18 от генератора 15 пройдет число импульсов, пропорциональное длительности сре за, т.е. где ТТо - длительность среза. 25 Реверсивный счетчик 18 вырабатывает кодовую поправку в соответствии с выражениямии (2), (3), (4). и с помощью регистра 19, цифроаналогового преобразователя 20, фильтра 21 и сумматора 22 преобразуется в напряжение 0,осуществляющее коррекцию длительности 35сигнала, воздействуя на управляющий входформирователя длительности 23,Сигналы синхронизации являются внутренними для блока 23, в общем случае этоавтоколебательный мультивибратор с управляемой длительностью импульса в соответствии с зависимостью когда уровень напряжения на интеграторе 4не изменяется (основание и вершина сигна. ла), ключ 25 открыт, т,е. управляющий входпереключателя така 1 подключен к общейшине и на вход интегратора 4 так от источника 2 и 3 не поступает,Источник тока в формирователе 23 является биполярным, работающим в ключевомрежиме, атветвляющим на себя токи источников 2 или 3 с памощыа переключателя 1,отключая их от интегратора 4 поочереднопри формировании фронта и среза соответ-,ственна. При замыкании кгпоча 25, что соответствует нулевому потенциалу на выходеисточника 23, через него с помощью переклачателя 1 ответвляются токи источников2 и 3, отключая их от интегратора 4,При формировании сигналов в областинизких частот (при увеличении длительности сигнала Ти) возникает погрешность амплитуды сигнала, формируемого наинтеграторе 4, обусловленная неидеальностью параметров элементов схемы (обратными токами переключателя 1, токамиутечки конденсатора интегратора 4, напряжениями смещения повторителя 9, ограничителей уровня 5, 6 и т,д.), т,е. возникает"скол" вершины сигнала (фиг. Зв).В предлагаемом устройстве компенсация погрешности амплитуды сигнала проиллюстрирована амплитудно-временнымидиаграммами (фиг. 3) и происходит следующим образом, В момент времени Т 2, когдаамплитуда сигнала достигла установленного значения Е, ограничитель уровня 5 подключает к входу интегратора 4 цепочкуобратной связи, состоящую из блока смещения уровня 11, инвертара 12 и ключа 13.Происходит "отслеживание" амплитуды вы-ходного сигнала по цепи обратной связи икомпенсируется погрешность амплитудынезависимо ат причин возникновения этойпогрешности.Таким образом амплитуда выходногогнала остается неизменной, равной Еиг. Зе),Достоинством предлагаемого фармиротеля сигналов специальной формы поавнению с известными устройствами явется раздельное независимое управлениеповышенной точностью его амплитудноеменными параметрами и расширениестатного диапазона (в область низких чат), стабилизация уровня вершины имльса при незначительных аппаратурныхратах,Формула изобретения1. Формирователь сигналов специальй формы, содержащий последовательноединенные токовый переключатель, к10 1612618 Таблица состояний входов и выходов логического блока 14 ФД - форОУ 1 - перОУ 2 - втоЗЯ 2- клЯЯ 1 - клЗЮЗ- кл1 - открыт0 - закрытВ скобках мирователь длительностивый ограничитель(высокого) уровня,рой. ограничитель (низкого) уровня.юч суммирующего входа счетчика.юч вычитающего входа счетчика.юч токового переключателя.ое состояние ключа,ое сотояние ключа,указан номер элемента на фиг, 1,первому и второму входам которого подключены соответственно источники положительного и отрицэтельнога тока, и интегратор, выход которого связан с первыми входами первого и второго ограничителей уровня, причем второй вход второго ограничителя уровня подключен к шине опорного напряжения, а также блок управления амплитудой, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами соответственно источников положительного и отрицательного тока, а третий выход соединен с вторым входом первого ограничителя уровня, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности амплитудно-временных параметров сигнала и расширения частотного диапазона при независимом управлении параметрами сигнала, в него введены первый, второй и третий ключи, повторитель напряжения, логический блок, генератор опорной частоты, реверсивный счетчик импульсов, регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр, сумматор и формирователь длительности сигнала, причем выход интегратора через повторитель напряжения соединен с выходной шиной, первый вход логического блока соединен с выходом первого ограничителя уровня, второй вход логического блока - с выходом второго ограничителя уровня, третий вход - с первым выходом формирователя длительности,первый выход логического блока связан с управляющими входами первого ключа и регистра, второй выход- с управляющими входами второго ключа и реверсивного Б счетчика импульсов, третий выход - с управляющим входом третьего ключа, вход которого соединен с вторым выходом формирователя длительности и управляющим входом токового переключателя, а вы ход подключен к общей шине, при этомвыход генератора опорной частоты подключен через второй ключ к суммирующему и через первый ключ к вычитающему входам реверсивного счетчика импульсов, выход 15 которого через последовательно соединенные регистр, цифроаналоговый преобразователь, фильтр и сумматор подключен к управляющему входу формирователя длительности сигнала, а второй вход сумматора 20 соединен с шиной управляющего напряжения,2, Формирователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью стабилизации уровня вершины импульса, в него введены 25 последовательно соединенные блок смещения уровня, инвертор и четвертый ключ, выход которого соединен с входом интегратора, упрэвля 1 ощий вход- с выходом первого ограничителя уровня, второй вход 30 которого соединен с управляющим входомблока смещения уровня, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения.75 нов Рдактор А. Егорова Техред М. Моргентал Корректор О. Густи Заказ 1579 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 изводствен РСоставитель А. Сми Р" ггРЯФ Ре АЮАЮРРпеРВкВкЦйюЯЯО - СЮДА;ы3 - 3 ОФЭЬ/Р 7