Способ многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала и устройство для его осуществления

(51) 5 Н теНтнО ГОСУДАРСТВЕН 1 ОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) Е ИЗОБРЕТЕНИ ПИ ЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКОМ Изобретение технике и может пульсных преобр ключевых усилите дуляторах радиоп диовещания и рад Целью настоя вышение линейно ного аналогового за счет устранен канале и создания(56) 1, Авторское свидетельство СССР Ь 773924, кл. Н 03 К 7/08, 1978,Авторское свидетельство СССР М 1311009, кл. Н 03 К 7/08, 1985.(54) СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях напряжения,. ключевых усилителях низкой частоты и модуляторах радиопередающих устройств радиовещания и радиосвязи, Способ заключается в формировании опорного сигнала путем многократного последовательногоуменьшения пилообразного сигнала на постоянное значение, равное размаху пило- ь относится к импульсной быть использовано в имазователях напряжения, лях низкой частоты и моередающих устройств ращего способа является пости преобразования вход- сигнала в каждом канале ия скачка фазы в каждом равномерного сдвига фаз образного сигнала всякий раэ при уменьшении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, изменении фаз пилообразного сигнала на 180 С каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения М выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей, передние и задние фронты которых формируют последовательно 1, 2, 3й, 1, 2, 3й соответственно по результату сравнения входного сигнала с возрастающими и убывающими лучами опорного сигнала. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, преоб)аэователь аналогового сигнала. 2 с. и. ф-лы, 3 ил., 1 табл. между каналами во всем динамическом дапазоне изменения напряжения входноаналогового сигнала. Целью изобретения ние линейности преобр мерности сдвига фаэ вы последовательностей. На фиг. 1 показана ства многоканального ш го преобразования аналНа фиг, 2 представлены диаграммы, поясняющие заявляемый способ широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала с равномерным сдвигом фаз для 4 каналов,На фиг, 2 а изображен входной аналоговый сигнал и четыре опорных (пилообразных симметричных сигнала 1 - 4 с размахом, равным динамическому диапазону входного аналогового сигнала и равномернымТ сдвигом фаз друг относительно друга на - , где Т - период повторения пилообразного сигнала, По оси ординат весь диапазон изменения сигнала разбит на 4 зоны: О, 1, 2, 3,На фиг, 2 б изображен опорный сигнал, состоящий из суммы пилообразного сигнала с размахом, в Й раз меньшим, чем пилообразный сигнал, изображенный на фиг. 2 а и постоянного сигнала, а также входной сигнал, переход которого из зоны в зону сопровождается уменьшением или увеличением опорного сигнала на постоянную величину, равную размаху пилообразного сигнала, и изменением фазы пилообразного сигнала на 180 О,На фиг. 2 в, 2 г. 2 д, 2 е изображены выходные широтно-модулированные импульсные сигналы, сформированные по резул ьтату сра вне ия опорного и входного сигналов. При этом в моменты первого пересечения входного сигнала с убывающими и вырастающими лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты первого канала (фиг. 2 в), в моменты пересечения - передний и задний фронты второго канала(фиг. 2 г), В моменты третьего пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты третьего канала (фиг, 2 д).В моменты четвертого пересечения входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируются соответственно передний и задний фронты четвертого канала (фиг, 2 е).На фиг. 2 ж представлен сигнал, являющийся результатом сложения выходных импульсных последовательностей четырех каналов в общей нагрузке. На фиг, 3 изображен вариант выполнения дешифратора,Изображенное на фиг, 1 устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала состоит из соединенных последовательно генератора 1 тактовых импульсов, счетчика 2 импульсов, генератора 3 пилообразного синала, сумматора 4, компаратора 5 дешифратора 6, а также преобразователя 7 аналогового сигнала, Вход преобразователя 7 аналогового сигнала является входомустройства.Выход счетчика 2 импульсов соединен с5 вторым входом дешифратора б, выходы которого являются выходами устройства. Первый кодовый выход преобразователя 7аналогового сигнала подключен соответственно к третьему входу дешифратора 6 и10 второму входу сумматора 4.Второй кодовый выход преобразователя 7 аналогового сигнала подключен к второму кодовому входу компаратора 5. Третийвыход преобразователя 7 аналогового сиг 15. нала соединен с вторым входом генератора3 пилообразного сигнала,Входящие в устройство элементы могутбыть выполнены следующим образом,Генератор 1 тактовых импульсов пред 20 назначен для формирования равномернойимпульсной последовательности заданнойскважности и может быть выполнен, например, по схеме мультивибратора,Счетчик 2 импульсов может быть выпол 25 нен на логических ИМС типа 133 ИЕ 5, Кодовый выход счетчика определяет значениепилообразного сигнала.Генератор 3 пилообразного сигнала может быть выполнен на постоянном запоми 30 нающем устройстве ПЗУ типа 556 РТ 7, вкотором записано два противофазных пилообразных сигнала. При этом второй вход -это один из разрядов (например, старший)адресной шины ПЗУ, на остальные разряды35 которой подана кодовая последовательность с выхода счетчика, С шины данныхПЗУ снимается кодовая последовательность, соответствующая одному из симметричных пилообразных сигналов со сдвигом40 фаз 180 О. Выбор того или иного опорногосигнала осуществляется потенциалом навтором входе генератора 3 пилообразногосигнала, то есть на старшем разряде адресной шины ПЗУ, Преобразователь 7 аналого 45 вого сигнала преобразовывает входнойаналоговый сигнал в кодовую последовательность и может быть выполнен на ИМСтипа 1107 ПВ 2 (аналога-цифровой преобразователь - АЦП), При это 1 од Й старших50 разрядов АЦП определяют номер зонывходного сигнала, и выход этих разрядовявляется первым кодовым выходом, который соединяется с третьим входом дешифратора и с вторым входом сумматора.55 Код на этом выходе определяет постоянное значение, которое добавляется к пилообразному сигналу, образуя опорныйсигнал, 1818688Все разряды на выходе АЦП 7 определяют значение входного сигнала и являются вторым кодовым выходом преобразователя,Выход ос 14-го разряда ЛЦП является третьим выходом преобразователя 7 аналогового сигнала и определяет момент перехода входного сигнала из одной зоны в другую, По этому сигналу изменяется фаза пилообразного сигнала,Компаратор 5 служит для сравнения двух кодовый последовательностей и выдает сигнал логического нуля или логической единицы, если один из входных сигналов соответственно больше или меньше другого. Компарэтор 5 может быть выполнен нэ ИМС типа 533 СП 1 и триггере 533 ТМ 2.Дешифратор б предназначен для формирования импульсных последовательностей по результату сравнения двух сигналов таким образом, чтобы передние и задние фронты импульсов в последовательностях соответственно чередовались 1, 2, 3 .4, 1, 2; 3й, Дешифратор содержит ПЗУ и четыре триггера Т 1, Т 2, ТЗ; Т 4. Первый вход дешифратора б соединен с 0-входами триггера Т 1 - Т 4. Второй вход дешифратара б соединен с разрядами А 2-А 4 адресной шины ПЗУ, Третий вход дешифраторэ б соединен с разрядами АО, А 1 адресной шины ПЗУ, Кроме того, разряды А 5-А 10 и И адресной шины ПЗУ заземлены, а нэ входы /2 и ЧЗ ПЗУ подан потенциал логической единицы, Выходы ПЗУ Д 1, Д 2, ДЗ, Д 4 соответственно соединены со счетными входами С триггеров Т 1, Т 2, ТЗ, Т 4, выходы которых являются выходами устройства.Если 4 - это число зан, равное числу пилообразных сигналов на фиг. 2 а, а за В и К принять текущие значения кода соответственно на третьем и втором входах дешифраторэ, то значение кода (Д), снимаемого с шины данных ПЗУ, определяется таблицей,Устройство работает следующим образом.Входной аналоговый сигнал поступает на вход преобразователя 7 аналогового сигнала, где с тактовой частотой происходит дискретизация этого сигнала по времени и квантование по уровню, На выходе преобразователя 7 аналогового сигнала формируется двоичная кодовая последовательность заданной разрядности А, причем Ааа М, где Й - число зон и число импульсных выходов всего устройства, В компараторе 5 происходит сравнение А разрядов кодовой последовательности входного сигнала с кодовой последовательностью опорного сигнала, равной сумме кодовой последовательности пилообразного сигнала, разрядностью А -аа М и кодовой последовательности постоянной 5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 составляющей разрядностью А, где оа 4 старших разрядов определяют номер зоны, в которой находится входной сигнал, а младшие А - ос М разряды равны логическому нулю.Кодовая последовательность постоянной составляющей опорного сигнала формируется из оа 4 старших разрядов АЦП 7. При переходе из одной эоны в другую изменяется код старших ао 4 разрядов АЦП 7 на единицу, а величина опорного сигнала (выходной код сумматора 4) при этом изменяется на размах пилообразного сигнала. Кроме того, при переходе входного сигнала из одной зоны в другую изменяется на 180 фаза пилообразного сигнала. Управляющим сигналом для изменения фазы является оо М-й разряд выходной кодовой последовательности на третьем выходе преобразователя 7 аналогового сигнала, который подан на адресную шину ПЗУ генератора 3 пилообразного сигнала,Сравнение входного аналогового сигнала с опорным сигналам позволяет формировать М импульсных последовательностей с широтно-импульсной модуляцией (4 каналов), равномерно сдвинутых друг относительно друга и с линейным преобразованием входного сигнала в каждом канале,При этом передние фронты импульсных напряжений в каждом канале Формируют в моменты пересечения входного аналогового сигнала с убываюшими лучами опарнсго (пилообразного) сигнала, представленного на фиг. 2 б, а задние франты - с возрастающими. Очевидна, чта зтат способ требует формирования одного, изменяющегсся па фазе на 180 пилаобраэнагс сигнала каждый раэ при персходе из одной эоны в другую, Пои эт 1 м внутри генератора 3 пилообразного сигнала можно формировать два инверсных пилообразных сигнала и коммутировать их на выходе по управляющему сигналу, подаваемому на второй вход генератора 3 пилообразных сигналов, Это и делается в приведенном выше примере реализации генератора нэ ПЗУ.На фиг. 2 а обозначены эоны О, 1, 2,3. В пределах каждой зоны опорный сигнал представляет собой симметричный пилообразный сигнал с размахам и периодом повторения, в 4 раза меньшим каждого из четырех исходных пилообразных сигналов с размахом, равным размаху входного аналогового сигнала и с фазой, изменяющейся на 180 С при переходе из одной эоны в другую. Именно этот в п раэ меньший пилообразный сигнал и формируется в генераторе 3 пилообразного сигнала, 1818688ПЗУ дешифратора 6,Выходной сигнал с компаратора 5(логические "О" или "1"), соответствующий результату сравнения двух входных кодовых последовательностей, подается на первый вход дешифратора 6, то есть на входы О выходных триггеров дешифратора 6.Таким образом результат сравнения переписывается на выход того триггера, номер которого соответствует номеру пилообразного сигнала с динамическим диапазоном изменения, равным выходному аналоговому сигналу с входным аналоговым сигналом (фиг. 2 а),Для того, чтобы информация с компаратора 5 записывалась в нужный триггер, соответствующий установленной очередности фронтов, в ПЗУ дешифратора 6 должно происходить преобразование текущего номера или полупериода пилообразного сигнала, поступающего со счетчика 2 импульсов на второй кодовый вход дешифратора 6 (код показан на фиг. 2 а снизу), в соответствующий номер триггера. Этот номер показан на фиг. 2 а сверху.Этот достигается. если в дешифраторе 6 происходит преобразование кода в соответствии с таблицей. На фиг. 2 ж показан сигнал, который получается в результате сложения сформированных в устройстве импульсных последовательностей в одной нагрузке.Заявляемый способ и устройство по сравнению с прототипом имеют следующие преимущества: формируются импульсные последовательности. соответствующие идеальной многоканальной ШИМ, в которойотсутствуют скачки фаз во всем динамическом диапазоне изменения входного аналогового сигнала, то есть преобразование входного аналогового сигнала более линейно, чем в прототипе,Формул а изобретения 1, Способ многоканального широтно- импульсного преобразования аналогового сигнала, заключающийся в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшения пилообразного сигнала на постоянное значение, равное размаху пилообразного сигнала всякий разТаблица прожига 5 10 15 20 25 30 35 40 45 при снижении входного сигнала ниже нижнего граничного значения опорного сигнала, и добавления к пилообразному сигналу постоянного значения, равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значения изменения опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнения выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей, изменяют фазу пилообразного сигнала на 180 каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, а передние и задние фронты выходных импульсных последовательностей формируют последовательно 1. 2, 3й, 1, 2, 3й соответственно по результату сравнения входного сигнала с убывающими и возрастающими лучами опорного сигнала.2. Устройство многоканального широтно-импульсного преобразования аналогового сигнала, содержащее соединенные последовательно генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, выходы которого являются выходами устройства, а также генератор тактовых импульсов, от л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения линейности преобразования и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей, дополнительно введены преобразователь аналогового сигнала и счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом генератора тактовых импульсов, а кодовым выходом - с входом генератора пилообразного сигнала и с вторым входом дешифратора, вход преобразователя аналогового сигнала является входом устройства, первый кодовый вход подключен к третьему входу дешифратора и второму входу сумматора, второй кодовый выход подключен к второму входу компаратора, а третий выход подключен к второму входу генератора пилообразного сигнала.1818688 г орректор Е.Папп акт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 каэ 1941 ВНИИПИ Гос Составитель В.Белов Техред ММоргентал Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5