Интегратор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СоюзСоветскинСоциалистическикРеспублик и 922786(51)М. Кл,с присоединением заявки М Я 06 Я 7/186 9 вудврстюай квинтвт ВИР ае авави изеврвтеннй и втнритнй1) Заявитель 4) ИНтНРЛТО ой ы- интедующие тегра 3Изобретение относится к аналого-циф, ровой вычислительной технике, предназ начено для выполнения операций интегрирования при моделировании зна 4 ения интеграла и подынтегральной функции напря жениями постоянного тока и может най 5 ти применение в быстро развивающихся в настоящее время самонастраивающихся (адаптивных) аналого-цифровых преобразователях, например интегрирующих вольт 1 О метрах с автоматическим выбором пре- дела; позволяющих подстраивать интервал интегрирования к периоду помех сети, в аналоговых и аналого-цифровых вычисли тельных устройствах, решающих дифферен 15 циальные уравнения, для решения задач предварительной обработки сигналов управления - сглаживания, формирования и преобразования импульсных сигналов, при построении контрольно-измерительн паратуры.На современном этапе развития граторов к ним предъявляются сле требования: сохранение точности ин тора в широком температурном диапазоне, возможность автоматической выставки коэффициента передачи интегратора КПИ с высокой точностью и построение точных интеграторов на неточных элемен тах.Основными способами изменения коэффициента передачи интегратора до сих пор остаются ручная настройка, а также автоматическая настройка при помощи серводвигатепей и потенциометров 11Время настройки отдельного интегратора, даже в случае автоматической установки, составляет единицы и десятки секунд, а время настройки всей системы - десятки минут.Естественно, такое время уже мало удовлетворяет потребностям современной вычислительной техники. Известные попытки автоматизации процесса, предполагающие изменение постоянной времени интегратора 121, не решают целиком задачи, так как главный недостаток всех этих устройств - ограниченный диапазон3 92изменения коэффициента передачи, что ведет к снижению точности даже в случае использования прецизионных элементов.Наиболее близким к изобретению попринципу работы является интегратор, содержащий операционный усилитель, компаратор, цифровую управляемую проводимость, счетчик, генератор, элемент И, конденсатор и аналоговые ключи, причем два ключа включены последовательно и соединяют вход опорного напряже- .нияи сигнальный вход интегратора, первый вход цифровой управляемой проводимости подключен к инвертирующему вхо- ду операционного усилителя, кондейсатор включен между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, который также подсоединен к инвертирующему входу компаратора, выход генератора соединен с первым входом эле. мента. И, выход которого подключен к суммирующему входу счетчика, а выходы разрядов счетчика соединены с управляющими входами цифровой управляемой проводимости 33 .Недостаткамиизвестного интегратора являются низкая точность, принципиЬль-.ная невозможность выставки произвольного коэффициента передачи интегратора (КПИ), наличие в схеме прецизионных, элементов для обеспечения высокой точности КПИ и узкий диапазон изменения корректируемого КПИ.Целью изобретения является повыше ние точности интегрирования, расширение диапазона изменения коэффициента пере дачи интегратора.Указанная цель достигается тем, что в интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, параллельно интегрирующему конденсатору которого включен первый ключ, компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, второй вход - к входу опорного напряжения интегратора, а выход - к первому входу блока управления, второй и третий ключи, включенные последовательно между сигнальным входом и входом опорного напряжения интегратора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого через первый элемент И соединен с выходом генератора импульсов, а выходы разрядов подключены к управляющему входу цифровой управляемой проводимости, первый вывод которой связан с входом интегрирующего усилителя, причем управляющие входы первого, второго и третьего ключей и второй вход первогофэлемента И подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, введены дополнителный реверсивный счетчик и три элемента И, первые входы которых подключены к выходу генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены с вычитающими входами основного и дополнительного реверсивных 2786 счетчиков, суммирующий. вход дополнительного реверсивного счетчика подключенк выходу четвертого элемента .И, вторыевходы второго и четвертого элементов И соединены с пятым выходом блока управцения, шестой выход которого подключен к второму входу третьего элемента И,а седьмой и восьмой - к входам разрешения установки. кода реверсивных счетчиков, входы приема кода которых соединены с управляющим входом интегратора, выход обнуления и выход старшего разряда дополнитепьного реверсивного счетчика подключены соответственно к второму и третьему входам блока управления, а второй вывод цифровой управляемой проводимости соединен с общим вы- водом второго и третьего ключей,А также тем, что блок управления содержит Я - триггер, установочный вход которого является первым входом блока управления, а счетный вход подключен к выходу первого одновибратора, соединенному с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с инверсным и прямым выходами О -триггера и инверсным выходом Я 5-триггера, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, соединенному вторым входом с выходом четвертого элемента И, являющимся четвертым выходом блока управления, первые входы четвертого и пятого элементов И связаны с выходом шестого элемента И, входами соединенного с прямым выходом 2 -триггера и выходом второго одновибратора, вход которого подключен к выходу второго элемента И, являющемуся вторым выходом блока управления, вторые входы четвертого и пятого элеф ментов И подключены к выходу второгоэлемента ИЛИ, входы которого являются вторым входом блока управления, а выход через первый инвертор соединен с третьим входом третьего элемента И, фф выход которого подключен к установочному входу О -триггера, соединенному счетным входом через седьмой элемент И с входами задания режима работы,5 0227один из. которых является седьмым выходом бпока управления, третьи входы четвертого и пятого элементов И соединенысоответственно с входом и выходом второго инвертора, первый, второй и третийвходы третьего элемента ИЛИ подключены соответственно к прямому выходу Этриггера, выходам шестого и первогоэлементов И, а его выход через третийодновибратор соединен с входом первого 1 Оодновибратора, причем выходы третьегоодновибратора, первого и пятого элементов И, первого и третьего элементовИЛИ являются соответственно первым,третьим, пятым, шестым и восьмым выходами блока управления, а вход второгоинвертора является третьим входом блока управления.На фиг. 1 дана функциональная схемапредлагаемого интегратора; на фиг. 2 -. щодиниз возможных вариантов блока управления,Интегратор (фиг, 1) содержит интегрирующий усилитель 1, компаратор 2,цифровую управляемую проводимость . 25(ЦУП) 3, реверсивные счетчики 4 и 5,генератор 6 импульсов, элементы И 710, интегрирунмций конденсатор 11, ключи 12-14 и блок 15 управления, Первый вход ЦУП 3 через ключи 12 и 13соединен соответственно с сигнальнымвходом 0 и входом опорного напряжения Ооп интегратора, а второй входподключен к инвертирующему входу интегрирующего усилителя 1. Конденсатор11 и параллельно включенный ему ключ14 соединяют инвертирующий вход усилителя 1 и его.выход,.который подключен к инвертирующему входу компаратора 2. Неинвертирующий вход компарато-ра 2 соединен с входом опорного напряжения интегратора. Выход генератора 6подключен к первым входам элементов,И 7-10, выходы элементов И 7 и 8 соединены соответственно с вычитающим исуммирующим входами реверсивногосчетчика 4, а выходы элементов И 9 и10 подключены соответственно к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика 5, Входы приема кода50счетчиков 4 и 5 соединены с управляющим входом интегратора. Выходы раз-.рядов счетчика 4 подключены к управляющим входам цифровой управляемой проводимости 3, Выход компаратора 2, а также выход обнуления и выход старшего55разряда счетчика 5 подключены к входамблока 15 управления, а выходы блока15 управления соединены с управляющими 86 6входами ключей 12-14, входами разрешения установки. кода счетчиков 4 и 5 ивторыми входами элементов И 7-10.Блок 15 управления (фиг, 2) содержит Э-триггер 16, Р 5 -триггер 17, выходы которых соединены с входами элементов И 18-22 и элемента ИЛИ 23,одновибраторы 24, 25 и 26, элементыИ 27, 28, элементы ИЛИ 29, 30 и инверторы 31, 32. Входы элемента И 28являются входами задания режима работы вИнтегратор работает в трех режимах;первый - рабочий режим, когда интегратор выполняет интегрирование входногосигнала, второй - изменение КПИ, третий - коррекции КПИ.,Для пояснения функционирования интегратора рассмотрим второй режим, таккак первый выполняется обычным образом, а третий входит как составная частьво второй.Цикл работы в режиме изменения КПИсостоит из четырех различных тактов; впервом такте производится прием кода,задающего значение требуемого КПИ, второй такт предназначен для установки ну-,левых начальных условий интегратора, втретьем такте вычисляется разность между реальным и требуемым КПИ, четвертый такт - коррекция кода, задающегозначение КПИ при условии его отличияот требуемого. Далее, если полученнаяпосле коррекции погрешность превышаетзаданную величину, такты 2, 3, 4 повторяются до уменьшения погрешности до требуемой, В третьем режиме работы устройства выполняютсятакты 2, 3 и 4,В первом такте на вход разрешенияустановки кода счетчика 4 подается сигнал, разрешающий запись параллельногокода йт, задающего значение требуемого КПИ, на счетчик 4, Выходы счетчикауправляют ключами ЦУП 3. РеальныйКПИ, полученный после приема кода Мт,имеет приведенную погрешность, выраженную формулойд, дчигде дУ - погрешность температурного ивременного ухода конденсатора обратнойсвязи и входного резистора, а также псгрешность изготовления этих элементов,приведенная к эквивалентному изменениювходной проводимости;дУ - погрешность, вносимая в ЦУПа 1 -д"17 9227868где ФУ- относительная погрешность После-го такта коррекции погрешцУП (погрешность изготовления); ность КПИ выражается следующим обра.- максимальное значение прозом:водимостй ЦУП.Во второмтакте замыкается ключ 14(остальные разомкнуты) и разряжаетконденсатор 11 до нуля. Одновременнокод йт принимается на счетчик. 5 подачей сигнала на вход разрешения установки кода счетчика 5. 1 ОВ третьем такте замыкается ключ 13 Число тактов коррекции определяется(остальные разомкнуты), а на второй из выражениявход элемента И 9 подается сигнал, разрешающий прохождение импудвсов с тепе .0ратора 6 иа вычитакпиий вход счетчика 1 И и уч 1 И и, ивд )5. Интервал времени с момента подачиО Ъ Ц)на вход интегратора напряжения Оо домомента сравнения, фиксируемого компаратором 2, равен реальной постояннойпения прововремени интегратора. Частота генератора 6 выбирается таким образом, чтобыдпя реальк моменту времени, равному требуемой.постоянной времени, "состояние счетчика5 было нулевым, тогда ко времени появления сигнала сравнения с компаратора на счетчик 5 прекращается подачаимпульсов ина нем фиксируется код,пропорциональный разности реальной итребуемой постоянной времени. Если состояние счетчика 5 нулевое, то коррек ОРаз , предложенное устройТаким об омция закончена, если нет - удтрой ство имеет следующие отличительныепереходит к четвертому такту р бособенностий обУсловливающие эффектив. ность его и именения.знака разности находящейся в счетчикеточностью в широком температурном диан 9 или на 8 и 10, разрешающие прохож паэоней что объясняется способностьюсхем автоматически сохРующие или вычитающие входы счетчиков ленный КПИ вне зависимости от измене 4 и .уй а в момент равенства нулю .со . ния внешних условий и характеристикдержимого счетчика 5 сигна , пассивных элементов устройства,40ся. Таким образом, в этом такте код 2, Воэможность автоматической устаРазности, пропорциональный погрешности новки коэффициента передачи интеграторавъ итается или складывается с с по сигналу представпенноМу в двоичномдержимым счетчика 4, Погрешность КПИпосле первого такта коррекции определяется из формулы 5 й 1 ) и 1 ФУ 1 ж) 1 ЦФМСИц,)Ф (ф(уЧ )п 1) шаа )" я+уЧ ). где йо - дискретность измемости ЦУП.Число тактов коррекцииустройств оказывается равньИз сравнения формул видяравных начальных условияхниях можно положить УЬФТвтором такте коррекцйс инреустройство обеспечиваетность КПИ,.чем известное. ди(в вараже) уже надлагаемое большую точ 3, Отсутствие в схеме прецизионных и термостабильных пассивных элементов, что существенно облегчает изготовление устройств в.интегральном исполнении. К примеру, аналоговые ипочи, применяемые в цифроуправляемых резисторах, могут быть:а) с большим временем коммутации, так как эти ключи переипочаются лишь в специально отведенные моменты времени в режиме коррекции;) с большим разбросом сопротивлеоткрытого канала, потому что эта чина входит в погрешность эле н дМфьЧ ) где Д(а 1+Й осемой корргреи 1 ности КВИ) - погрешность, вносимекции при компенсации поПИ, равной(ЬУ фЬЧц 55 б д(ф Иц).9 9227 тов ОУР, которая может достигать десятков процентов,В связи с этим открывается возможность серийного выпуска грубых, а, следовательно, очень чешевых ЦУР в инте гральном исполнении, предназначенных для работы в устройствах с автоматической цифровой коррекцией.4. Исюпочается индивидуальная (ручная) настройка отдельных схем, что10 обусловлено способностью пепи коррекции компенсировать технологический разброс пассивных элементов в единицы десятки процентов.5. Устройства на требуют наличия . 15 точных источников опорного напряжения.Формула изобретения201, Интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, параллельно интегрирукшему конденсатору которого вюпочен первый юпоч, компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегрирую щего усилителя, второй вход - к входу опорного напряжения интегратора, а вы- . ход - к первому входу блока управления, второй и третий ключи, вюпоченные последовательно между сигнальным входом и входом опорного напряжения интегратсц. ра, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого через первый элемент И , соединен с выходом генератора импульсов, а выходы разрядов подключены к35 управляющему входу цифровой управляе- мой проводимости, первый вывод которой связан с входом интегрирующего усилителя, причем, управляющие входы первого, второго и третьего ключей и40 второй вход первого элемента И подключены сОответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точ 45 ности интегрирования и расширения диапазона изменения коэффициента передачи интегратора, в него введены дополнительный реверсивный счетчик и три элемента И, первые входы которых подключены к50 выходу генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены с вычитаюшими входами основного и дополнительного реверсивных счетчиков, суммирующий вход дополнительно 1 о реверсивного счетчика подключен к выходу четвертого элемента И, вторые входы второго и четвертого элементов И соединены с пятым выходом блока управления,86 10шестой выход которого подюпочен к втодрому входу третьего элемента И, а седьмой и восьмой - к входам разрешенияустановки кода реверсивных счетчиков,входы. приема кода которых соединены суправляющим входом интегратора, выходобнуления и выход старшего разряда дополнительного реверсивного счетчикаподключены соответственно к второму итретьему входам блока управления, авторой вывод цифровой управляемой проводимости соединен с общим выводомвторого и третьего .юпочей,2, Интегратор по п. 1, о т л и ч а юш и й с я тем, что блок управления содержит 1 Б -триггер, установочный входкоторого является первым входом блокауправления, а счетный вход подключен квыходу первого одновибратора, соединен-,.ному с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно синверсным и прямым выходами Р -триггера и инверсным выходом Ы -триггера,прямой выход которо о подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, соединенному вторым входом с выходомчетвертого элемента И, являющимся четвертым выходом блока управления, первые входы четвертого и пятого элементов И связаны с выходом шестого элемента И, входами соединенного с прямымвыходом В-триггера и выходом второгоодновибратора, вход которого подключенк выходу второго элемента И, являющемуся вторым выходом блока управления,вторые входы четвертого и пятого элементов И подключены к выходу второгоэлемента ИЛИ, входы которого являютсявторым входом блока управления, а выход через первый инвертор соединен стретьим входом третьего элемента И, выход которого подюпочен к установочномувходу 2 -триггера, соединенному счетнымвходом через седьмой элемент И с входами задания режима работы, один изкоторых является седьмым выходом блока управления третьи, входы четвертогои пятого элементов И соединены соотОветственно с входом и Ъь 1 ходом второгоинвертора, первый, второй и третий входы третьего элемента ИЛИ подключенысоответственно к прямому выходу Р -триггера, выходам шестого и первого. элементов И, а его исход через третийодновибратор соединен с входом первогоодновибратора, причем выходы третьегоодновибратора, первого и пятого элементов И, первого и третьего элементов11 922786 12ИЛИ являются соответственно нервам, тельные машины. Т. 2. М., "Мир, 190 Втретьим, пятым, шестым и восьмым вы- с. 141-142,ходами блока управления, а вход второго . 2. Патент США М 3541318,инвертора является третьим входом бло- кл. 235-183, опублик. 1970.ка управления, 3. Артамонов А. Б., Смирнов А. М.функциональные кодирующие преобразоИсточники информации,. ватели на основе развертываюших систем.принятые во внимание при экспертизе Проблемы создания преобразователей1. Корн Г., Кори Т, Электронные ана- формы информадии, ч. 1, Киев, фНауковалоговые и аналогово-.цифровые вычисли,думками, 1976, с, 140-144, рис. 2Ужгород, улПроектная, 4 иливл тент Тираж 732 Подписное ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4