Устройство для кодирования электрических сигналов

ы 1111 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) (1 012 51 с 1 Н 03 М 1/3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТ виацио НИЯ к импульользоваГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский институтного приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относитсяной технике, может быть исп но в системах дискретной передачизвуковых, телеметрических и другихсигналов и позволяет повысить быстродействие и точность. В устройство,содержащее аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 8,9, аналоговоезапоминающее устройство 2, тактовыйгенератор 3, блок 6 управления, генератор 1 пилообразного напряжения,элемент 11 запрета, счетчик 7, введены измерительный дифференциальныйусилитель 4, элементы 12, 14 запрета, элемент 13 задержки, элемент ИЛИ101 з.п. ф-лы, 9 ил.3 15 ОИзобретение относится к импулгзсной технике и может быть использовано в,системах дискретной передачизвуковых, телеметрических и другихэлектрических сигналов,Целью изобретения является повышение быстродействия и точности.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства 1 на фиг, 2функциональная схема блока управле -ния; на фиг. 3 - принципиальнаяэлектрическая схема генератора пилообразного напряжения; на фиг, 4принципиальная электрическая схемааналогового запоминающего устройства; на фиг. 5 - принципиальнаяэлектрическая схема измерительногодифференциального усилителя, нафиг, 6 - функциональная схема первого блока совпадения; на фиг, 7функциональная схема второго блокасовпадения, на фиг, 8 - временныедиаграммы работы устройства, нафиг, 9 - зависимость разности междунапряжениями генератора пилообразного напряжения и аналогового запоминающего устройства (2) между соседчими импульсами,Устройство для кодирования элект -рических Сигналов (фиг. 1) содержитгенератор 1 пилообразного напряжения,аналоговое запоминающее устройство(фиг. 4) содержит элемент ИЛИ-НЕ 36,ключ 37, транзисторы 38, резисторы39, конденсатор 40 стабилитроны 41,42,269Измерительный дифференциальныйусилитель (фиг. 5) состоит ич операционных усилителей 43-46, резисторов47-49 диода 5 П.Блок 20 совпадения (фиг, 6) содержит элементы НЕ 51, элемент И-НЕ 52,Блок 21 совпадения (фиг. 7) содержит элементы НЕ 53, элемент ИЛИ 54,10 элемент И-НЕ 55.Устройство работает следующим образом,Входной аналоговьпг сигнал Ц поступает на первый вход АЗУ 2,на второй5 ход которого подается сигнал от блока 6 управления, открывающий ключ 37АЗУ 2 на время, необходимое для загоминания сигнала Цс. Сигнал, открывающий ключ 37 АЗУ 2, подается также20 На первый вход генератора 1 (фиг.8 б),открывая его транзистор 32, черезвнутреннее сопротивление которогопрои ходит разряд конденсатора 33 доисходного значения, В момент закрывания ключа 37 АЗУ 2 и ключа 32 гене 25ратора 1 на второй вход генератора 1через элемент 14 запрета из блока 6управления подается сигнал (фиг. 8 в),открывающий транзистор 26 переключателя тока, Ключ, образованный транзисторами 25,26, выполнен по схемепереключателя тока, Состоянию откры-,того ключа соответствует в данномслучае ситуация, когда транзистор 2635 открыт, а транзистор 25 закрыт. Состоянию закрытого ключа соответствуетпротивоположная ситуация. Через переключатель тока конденсатор 33 генератора 1 заряжается постоянным током40 от генератора тока, включающего транзистор 27, стабилитрон 28 и операционный усилитель 29Одновременно напервый вход счетчика 7 (фиг. 8 з) иь горой вход АЦП 5 (фиг. 8 и) начинают45 поступать тактовые импульсы из брока6 через элементы 13, 11, 12 соответственно. Сигналы с выходов АЗУ 2 и генератора 1 подаются на входы измерительного дифференциального усилителя4, Выходной сигнал усилителя 4 подается на первый вход параллельногоАЦП 5, который настраивается так, чтовоспринимает только положительныеили только отрицательные разностис выхода измерительного дифференциального усилителя 4, что соответствует состояниям сигналов на входах уси-,лителя 4, при которых сигнал с выходагенератора 1 по абсолютной величине(фиг, 8 е).Коэффициент усиления усилителявыбирается с таким расчетом чтобыУ5максимальная разность, которая можетвозникнуть на его выходе и, слс)довательно, на первом входе АЦП 5 завремя между моментом равенства нап ряжений на входах усилителя 4 и моментом следующего после этого тактовогоимпульса нд втором входе АЦП 5, соответствовала максимальному значениювходного сигнала, выбранного АЦП 5Поясним необходимость использования инверсных кодов с выхода АЦП,Момент совпадения напряженийна входах измерительного дифференциального усилителя 4 может совпадатьс тактовым импульсом на втором входе 20АЦП 5 или возникает в любой моментвремени между соседними тактовымиимпульсами (фиг. 9 а,б).Рассмотрим предельный случай, когда ситуация совпадения напряжений 25на входах измерительного дифференциального усилителя возникает одновременно с тактовым импульсом АЦП (с моментом фиксации состояний компараторов АЦП в его выходном регистре 30(фиг. 9 а). это означает, что младшиеразряды выходного кода равны нулю,т,е, выходной код определяется количеством тактовых. импульсов, просчитанных счетчиком 7 до момента совпа 35дения напряжений на входах измерительного дифференциального усилителя 4, Однако в этом случае появление кода, отличного от нуля,. на выходе АЦП 5 может возникнуть только с 40подачей сЛедующего тактового импульса на тактовый вход ЛЦП 5. При указанном выше согласовании коэффициента усиления измерительного дифференциального усилителя 4 с диапазономвходного напряжения ЛПЦ 5 напряжениена выходе усилители изменяется навеличину, соответствующую максимальному значению входного напряженияАЦП 5, что приводит к появлению единиц сразу во всех разрядах кода АЦП5, Но, как уже указывалось выше,младшие разряды выходного кода должны быть равны нулю, Следовательно,коды с выхода АЦП 5 необходимо брать55с инверсией. Другими словами, кодАЦП, характеризующий превышение сигнала генератора 1 ндд входным сигнала С между моментом совпадения этих напряжений нд иыходдх измерительного дифференцидльис го усилителя и первым тактовым импульсом, фиксирующим это превышение в ЛЦП 5, соответствует значению, которое иеобходилю вычесть из максимального значения кода АПЦ 5, а результат такой разности являетсяинверсным кодом,Тактовые импульсы, поСтупающие насчетный вход счетчика 7, должны бытьзадержаны по отношению к тактовымимпульсам, поступающим на тактовыйвход АЦП 5, на время, которое обеспечивает возможность непоступлениятактового импульса, фиксирующего первое появление единиц на выходе АЦП 5,на вход счетчика, для чего служитэлемент 13 задержкиВеличина указанной задержки зависит от элементнойбазы, применяемой для реализации предлагаемого устройства, Рассмотрим работу блока 6 (фиг. 2) в комплексе сработой устройства. Импульсы с выходатактового генератора 3 (фиг, 8 а) поступают на вторые входы элементов 1517 запрета, Пусть счетчики 18 и 19обнулены. В этом случае сигнал с первого выхода блока 20 совпадения(фиг, 8 б) разрешает прохождение импульсов тактового генератора черезэлемент 15 нд первыи вход счетчика 18,а сигнал с второго ныхадд блока 20(фиг, 8 в), который является инверсным по отношению к сигналу, взятомус первого выхода, запрещает прохождение импульсов так гс вого генератора на первый вход счетчика 19 черезэлемент 17, Код спвиалеиия на блоке21 выбирается в здвисимости от точности измерения счетным методом. Например, при шестнадцатиразрядноманалого-цифровом преобразовании восемь старших разрядов кода можноопределить счетным методом, а восемьмладших - с помощью восьмиразрядногопараллельного ЛЦП. В указанном случаекод совпадения нд блоке 21 соответствует числу 256 в двоичном коде. Вдругих вариантах построения устройства это число может быть изменено,Код совпадения на блоке 20 выбирается из соотношения временных интервалов: интервала, необходимого длязапоминания отсчета преобразуемогосигнала, и интервала, необходимогодля измерения сигнала. При появлении на выходах счетчика 18 кода совпадения на первом выходе блока 20появляется сигнал, запрещающий дальнейшее прохождение импульсов тактового генератора за первый вход счетчика 18. В то же время на второмвыходе блока 20 появляется сигнал, разрешающий прохождение импульсов тактового генератора через элемент 17 ца первый вход счетчика 1,9. Одновременно импульсы с выхода элемента 17 блока 6 поступают на элемент 12 и через элемент 13,на элемент 11. С выхода элемента 11 импульсы поступают на первый вход счетчика 7 (фиг, 8 и), а с выхода элемента 12 - на вто рой вход ЛЦП 5 (фиг. Яз). На первые входы элементов 11 12 поступает сигнал запрета (фиг, 8 ж). При появлении хотя бы одной единицы (если рассуждать по отношению к инверсному коду, 20 то хотя бы одного нуля) в выходном коде АЦП вырабатывается сигнал запрета (фиг. 8 ж), По этому сигналу прекращается подача импульсов тактового генератора на АЦП 5 и счетчик 7Од новременно этим же сигналом через элемент 14 прекращается заряд конденсатора 33 генератора 1, что предотвращает перегрузку АЦП 5 по входу, При появлении на выходах счетчика 30 19 кода совпадения на выходе блока 2 1 появляется сигнал, разрешающий прохождение импульса тактового генератора через элемент 16 на вторые входы счетчиков 18, 19, Этим импульсом счетчики 18, 19 сбрасываются в нулевое состояние (фиг, 8 д), Затем цикл работы блока управления повторяется и т,д, На выходах блоков 20, 21 вырабатываются сигналы, предназначен ные для управления работой АЗУ 2 и генератора 1. Выходной код получается следующим образом, Старшие разряды кода представляют собой количество импульсов, просчитанных счетчиком 45до момента совпадения напряжения с выхода генератора 1 пилообразного напряжения и сигнала с выхода АЗУ 2, а младшие разряды - инверсный код с выхода АЦП 5 соответствующий велиЭ50 чине превышения напряжения с выхода генератора пилообразного напряжения над сигналом с выхода АЗЦ 2 за интервал между момецтом совпадения значений напряжений и моментом следующего тактового импульса, Опросные импульсы поступающие на регистры 8, 9, формируютя формирователем 22(фиг, 8 г). Начало этих импульсов доязкно совпадать с началом времен - цых интервалов, предназцачецных для запоминания отсчета сигнала.Импульсы, поступающие на второй вход счетчика 7, которые предназначены для установки счетчика в нулевое состояние ,фиг. Яд), задержаны по отношению к импульсам, поступающим на опрос регистров 8,9 (фиг.8 г), в элементе 23 блока 6. Величина задержки должна соотвествовать длительности импульса опроса регистров 8,9.Усилитель 4 (фиг, 5) работаетследующим образом,Усилители 43, 44 работают в режиме повторителей напряжения. Высокиевходные сопротивления усилителей 43,44 в одном случае предотвращают разряд конденсатора 40 в АЗУ 2 в период времени хранения отсчета сигнала, в другом - ухудшение линейности выходного напряжения генератора 1, пи" пообразного напряжения, Операционный усилитель 45 служит для усиления разНости между напряжениями, поступающими от АЗУ 2 и генератора 1. Коэффициент усиления операционного усилителя 45 зависит от максимального значения величины входного напряженная,Величина грубой градации (величинаградации при аналого-цифровом преоб-разовании счетно-импульсным методом)составитовх.ьдПР 1 ов шгде Ц- максимальное значениевходного сигнала,т - число разрядов кода прианалого-цифровом преобразовании счетно-импульсным методом.Коэффициент усиления операционного усилителя 45 составитЦвк В Ьцв1цугугде 0 д- максимальное напряжениеЬк в дцна входе параллельного АПЦ.Указанный коэффициент усиления операционного усилителя 45 задается с помощью резисторов 47,48. Резистор 49-1 выбирается по величине таким же, как и резистор 48, и служит .для получения идентичных входных цепей операционного усилителя 45. Операци онный усилитель 46 работает в режи.15012ме повторителя цацряжецця ц служитдля получения низкого выходногосопротивления измерительного дифференциального усилителя, обеспечивающего работу ца большую входнуюемкость параллельного ЛЦЛ 5, Диод50 служит для ограцичеция положительных разностей, возникающих навыходе операционного усилителя 45,что предотвращает перегрузку по входу параллельного АЦП 5. Стабилизацию дрейфа нуля дифференциальногоусилителя необходимо поддерживать впределах половины младшей градации 15результирующего аналого-цифровогопреобразования,Формула изобретения20 г 910элемента запрета соЕ динец с выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом второго элемента запрета и подключен к четвер. тому выходу блока управления, пятый выход которого подключен к второму входу третьего элемецта запрета, выход которого подключен к второму вхо. ду генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу измерительного дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к выходу аналогового запоминающего устройства, а выход - к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго элементазапрета, 1. Устройство для кодирования электрических сигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, аналоговое запоминающее устройство, первый 25 вход которого является входной шиной, последовательно соединенные тактовый генератор и блок управления, первый выход которого подключен к первому входу генератора пилооб- З 0 разного напряжения и второму входу аналогового запоминаюшего устройства, последовательно соединенные первый элемент запрета и счетчик, второй и третий выходы блока управления подсоединены соответственно к второму входу счетчика и к первым входам первого и второго регистров, а вторые входы первого и второго регистров соединены соответственно с ныходами счетчика и ацалого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго регистров являются соответственно первой и второй выходными шинами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены измерительный дифференциальный усилитель, второй и третий элементы запрета, элемент задержки и элемент ИЛИ, входы которого подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя, а выход - к первым входам первого, второго и третьего элементов запрета, второй вход первого 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен ца трех элементах запрета, двух счетчиках, формцронателе импульсов, элементе задержки, двух блоках совпадения, первый выход первого блока соединеция со эшен с первым входом первого элемента запрета и является пятым выходом блока, второй выход первого блока совпадения соединен с входом формирователя импульсов, первым входом второго элемента запрета ц является первым выходом блока, входы первого и второго блоков совпадения соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, первый вход первого счетчика соединен с выходом первого элемента запрета, первый вход второго счетчика соединен с выходом второго элемента запрета, который является четвертым выходом блока,вторые входы первого и второго счетчиков объединены и соединены с выходом третьего элемента запрета, первый вход третьего элемента запрета соединен с выходом второго блока совпадения, вторые входы первого, второго и третьего элементов запрета объединены и являются входом блока, выход формирователя импуль он соединен с входом элемента задержки и является третьим выходом блока, выход элемента задержки является вторым выходом блока, 1 50 269ениям и открытиям при ГКНТ ССС кая наб., д. 4/5