Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях цифра - аналог, в качестве демодулятора в устройствах магнитной записи информации и ее передачи в линиях связи с частотно-импульсным представлением данных, а также в моделях совместно с модулятором с линейно-изменяющимся напряжением. Цель изобретения - повышение точности преобразования при расширении диапазона изменения преобразуемых временных интервалов. Для достижения цели в предлагаемом устройстве, содержащем формирователь управляющих сигналов, канал формирования линейно изменяющегося напряжения, включающий источник эталонного напряжения, интегратор с время-задающей RC-целью, схему сброса и схему переключения режимов работы, а также схему формирования и считывания выходного сигнала, в формирователь управляющих сигналов введена схема компенсации временных искажений в виде двух параллельно связанных входами формирователей одиночных положительных импульсов с дифференциальной регулировкой длительности, выходами соединенных с логическим элементом 2ИЛИ - НЕ, при этом вход схемы компенсации временных искажений подключен к выходу формирователя скачкообразно изменяющегося напряжения, выход - к входу введенного формирователя положительных импульсов считывания малой длительности. Схема сброса, выполненная на двух электронных переключателях в виде динистора и тринистора, управляющий электрод которого является управляющим входом схемы сброса, связана со схемой переключения режимов работы, выполненной на биполярном транзисторе, коллектор которого соединен с выходом канала формирования линейно изменяющегося напряжения, с сигнальным входом схемы формирования и считывания выходного сигнала на электронном ключе. Последняя подключена к элементу аналоговой памяти и через повторитель с высокоомным входом и низкоомным выходом к выходной шине преобразователя. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2007028
Класс(ы) патента: H03M1/50, H03K9/06
Номер заявки: 4874834/24
Дата подачи заявки: 16.10.1990
Дата публикации: 30.01.1994
Заявитель(и): Государственное предприятие "Ленинградское оптико- механическое объединение"
Автор(ы): Кузнецов М.И.
Патентообладатель(и): Кузнецов Михаил Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах с частотно-импульсным представлением информации (линии связи, в звуко- и видеозаписи, преобразователях типа "цифроаналог" (ЦАП).
Известно устройство [1] - преобразователь интервала времени в виде периода следования импульсов в постоянное напряжение, содержащее три счетных триггера, источник разнополярного эталонного напряжения, два электронных переключателя, два интегратора, два инвертора, шесть электронных ключей, два формирователя импульсов малой длительности и аналоговый сумматор.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство [2] , содержащее источник эталонного напряжения, шину нулевого потенциала, формирователь управляющих сигналов, три электронных переключателя, два интегратора со схемами сброса. Функционально эти компоненты можно объединить в формирователь управляющих сигналов, два канала формирования линейно изменяющегося напряжения с общим источником эталонного напряжения, два элемента аналоговой памяти с общей шиной нулевого потенциала, две схемы сброса интеграторов каналов, две схемы переключения режимов их работы, схему формирования и считывания выходного сигнала.
Цель изобретения - повышение точности преобразования при расширении диапазона изменения временных интервалов.
На фиг. 1 изображена схема преобразователя интервала времени в постоянное напряжение; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.
Преобразователь интервала времени в постоянное напряжение содержит входную шину 1 преобразуемого сигнала Тх, выходную шину 2 выработанного постоянного напряжения Ux, формирователь 3 управляющих сигналов, канал 4 формирования линейно изменяющегося напряжения, схему 5 формирования и считывания выходного сигнала, элемент 6 аналоговой памяти с повторителем 7 с высокоомным входом и низкоомным выходом.
Формирователь 3 управляющих сигналов, вырабатывающий два управляющих сигнала считывания и сброса в виде положительных импульсов малой длительности с частотой повторения 1/Тх, состоит из формирователя 8 скачкообразно изменяющегося сигнала в виде порогового устройства с релейной характеристикой, входом подключенного к входной шине 1, выходом - к входу схемы компенсации временных искажений, состоящей из двух формирователей 9, 10 положительных одиночных импульсов с дифференциальной регулировкой длительности и параллельными входами, и логического элемента 2ИЛИ-НЕ 11, входами подключенного к выходам формирователей 9, 10, выходом - к входу формирователя 12 импульсов считывания, выходом соединенного с управляющим входом схемы 5 формирования и считывания выходного сигнала и входом формирователя 13 импульсов сброса.
Канал 4 формирования линейно изменяющегося напряжения содержит источник 14 эталонного напряжения, интегратор с RC-цепью 15, 16 на операционном усилителе 17, неинвертирующим входом подключенном к шине нулевого потенциала, а инвертирующим - непосредственно к первой обкладке конденсатора 16 и через резистор 15 к "+" источника 14 эталонного напряжения, выходом соединенном непосредственно с сигнальным входом схемы 5 формирования и считывания выходного сигнала и через схему переключения режимов работы в виде биполярного транзистора 18 с второй обкладкой конденсатора 16. Схема сброса интегратора канала 4 состоит из двух электронных переключателей в виде тринистора 19 с катодом управления и динистора 20, анодом подключенного непосредственно к первой обкладке конденсатора 16, а катодом - к шине нулевого потенциала. Управляющими входами схемы сброса и схемы переключения режимов работы канала 4 являются соединенные параллельно управляющий электрод тринистора 19 и база биполярного транзистора 18, подключенная к выходу формирователя 13 импульсов сброса, связанного через резистор 21 с "-" источника разнополярного стабилизированного напряжения, с "+" которого соединен анод тринистора 19.
Преобразователь интервала времени Тх в постоянное напряжение Uxработает следующим образом.
Аналоговый измеряемый сигнал U1 (фиг. 2) с входной шины 1 поступает на вход формирователя 8 скачкообразно изменяющегося двухуровневого (цифрового, П-импульсного) сигнала. Интервалы времени Тх+(-) между скачками (фронтами и срезами) сформированного цифрового сигнала U22 должны быть равны интервалам времени Тх+(-) между соответствующими моментами перехода через ноль входного сигнала U1. Однако, как отмечалось выше, длительности сформированных П-импульсов не совпадают с соответствующими первичными интервалами Тх+(-) аналогового сигнала U1.
При использовании, в частности, интегрального компаратора напряжения 554САЗА с эмиттерной нагрузкой положительные П-импульсы удлиняются, а отрицательные укорачиваются (на 300 нс и более).
Для компенсации этих временных (фазовых) искажений в составе формирователя 3 управляющих сигналов предусмотрена схема компенсации временных искажений. Суть компенсации сводится к введению регулируемых дополнительных временных задержек в соответствии с принципом скачок цифрового сигнала, имеющий меньшее временное запаздывание (в нашем случае положительный), должен быть задержан на большую временную задержку, чем отрицательный таким образом, чтобы суммарная задержка (и в формирователе цифрового сигнала, и в схеме компенсации) скачков обеих полярностей стала одинаковой. В результате временные интервалы между срезами выходных импульсов схемы компенсации U25 соответствуют исходным интервалам Тх+(-).
Сформированный цифровой сигнал U22, имеющий временные (фазовые) искажения, поступает на входы формирователей 9, 10 положительных одиночных импульсов U23, U24 с дифференциальной регулировкой длительности τ9, τ10. Формирователь 9 запускается положительными перепадами цифрового сигнала U22, формиpователь 10 - отрицательными. Изменяя с помощью дифференциальной регулировки длительности τ9, τ10положительных импульсов U23, U24, добиваются восстановления исходных интервалов Тх+(-) между их срезами. Это обеспечивает исходные интервалы Тх+(-) между срезами выходных отрицательных импульсов U25 схемы компенсации, вырабатываемых логическим элементом 2ИЛИ-НЕ 11. Эти срезы, будучи положительными перепадами, запускают с удвоенной частотой 1/Тх формирователь 12 положительных импульсов считывания U26 малой длительности, управляющих схемой 5 формирования и считывания выходного сигнала на электронном плече и запускающих формирователь 13 положительных импульсов сброса U27, управляющий схемой сброса на тринисторе 19 и динисторе 20 и схемой переключения режимов работы на биполярном транзисторе 18.
Поскольку электронный ключ 5 должен успеть выключиться до выработки импульса сброса U27 по окончании импульса считывания U26, а время выключения ключа τклвыкл изменяется в широких пределах в зависимости от типа ключа (от десятков наносекунд у ключей КТ до сотен наносекунд у ключей КН), то формирователь 13 импульсов сброса должен импульсы сброса U27, вырабатывать с соответствующей задержкой tклвыкл.
В исходном состоянии интегратора 17 канала 4 напряжение на его инвертирующем входе положительное (эталонное напряжение Uэт > 0), а выходное напряжение предельно отрицательное Uвых(-) (напряжение отрицательного уровня), биполярный транзистор 18 отперт (-Uст > Uвых(-)), тринистор 19 заперт. Открытый ключ на биполярном транзисторе 18 подключает вторую обкладку конденсатора 16 к выходной шине усилителя 17, уравнивая их потенциалы.
При появлении входного аналогового сигнала U1 на шине 1 формирователем 3 управляющих сигналов вырабатываются сначала первый управляющий импульс считывания, затем, спустя интервал времени tклвыкл(время выключения ключа 5), второй и последний управляющий импульс - импульс сброса U27. Оба эти импульса отличаются положительной полярностью и малой длительностью (по сравнению с преобразуемыми интервалами Тх).
Импульс считывания замыкает электронный ключ 5 и подключает элемент 6 аналоговой памяти на конденсаторе к низкоомному выходу усилителя 17. Благодаря малой постоянной времени Rвых оy х С6 цепи выход усилителя 17 - конденсатор 6 на последнем практически мгновенно устанавливается напряжение, равное выходному напряжению усилителя 17 (в данном случае Uвых(-)). После этого импульс считывания малой длительности заканчивается и электронный ключ 5 размыкается. В итоге, во-первых, на конденсаторе 6 устанавливается мгновенное значение выходного напряжения усилителя 17; во-вторых, конденсатор 6 по окончании импульса считывания малой длительности оказывается подключенным к двум цепям с мегаомными сопротивлениями (к запертому ключу 5 и входу повторителя 7 с высокоомным выходом). Поэтому до следующего импульса считывания во всех случаях изменение напряжения на конденсаторе 6 не происходит, что, во-первых, дает основание называть таким образом включенный конденсатор 16 аналоговым элементом памяти, во-вторых, получать на выходной шине 2 преобразователя ступенчатую аппроксимацию сигнала на входе преобразователя напряжение - интервал времени с исключенными динамическими погрешностями преобразования, в-третьих, называть электронный ключ 5 схемой формирования и считывания выходного сигнала U2 преобразователя из выходного напряжения U28 канала 4 формирования линейно изменяющегося напряжения.
После того, как электронный ключ 5 выключится (спустя tклвыклпосле импульса считывания), вырабатывается, как отмечалось выше, импульс сброса U27 малой длительности τсбр.. Этот импульс поджигает электронный ключ схемы переключения тринистора 19 и одновременно запирает электронный ключ схемы переключения режимов работы канал 4 на биполярном транзисторе 18. Вследствие этого потенциал второй обкладки конденсатора 16 RC-цепи интегратора канала 4 скачком возрастает от наибольшего по величине отрицательного Uвых (-)< 0 до максимального положительного (+Uст) - Uтир.ост > 0, где Uтир.ост - остаточное падение напряжения на открытом тринисторе 19. Этот наибольший положительный перепад напряжения, равный ΔU(+) = (+Uст) - Uтир.ост- Uвых(-)> 0, пройдя через конденсатор 16, открывает по аноду второй электронный ключ схемы сброса на динисторе 20 и обеспечивает как практически мгновенный заряд конденсатора 16 (время заряда измеряется десятками наносекунд), так и положительную полярность входного сигнала усилителя 17. При этом, во-первых, смещение, возникающее между управляющим электродом тринистора 19 и его катодом, является запирающим для биполярного транзистора 18 (схемы переключения режимов работы канала 4), во-вторых, выходное напряжение усилителя 17 всегда предельно отрицательно Uвых(-).
По окончании положительного импульса сброса U27 тринистор 19 запирается. К этому времени конденсатор 16 заряжается и ток заряда (тринистора 19) равен нулю, а ключ на транзисторе 18 отпирается: на его базу подается через резистор 21 напряжение -Uст при потенциале эмиттера ϕэ = (+Uст)- Uтир.ост > 0 и потенциале коллектора ϕк= Uвых(-) < 0.
Возникающее в открытом транзисторе 18 смещение между базой и эмиттером является запирающим для тринистора 19. Поэтому совместное открытое состояние биполярного транзистора 18 и тринистора 19 невозможно, что позволяет объединить управляющие входы схем сброса и переключения режимов работы канала 4 и, тем самым уменьшить число управляющих сигналов до двух в отличие от остальных преобразователей интервала времени в постоянное напряжение.
После того, как ключ 18 откроется, происходит подключение второй обкладки конденсатора 16 с потенциалом ϕэ = (+Uст) -Uтир.ост > 0 к выходной шине усилителя 17 с потенциалом Uвых(-) < 0. Возникающий при этом отрицательный перепад напряжения изменяет полярность входного сигнала усилителя 17 на отрицательную, и через время задержки включения tоувкл напряжение U28 на выходе усилителя 17 скачком изменяется от Uвых(-) до Uвых(+). После этого усилитель 17 оказывается включенным в цепь разряда конденсатора 16 в качестве глубокой отрицательной обратной связи по току. Вследствие этого напряжение U28 начинает изменяться по линейному закону
U28(t)= U(+)вых-(Uэт/R15C16)<>t-(tвыккл5л+tвыклоу17)<> , где время отсчитывается от предыдущего импульса считывания.
Суммарное время задержки выключения ключа 5, включения усилителя 17, экспериментально измеренное, приблизительно равно τзад≈2 мкс. Причем время tкл5выкл = (200-300) нс.
Отсюда
U28(t)≈ U(+)вых-(Uэт/R15C16)(Tx-tвклоу17).
Спустя преобразуемый интервал времени Тх, формирователь 3 управляющих сигналов вырабатывает очередной импульс считывания U26 малой длительности, который осуществляет считывание и запись в элемент 6 аналоговой памяти на конденсаторе мгновенного значения выходного напряжения U28(t) канала 4 на момент t = Tx:
U28(Tx)≈ U(+)вых-(Uэт/R15C16)(Tx-tвклоу17)= Ux.
Наконец, спустя время задержки tкл5выкл, формирователь 3 управляющих сигналов вырабатывает второй и последний управляющий импульс - импульс сброса малой длительности U27, который вновь запирает схему переключения режимов работы на биполярном транзисторе 18 и открывает тринистор 19, вышеописанные процессы повторяются.
Поскольку схема формирования линейно изменяющегося напряжения одноканальна, то очевидно, что величина tоу17вкл не изменяется от импульса сброса к импульсу сброса, как не изменяются и параметры время-задающей RC-цепи интегратора канала 4.
Исходя из изложенного схема предлагаемого преобразователя имеет следующие особенности: одноканальную схему построения, включающую один канал формирования линейно изменяющегося напряжения с одной схемой сброса и одной схемой переключения режимов работы, а также одним источником эталонного напряжения Uэт > 0; использование в качестве схемы формирования и считывания выходного сигнала электронного переключателя, состоящего из одного электронного ключа, открываемого на время, равное малой длительности импульса считывания (τсчит<< Тх), один раз за интервал Тх, т. е. с удвоенной частотой по отношению к частоте входного аналогового сигнала; использование интегратора единственного канала в двух чередующихся режимах: генерирования линейно изменяющегося напряжения и сброса; разделение функций генерирования линейно изменяющегося напряжения и аналоговой памяти между интегратором канала и элементом аналоговой памяти на конденсаторе с повторителем с высокоомным входом и низкоомным выходом; установку при сбросе максимально возможных условий; сброс интегратора канала один раз за один преобразуемый интервал Тх (с удвоенной частотой по отношению к частоте входного аналогового сигнала); использование в составе формирователя управляющих сигналов формирователя скачкообразно изменяющегося напряжения со схемой компенсации временных искажений и одного формирователя импульсов сброса малой длительности; отсутствие временных искажений у преобразуемых интервалов времени по сравнению с соответствующими интервалами Тх+(-)х+(-) = Тх+(-)), где Тх+(-) - интервал времени, когда выходной аналоговый сигнал положителен (отрицателен); использование для управления работой преобразователя всего двух управляющих сигналов малой длительности, импульса считывания и импульса сброса; использование для формирования выходного постоянного напряжения не только положительной, но и отрицательной части диапазона изменения выходного напряжения операционного усилителя интегратора канала.
Отсюда следует, что заявляемый преобразователь может как и устройство-прототип преобразовывать и постоянные, и переменные интервалы времени, имеет более простую одноканальную электрическую схему по сравнению со всеми двухканальными преобразователями интервалов времени в постоянное напряжение и обеспечивает такую же, как у прототипа удвоенную частоту преобразования. При этом устранены недостатки, присущие всем двухканальным преобразователям. При преобразовании интервалов времени в постоянное напряжение отсутствуют составляющие динамических погрешностей преобразования и порождаемые ими помехи (шумы преобразования) в выходном сигнале, обусловленные двухканальными схемами преобразователей, остаточным дисбалансом каналов формирования линейно изменяющихся напряжений, длительностей импульсов сброса и схем сброса. Легко устранимы с помощью схемы компенсации временных искажений составляющие динамические погрешности преобразования и порождаемые ими помехи (шумы преобразования) в выходном сигнале, обусловленные временными искажениями при формировании скачкообразно изменяющегося напряжения (П-импульсов).
Преобразователь характеризуется высоким коэффициентом использования диапазона изменения выходного напряжения интегратора канала
0,5 < εu= (Uхмакс - Uхмин)(Uвых(+) - Uвых(-)) < 1,
как следствие, обладает расширенным рабочим диапазоном изменения преобразуемых интервалов времени:
0 < Tx < 1 . RC (Uвых(+) - Uвых(-))Uэт,
а также возможностью изменения крутизны преобразования, соответствующей скорости изменения линейно изменяющегося напряжения U28(t):
S = UTx = URC = (U281 (t)t) ,
за счет изменения сопротивления 15 в RC-цепи интегратора канала без каких-либо последующих регулировок, что дает возможность согласования сигнала на входе преобразователей напряжение-интервал времени (с аналогичным каналом формирования линейно изменяющегося напряжения) с выходным сигналом преобразователей интервал времени - постоянное напряжение. Просты настройка и регулировка схемы преобразователя, сводящиеся к компенсации временных искажений в формирователе скачкообразно изменяющегося напряжения с помощью дифференциальной регулировки длительностей импульсов, вырабатываемых формирователями 9, 10 схемы компенсации временных искажений, по исчезновению шумов преобразования в выходном сигнале при визуальном контроле его по осциллограмме. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 782143, кл. Н 03 К 9/06, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР N 1427569, кл. Н 03 М 1/50, 1985.
Формула изобретения: ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователь управляющих сигналов, вход которого является входной шиной, а первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно канала формирования линейно изменяющегося напряжения и схемы формирования и считывания выходного сигнала, информационный вход которой соединен с выходом канала формирования линейно изменяющегося напряжения, содержащего источник эталонного напряжения, схему переключения режимов и интегратор со схемой сброса, выход которого является выходом канала линейно изменяющегося напряжения, управляющим входом которого является управляющий вход интегратора со схемой сброса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования при расширении диапазона изменения временных интервалов, в него введены элемент аналоговой памяти и повторитель с высокоомным входом и низкоомным выходом, выход которого является выходной шиной, а вход соединен с выходом элемента аналоговой памяти, вход которого соединен с выходом схемы формирования и считывания выходного сигнала, при этом формирователь управляющих сигналов выполнен на формирователе скачкообразно изменяющегося напряжения, формирователе импульсов сброса малой длительности, формирователе положительных импульсов считывания малой длительности и схеме компенсации временных искажений, содержащей элемент 2ИЛИ - НЕ и два формирователя одиночных положительных импульсов с дифференциальной регулировкой длительности, входы которых объединены и соединены с выходом формирователя скачкообразно изменяющегося напряжения, вход которого является входом формирователя управляющих сигналов, а выходы формирователей одиночных положительных импульсов с дифференциальной регулировкой длительности соединены с соответствующими входами элемента 2ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с входом формирователя положительных импульсов считывания малой длительности, выход которого соединен с входом формирователя импульсов сброса, выход которого и выход формирователя положительных импульсов считывания малой длительности являются соответственно первым и вторым выходами формирователя управляющих сигналов, причем в канал формирования линейно изменяющегося напряжения введены источник стабилизированного напряжения и резистор с постоянным сопротивлением, схема переключения режимов работы выполнена на транзисторе, интегратор со схемой сброса выполнен на операционном усилителе, конденсаторе, резисторе с переменным сопротивлением, динисторе и тринисторе, управляющий электрод которого и база транзистора соединены с первым выводом резистора с постоянным сопротивлением и является входом управления интегратора со схемой сброса, второй вывод резистора с постоянным сопротивлением и анод тринистора соединены с соответствующими выводами источника разнополярного стабилизированного напряжения, а катод тринистора и эмиттер транзистора соединены с первым выводом конденсатора, второй вывод которого объединен с анодом динистора, первым и вторым выводами резистора с переменным сопротивлением и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является шиной нулевого потенциала, а выход, объединенный с коллектором транзистора, является выходом интегратора со схемой сброса, причем катод динистора является шиной нулевого потенциала, а третий вывод резистора с переменным сопротивлением соединен с выходом источника эталонного напряжения.