CS268017B1

CS268017B1 - Connection of voltage-to-frequency converter

Info

Publication number: CS268017B1
Application number: CS874941A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Nalevka
Original assignee: Nalevka Zdenek
Priority date: 1987-07-01
Filing date: 1987-07-01
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CS494187A1

Abstract

Řešeni Je z oboru převodu analogové ho signálu na signál diskrétní a týká se převodníku napěti na kmitočet. Podstata zapojeni spočívá ve využití dvou tranzistorových spínačů, která ve spojeni s vyváženým obvodem zpětnovazebního integrá toru a komparátorů umožňují dosáhnout lineárního převodu napětí na kmitočet při vysoké teplotní stabilitě a linearitě převodu a širokém dynamickém rozsahu převodu, Zapojení Je možné využít zejména u analogově - číslicových převodníků a galvanickým oddělením nebo v oboru teleme trie.Solution Is from the field of analog conversion signal to a discrete signal and concerns voltage to frequency converter. Essence involved is the use of two transistor switches that in conjunction with balanced feedback integrated circuit and comparators make it possible to achieve linearity converting voltage to frequency at high temperature stability and linearity transmission and wide dynamic range, Involvement It is possible to use especially for analog-to-digital converters a galvanic separation or in the calf field trie.

Description

Vynález se týká zapojeni převodníku napětí na kmitočet pro aplikace, ve kterých jo poiadována vysoká linearita a teplotní stabilita převodu. Těchto převodníků se často používá pro účely telemetric, kdy analogový signál je přeměněn ne kmitočet a v této formě přenášen přes spojovací vedení na místo určení. Dlnou aplikací je využití jako zvláštní druh analogově - číslicových převodníků, které ke své činnosti nepotřebují žádné řídící signály nebo u kterých se vyžaduje jednoduchá možnost galvanického oddělení vstupu a výstupu.The invention relates to the connection of a voltage-to-frequency converter for applications in which high linearity and thermal stability of the transmission are required. These transducers are often used for telemetric purposes, where the analog signal is converted to no frequency and in this form transmitted over a connecting line to a destination. A long application is the use as a special type of analog - digital converters, which do not need any control signals for their operation or for which a simple possibility of galvanic separation of input and output is required.

Dosud používaná zapojení převodníků napětí na kmitočet pracují bu3 na principu nulování integračního kondenzátorú po dosažení koaparaínl úrovni nebo na principu vyrovnáváni náboje v nabíjecím a vybíjecím cyklu Integračního kondenzátorú, případně na principu vnějěího řízení doby sepnutí vyrovnávacího normálového proudu. Nevýhodou převodníků pracujících na principu nulování integračního kondenzátorú je omezená linearita převodu v širším kmitočtovém pásmu zapříčiněná principiálně nutnou, nenulovou dobou vybíjení integračního kondenzátoru. Nevýhodou známých zapojení pracujících na principu vyrovnávání náboje je buč omezená teplotní stabilita obvodu v důsledku omezené teplotní stability zdroje referenčního proudu, která je způsobené obvykle teplotní nestabilitou tranzistoru ve zdroji normálového proudu, nebo nadměrná složitost obvodu. Nevýhodou převodníků s vnějším řízením doby sepnutí vyrovnávacího normálového proudu Je, že ke své činnosti potřebují zdroj hodinových impulsů. Společnou nevýhodou dosud známých převodníků napětí na kmitočet jo nesnadná úprava konkrétního zapojení při přechodu na vstupní signálové napětí opačné polarity.The connections of voltage-to-frequency converters used so far work either on the principle of zeroing the integration capacitor after reaching the coaparain level or on the principle of charge balancing in the charging and discharging cycle of the Integration capacitor, or on the principle of external control of the switching current of the balancing normal current. The disadvantage of converters operating on the principle of zeroing the integration capacitor is the limited linearity of the transmission in a wider frequency band caused by the fundamentally necessary, non-zero discharge time of the integration capacitor. A disadvantage of known charge balancing circuits is either limited thermal stability of the circuit due to limited thermal stability of the reference current source, which is usually caused by thermal instability of the transistor in the normal current source, or excessive circuit complexity. The disadvantage of converters with external control of the switching current of the balancing normal current is that they need a source of clock pulses for their operation. A common disadvantage of the hitherto known voltage-to-frequency converters is the difficult adjustment of a specific connection during the transition to the input signal voltage of opposite polarity.

Uvedené nevýhody Jsou ne minimum enlžeůy v zapojení převodníku na kmitočet podle vynálezu,' Jehož podstata spočívá v tom, že první p<51 zdroje signálového napětí Je připojen přes první odpor do ínver tuj í cí ho vstupu zpě tnovs zebního integrátoru. Jehož ne inver tuj í cl vstup Je připojen ne společný signální vodič e současně , že první pil zdroje signálového napětí Je připojen ne Jeden konec odporového děliče. Jehož dělicí odbočko je připojeno k neinvertujícímu vstupu komporátoru, přičemž druhý konec odporového děliče je připojen ne společný signální vodič, ne který Je také připojen druhý púl zdroje signálového napětí, dále, že výstup Integrátoru je připojen přes druhý odpor do invertujícího vetupu komporátoru, který Je součesně připojen přes třetí odpor no kolektor prvního trenzietorového spíneče, Jehož báze Je připojeno ne první vývod budtdího obvodu a Jehož emitor je připojen ne první púl prvního zdroje referenčního nepětí, jehož druhý pil je připojen na epolečný eignálnl vodič, dále, že invertující vstup zpětnovazebního Integrátoru Je, kromě propojení s Jedním vývodem prvního odporu, rovněž připojen přoe čtvrtý odpor ne kolektgr druhého trenzletorového spíneče, Jehož báze Jo připojena na íruhý vývod budicího obvodu a Jehož emitor je připojen ne první pil druhého zdroje referenčního nepětí, Jehož druhý pil jo připojen ne epolečný eignálnl vodič, e dále, že třetí vývod budicího obvodu je připojen ne výstup komporátoru.These disadvantages are not the least in the connection of the frequency converter according to the invention, the essence of which consists in the fact that the first signal voltage source is connected via a first resistor to the inverting input of the return integrator. The non-inverting cl input is connected to a common signal wire at the same time that the first saw of the signal voltage source is connected to one end of the resistor divider. The splitter of which is connected to the non-inverting input of the combiner, the other end of the resistive divider being connected to a common signal conductor other than the second pole of the signal voltage source, further to the Integrator output being connected via a second resistor to the inverting input of the connected simultaneously via a third resistor to the collector of the first trensor switch, the base of which is connected to the first terminal of the budt circuit and whose emitter is connected to the first pole of the first reference voltage source, the second saw of which is connected to the epolar signal conductor, further inverting In addition to the connection to one terminal of the first resistor, it is also connected to the fourth resistor of the second trenzletor switch, the base of which is connected to the second terminal of the excitation circuit and whose emitter is connected to the first saw of the second reference voltage source. eignal conductor, e further that the third terminal of the excitation circuit is p connected to the output of the combinor.

Výhodou zepojení převodníku ne kmitočet podle vynálezu je velký dynamický rozeah a linearita převodu, neboř operační zeeilovač ve zpětnovazebním Integrátoru může pracovat až do mezní rychlosti přeběhu zvoleného typu operečního zeellovečo v obou precovních cyklech, eniž by došlo k nerušení přesnosti převodu, Oelší výhodou je vyeoká teplotní stebillte obvodu, neboř oba transistory pracují ve spínacím režimu, nemohou tedy vnášet dodetečné teplotní nestebllity typický pro lineární zdroje normálového proudu, pro dosežoni vysoké teplotní stability Je přitom postačující použít Jako zdroj referenčního napětí kladnou a zápornou vétev symetrického napájecího napětí operačních zesilovačů, které využíThe advantage of connecting the converter to the frequency according to the invention is the large dynamic distribution and linearity of the conversion, because the operational amplifier in the feedback integrator can operate up to the limit of the selected type of operational cell in both precision cycles, which would not disturb the accuracy of the conversion. circuit, because both transistors operate in switching mode, so they cannot introduce additional temperature instabilities typical of linear sources of normal current, for high temperature stability.

CS 26Θ 017 Bl vá běžného monolitického stabilizátoru v jedné vétvi a vlečné regulace v druhé větvi. Výhodou zapojení převodníku napětí na kmitočet podle vynálezu Jo také jednoduchý přechod zo zpracování vstupního signálového napětí jedné polarity na vstupní signálové napětí o pa čně polarity a naopak.EN 26Θ 017 Bl of a conventional monolithic stabilizer in one branch and a trailing control in the other branch. The advantage of connecting a voltage-to-frequency converter according to the invention is also a simple transition from the processing of the input signal voltage of one polarity to the input signal voltage of polar polarity and vice versa.

Na výkresu Je ne obr. 1 schematicky znázorněno příkladné provedení zapojení podle vynálezu pro kladné vstupní signálové napětí. Na obr. 2 ja uvedeno zapojení pro vstupní signálové napětí záporné.’ 'In the drawing, FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a circuit according to the invention for a positive input signal voltage. Fig. 2 shows the connection for the negative input signal voltage.

Konkrétní provedení podle obr, 1 sestává zo zdroje 1 signálového napětí, jehož kladný pól je připojen přes první odpor 2 do inve r tu j í c í ho vstupu 31 zpětnovazebního Integrátoru 3, Jehož ne inve rtuj í cí vstup 32 je připojen na společný signální vodič, přičemž současně je kladný pól zdroje signálového napětí připojen na jeden konec 41 odporového děliče £, Jehož dělicí odbočka Je připojena k ne Invertuj í čímu vetupu 51 komparátoru 5 a druhý konec 43 odporového děliče 4 Je připojen na společný signální vodič, na který je též připojen záporný pól zdroje £ eignálového napětí. Výstup 33 integrátoru 3 Je připojen přes druhý odpor 6 do invertujíčího vetupu 52 komparétoru 5, přičemž tento vstup jo současně připojen přes třetí odpor 7 na kolektor prvního tranziatorového apínače 8 typu PNP, jehož báze je připojena na první vývod 91 budicího obvodu 9 a Jehož emitor Je připojen na kladný pól prvního zdroje 10 referenčního napětí. Záporný pól zdroje 10 referenčního napětí Je připojen na epolečný signální vodič a invertující vatup 31 zpětnovazebního integrátoru 3 Je, kromě propojení e Jedním vývodem prvního odporu 2, rovněž připojen přes čtvrtý odpor 11 na kolektor druhého tranzistorového spínače 12 typu NPN, Jehož báze Je připojena na druhý vývod 92 budicího obvodu 9 a jehož emitor Je připojen na záporný pól druhého zdroje 13 referenčního napětí, jehož kledný pól je připojen na společný signální vodič. Třetí vývod 93 budicího obvodu 9 je připojen na výstup 53 komparátoru 5. Mezi bázi a emitor prvního tranzistorového spínače B je připojen pátý odpor 14 a mezi bázi a emitor druhého tranzistorového spínače 12 Je připojen ěeatý odpor £5. Mezi ne inve r t u J í c í vatup 51 komparátoru 5 a výatup 53 komparátoru 5 je zapojen sériový RC - člen 16. Na obr. 2 Je varianta zapojení pro záporné vstupní signálové napětí. Toto provedení se liěí od provedení na obr. 1 Jen záměnou bodů připojení kolektorů prvního a druhého tranzistorového spínače 8, 12,The specific embodiment according to Fig. 1 consists of a signal voltage source 1, the positive pole of which is connected via a first resistor 2 to the inverting input 31 of the feedback integrator 3, the non-inverting input 32 of which is connected to a common signal conductor, at the same time the positive pole of the signal voltage source is connected to one end 41 of the resistive divider 6, the dividing branch of which is connected to the inverting input 51 of the comparator 5 and the other end 43 of the resistive divider 4 is connected to a common signal conductor. the negative pole of the signal voltage source is also connected. The output 33 of the integrator 3 is connected via a second resistor 6 to the inverting input 52 of the comparator 5, this input being simultaneously connected via a third resistor 7 to the collector of the first PNP transistor switch 8, the base of which is connected to the first terminal 91 of the exciter circuit 9. It is connected to the positive pole of the first reference voltage source 10. The negative pole of the reference voltage source 10 is connected to the epolithic signal wire and inverting input 31 of the feedback integrator 3. It is, in addition to connecting one terminal of the first resistor 2, also connected via a fourth resistor 11 to the collector of the second NPN transistor switch 12. the second terminal 92 of the excitation circuit 9 and whose emitter is connected to the negative pole of the second reference voltage source 13, the positive pole of which is connected to a common signal conductor. The third terminal 93 of the excitation circuit 9 is connected to the output 53 of the comparator 5. A fifth resistor 14 is connected between the base and the emitter of the first transistor switch B. and a resistor 5 is connected between the base and the emitter of the second transistor switch 12. A serial RC member 16 is connected between the non-inverting input 51 of the comparator 5 and the output 53 of the comparator 5. Fig. 2 shows a connection variant for the negative input signal voltage. This embodiment differs from the embodiment in Fig. 1 only by exchanging the connection points of the collectors of the first and second transistor switches 8, 12,

Funkce obvodu podle obr, 1 Je náeledující. Kladné vstupní signálové napětí Je přes odporový dělič 4 přivedeno na ne 1 nve r t u j í c í vatup komparátoru 5 a současně přes první odpor 2 do inve r tu J í c í ho vstupu zpětnovazebního Integrátoru 3. Výstup komparátoru 5 Je v kladné saturaci a přes budicí obvod 9 udržuje druhý tranzistorový spínač 12 sepnut a první tranzistorový spínač 8 rozepnut. Napětí na výstupu integrátoru se pohybuje na vzestupné části pily směrem ke kladnějším hodnotám napětí. V okamžiku dosažení hodnoty, která Je na neInvertuJicim vstupu komparátoru 5, dojde k překlopeni komparátoru 5 do záporné saturace a přes budicí obvod 9 k sepnutí prvního tranziatorového spínače Θ a rozepnutí druhého tranzistorového spínače 12. Následkem toho dojde k obrácení eměru integrece, při kterém se napětí na výstupu integrátoru 3 pohybuje ne sestupné části pily směrem k zápornějším hodnotám napětí. Tato opačná Integrace Jistou dobu trvá, nebol překlápěcí napětí komparátoru 5 Je nyní posunuto vložením kladného referenčního napětí přes sepnutý první tranzistorový spínač Θ a přes třetí odpor 7 na invertující vstup komparátoru 5, V okamžiku, kdy pří klesajícím napětí na výstupu integrátoru 3 dojde ke shodě napětí na obou vstupech komparátoru 5, dojde ke zpětnému překlopení komparátoru 5 do kladné saturace a celý pochod se opakuje. Pátý odpor 14 a šestý odpor 15 pouze urychluje uzavírání obou tranzistorových spínačů 8, £2. Sériový RC - člen 16 urychluje překlápěni komparátoru tak, že umožňuje na tomto místě použit 1 relativně méně rychlých opeThe function of the circuit according to Fig. 1 is as follows. Positive input signal voltage It is fed via a resistive divider 4 to the input 1 of the comparator 5 and at the same time via the first resistor 2 to the input input of the feedback integrator 3. The output of the comparator 5 is in positive saturation and via the excitation circuit 9 keeps the second transistor switch 12 closed and the first transistor switch 8 open. The voltage at the output of the integrator moves on the ascending part of the saw towards more positive voltage values. When the value is reached at the non-inverting input of the comparator 5, the comparator 5 is flipped to negative saturation and the first transistor switch Θ is closed via the excitation circuit 9 and the second transistor switch 12 is opened. the voltage at the output of the integrator 3 moves the non-descending parts of the saw towards more negative voltage values. This opposite integration lasts for some time, the switching voltage of comparator 5 is now shifted by inserting a positive reference voltage through the closed first transistor switch Θ and through the third resistor 7 to the inverting input of comparator 5. At the moment when voltage at both inputs of the comparator 5, the comparator 5 is flipped back to positive saturation and the whole process is repeated. The fifth resistor 14 and the sixth resistor 15 only accelerate the closing of the two transistor switches 8, £ 2. The serial RC member 16 speeds up the tilting of the comparator so that it allows the use of 1 relatively less fast ope at this point.

CS 260 017 01 3 řečních zesilovačů. Označíme-li odpory v obr. 1 příslušnými Indexy, pak za předpokladu rovnosti ^R41 * ^R43 ^R43 ^R11C ^R11 “ ^R7(2) a R₆ - A . R₇(3) kde A volíme z podmínky A , ^SAT. KOMPARÁTORU, můžeme pro výstupní kmitočet překlápění komparátoru odvodit vztah kde C je zpětnovazební kapacita integrátoru.CS 260 017 01 3 speech amplifiers. If we denote the resistances in Fig. 1 by the appropriate Indices, then assuming equality ^R 41 * ^R 43 ^R 43 ^R 11C ^R 11 “ ^R 7 (2) and R ₆ - A. R ₇ (3) where A is chosen from the condition A, ^ SAT. OF THE COMPARATOR, we can derive the relation where C is the feedback capacity of the integrator for the output frequency of the comparator flip.

Tento vzteh dokumentuje lineární závislost výstupního opekovacího kmitočtu komparátoru na vstupním signálovém napětí U$.This relationship documents the linear dependence of the output toasting frequency of the comparator on the input signal voltage U $.

Funkce zepojení podle obr. 2 je analogická.The connection function according to Fig. 2 is analogous.

Při praktickém využití může být Část odporového děliče 4 a čáat odporu 6 tvořena trlmrom, kterým ae nastaví rovnosti (1) a (2 J. při nastavení je vhodné postupovat tak, že trlmovací čáatí druhého odporu 6 se nejprve nastaví požadovaná strmost převodní charakteristiky na zlomku, např, na 1/10 vstupního napěťového rozsahu a trlmovací částí odporového děliče 4 se nastaví maximální výstupní kmitočet při maximálním vstupním napětí. Druhý odpor 6 je vhodné volit dostatečně veliký - řádově k “ pro ^ze“ jištění stability zpětnovazebního Integrátoru. Při návrhu obvodu se rovněž kontroluje správná polarita kolektorového napětí tranzistoru připojeného k třetímu odporu 7 podle vztahuIn practical use, the part of the resistance divider 4 and the parts of the resistor 6 may be formed by a trimmer by which ae sets the equations (1) and (2 J.) , e.g., about 1/10 of the input voltage range and the resistive divider trlmovací portion 4 sets the maximum output frequency at maximum input voltage. the second resistor 6 should be chosen sufficiently large - on the order of k "for ^the" protection of the stability of the feedback integrator. when designing a circuit, also checks the correct polarity of the collector voltage of the transistor connected to the third resistor 7 according to the relation

Vynález může gového signálu, u být využit v zařízeních, kdo ae vyžaduje galvanické oddělení analoanalogovš číslicových převodníků a v oboru talemetrle.The invention can be used in devices which require galvanic separation of analog-to-digital converters and in the field of talemetrle.

Claims

P R ε 0 Μ £ T OF THE INVENTION

1. Connection of a voltage-to-frequency converter and an integrator and a comparator, characterized in that the first pole of the signal voltage source (1) is connected via a first resistor (2) to the inverting input (31) of the feedback integrator (3). ) It is connected to a common signal wire and at the same time, the first pole of the signal voltage source (1) is connected to One end (41) of a resistive divider (4), whose dividing branch (42) Jo is connected to the non-inverting input (51) of the comparator (5) , wherein the other end (43) of the resistor divider (4) is connected to a common signal conductor, to which the second pole of the signal voltage source is also connected, the output (33) of the Integrator (3) being connected via a second resistor (6) to the inverting input. (52) a combiner (5) which is simultaneously connected via a third resistor (7) to the collector of the first transistor switch (8), the base of which is connected to the first terminal (91) of the excitation circuit (9) and whose emitter is connected to the first pole the first reference voltage source (10), ih The second pole is connected to a common signal wire, while the inverting input (31) of the feedback integrator (3) is connected by One terminal of the first resistor (2) and connected by a fourth resistor (11) to the collector of the second transistor switch (12). The base of which is connected to the second terminal (92) of the excitation circuit (9) and whose emitter is connected not to the first pole of the second reference voltage source (13), the second pole of which is connected to the half signal conductor, the third terminal (93) of the excitation circuit. 9 is connected to the output (53) of the comparator (5).

2. A circuit according to claim 1, characterized in that a fifth resistor (14) is connected between the base and the emitter of the first triple switch (8) and a sixth resistor (15) is connected between the base and the emitter of the second triple switch (12).

3. A connection according to claim 1 and 2, characterized in that the comparator (5) and the output (53) of the comparator are arranged in that a serial RC element (16) is connected between the non-inverting input (51) and (5).