CS268039B1 - Přesný číslicově kmitočtový převodník - Google Patents

Abstract

Zapojeni ee týká přesného číslicové kmitočtového převodníku. Podstatou řeéani Je, že vstupní kódové kombinace odpovídající převáděnému číslu ee přivádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku, z Jehož přímého proudového výstupu Je nabíjen kapacltor zapojený ve zpětné vazbě operačnlho zesilovače. Oakmile výstupní napětí operačního zesilovače dosáhne komparačního napěti přiváděného na invertujici vstup komparátoru, připraví se číslicový obvod k činnosti. Vlastní aktivace číslicového obvodu vSak nastane až po příchodu zvolené hrany signálu o referenčním kmitočtu, který Je přiváděn na hodinový vstup tohoto obvodu, číslicový obvod vydá Impuls přesně definované délky odvozené od referenčího kmitočtu. Po dobu trváni impulsu Je sepnut elektronický aplnač a kapacitorem teče navic vybíjecí proud ze zdroje referenčního proudu. Celý děj ee neustále opakuje, přičemž kmitočet impulsů na výstupní svorce přesného číslicově kmitočtového převodníku Je přímo úměrný kódové kombinaci přivé děné na číslicový vstup číslicově analogového převodníku. Blokovací signál přiváděný ne blokovací vstup číslicového obvodu slouží k zablokováni druhého výetupu čislicovéo obvodu v případě, kdy na číslicový vstup číslicově analogového převodníku Je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Zapojeni mé obecné využiti pro přístrojové a průmyslové aplikace β vysokými nároky na přesnost převodu čísla na kmitočet. Zejména Je zapojení vhodné pro konstrukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízeni krokových motorů.

Description

Vynález ee týká přesného číslicová kmitočtového převodníku.

Je známo několik způsobů převodu číela na kmitočet. U prvního z nich se převede vstupní kódová kombinace odpovídající dekadickému číslu na napětí v číslicově analogovém převodníku a potom se toto napětí převede na kmitočet v převodníku napětí na kmitočet .

Nevýhodou tohoto uspořádání je obvodová složitost a cenová náročnost. Číslicově analogové převodníky jsou totiž obvykle konstruovány s přepínanými zdroji proudu, například převodníky ča. produkce MDAC08, MDAC565 , M0AC566 a je zapotřebí převést jejich výstupní proud na napětí připojeným operačním zesilovačem. Výstupní napětí převodníku je potom nutno dále zpracovat v převodníku napětí na kmitočet.

Druhý způsob převodu čísla na kmitočet umožňuji kmitočtové syntezátory, V současné době se nejčastěji užívají syntezátory se smyčkou fázového závěsu, které sestávají ze zdroje referenčního kmitočtu, programovatelného děliče kmitočtu, napětím řízeného oscilátoru, fázově kmitočtového detektoru a popřípadě ještě z výstupního děliče kmitočtu.

Nevýhodou tohoto uspořádání je také obvodová složitost a cenová náročnost.

Jednoduché a cenově nenáročné je jiné uspořádáni převodníku, které využívá nabíjení kapacitoru v integrátoru z proudového výstupu číslicově analogového převodníku. Výstupní napětí integrátoru se srovnává v komparátoru s komparační úrovni, Po dosažení komparační úrovně je k rezistoru zapojenému do sčítaciho bodu integrátoru připojen po definovanou dobu určenou časovou konstantou monostabilního klopného obvodu zdroj referenčního napětí, čímž dojde k vybíjení integračního kapacitoru. Podobné uspořádání využívá k vybíjení Integračního kapacitoru zdroje referenčního proudu.

Společnou nevýhodou obou uspořádání je okolnost, že přesnost převodu závisí na citlivosti komparátoru, který určuje okamžik aktivace monostabilního klopného obvodu a na stabilitě časové konstanty tohoto monostabilního klopného obvodu.

Lepších výsledků se dosahuje u zapojení převodníku čísla na kmitočet podobné koncepce Jako v předchozím, u kterého je doba vybíjeni kapacitoru odvozena z oscilátoru řízeného krystalem.

Nevýhodou tohoto uspořádání je okolnost, že vybíjení kapacitoru ee děje tak, že k rezistoru zapojenému do sčítaciho bodu integrátoru je pomocí elektronického spínače připojen po určitou dobu zdroj referenčního napětí. Proto se v plné míře uplatni nenulový odpor sepnutého elektronického spínače a závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a okolní teplotě. Navíc při použiti diodového spínače je dále zapotřebí kompenzovat tzv. prahové napětí diod. Teplotní závislost prahového napětí diod se však obvykle beze zbytku vykompenzovat nedá. Stejně tak se pří použiti tranzistorových spínačů nedá zcela vykompenzovat teplotní závislost odporu sepnutého spínače.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení přesného číslicově kmitočtového převodníku, jehož podstatou je, že vstupní kódové kombinace, odpovídající převáděnému číslu, se přivádí na čialicový vstup číslicově analogového převodníku, jehož přímý proudový výstup je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače. Přitom mezi invertující vstup operačního zesilovače a společný vodič Je připojena sériová kombinace zdroje referenčního proudu a elektronického spínače a mezí invertující vstup operačního zesilovače a Jeho výstup je zapojen kapacitor. Nainvertujíci vstup operačního zesilovače Je spojen se společným vodičem a jeho výstup potom s neinvertujicím vstupem komparátoru. Mezí invertujici vstup komparátoru a společný vodič je připojen zdroj komparačního napětí. Výstup komparátoru je zaveden na vstup číslicového obvodu. Na hodinový vstup čislicového obvodu Je přiveden signál o referenčním kmitočtu a na Jeho blokovací vstup pak blokovací signál vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. Prvni výstup číslicového obvodu je spojen s řídicím vstupem elektronického spínače a druhý vystup s výstupní svorkou přenosného číslicově kmitočtového převodníku.

Výhodou zapojeni přesného číslicově kmitočtového převodníku je jednoduchost zaCS 26Θ 039 Bl pojeni e vysoká přesnost převodu. V daném případě nedochází ke snižováni přesnosti v důsledku mezipřevodu výstupního proudu číslicově analogového převodníku na napětí a jeho následnému převodu na kmitočet, protože výstupní proud číslicově analogového převodníku se převede přímo na kmitočet. Výhodné je, že na přeenoat převodu nemá vliv citlivost komperátoru ani stabilita časové konstanty monostabilního klopného obvodu, které určuje dobu, po kterou ae bude kapecitor ve zpětné vazbě operačního zesilovače vybíjet. Doba vybíjeni Je totiž odvozena od signálu o referenčním kmitočtu, který se přivádí na hodinový vstup číslicového obvodu. Další výhodouje, že se v něm neuplatňují nežádoucí vlastnosti elektronického spínače v sepnutém stavu jako je konečný odpor sepnutého epinače a Jeho teplotní závislost, protože z hlediska spínání proudu příliš na těchto reálných vlastnostech spínače nezáleží. Elektronický spínač proto lze realizovat velmi jednoduše pomocí dvou diod, přičemž není zapotřebí uvažovat Jejich zbytkový odpor v sepnutém stavu ani jejich prahové napěti a Jeho teplotní závislost.

Vynález je v dalším bliže popsán podle připojeného výkresu, na kterém je znázorněno příkladné provedení přesného číslicově kmitočtového převodníku.

Vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se přivádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku JL. Přímý proudový výstup číslicově analogového převodníku 1 Je spojen e invertujíclm vstupem operačního zesilovače 5. Mezi invertujici vstup operačního zesilovače 5 a společný vodič je připojena sériová kombinace zdroje 2 referenčního proudu a elektronického spínače 3. Mezi invertujici vstup operačního zesilovače 5 a jeho výstup je zapojen kapacitor 4, přičemž neinvertujici vstup operačního zesilovače 5. je spojen se společným vodičem 6 a jeho výetup potom s neinvertujícím vstupem komparátoru 8. Přitom mezi invertujici vstup komparátoru B a společný vodič 6 je připojen zdroj 7 komparačního napěti a výetup komparátoru 8 Je zaveden ne vstup číslicového obvodu 9. Na hodinový vstup číslicového obvodu 9 Je přiveden signál o referenčním kmitočtu a na blokovací vstup potom blokovací signál, vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. První výstup číslicového obvodu 9 je spojen a řídicím vstupem elektronického spínače 3 a druhý výetup a výstupní svorkou 10 přesného číslicově kmitočtového převodníku.

V činnosti se na číslicový vstup číslicově analogového převodníku £ přivede kódová kombinace 0 odpovídající převáděnému číslu. Použijeme-li příkladně pro realizaci přesného číslicově kmitočtového převodníku podle vynálezu dvanáctibitový binární číslicově analogový převodník, poteče z přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku i proud

Σ12- ! 4096 kde Djq je dekadický ekvivalent dvanáctlbitového binárního čísla z intervalu celých čísel 0 až 4095 a I_Q Je vnitřní referenční proud číslicově analogového převodníku V případě, že elektronický spínač 3 je rozpojen, nabíjí ae tímto proudem kapacitor 4. Výetupní napěti operačniho zesilovače 5 je sledováno komparátorem 8, který se překlopí v tom okamžiku, kdy výstupní napětí operačního zesilovače 5 dosáhne komparační úrovně dané zdrojem 7 komparačního napěti. Tím se připravi číslicový obvod 9 k činnosti. Vlastni aktivace číslicového obvodu 9 však nastane až po příchodu zvolené hrany signálu o referenčním kmitočtu £ , který Je přiváděn na hodinový vstup tohoto obvodu. Číslicový obvod vydá impuls přesně definované délky t_f odvozené od referenčního kmitočtu £ . Impuls je k dispozici jak na prvním, tak i na druhém výstupu číslicového obvodu 9. Po dobu trváni impulsu je sepnut elektronický spínač 3 a kapacltoram 4 teče navíc vybíjecí proud L_r ze zdroje 2 referenčního proudu. Proces nabíjeni a vybíjení kapacitoru 4 ae periodicky opakuje, přičemž kmitočet impulsů ne prvním i druhém výstupu číslicového obvodu 9 Je dán vztahem

I --------2-------- 0 , 4096 I t

CS 286 039 01 kde význam jednotlivých veličin je shodný jako v předchozím. Proto na výstupní svorce 10 přesného číslicově kmitočtového převodníku můžeme odebírat pravoúhlé impuley s kmitočtem f přímo úměrným dekadickému ekvivalentu kódové kombinace 0.

Poněkud složitější způsob generování Impulsu v číslicovém obvodě 9 je dán tím, že z důvodu vysoké přesnosti převodu je délka impulsu odvozena z referenčního kmitočtu f , který je dodáván z blíže neznázorněného krystalem řízeného oscilátoru. Okamžitý kmitočet výstupního signálu přesného číslicově kmitočtového převodníku není z tohoto důvodu zcela přesně úměrný vstupní kódové kombinaci. V kapacitoru 4 je však chyba každého převodu zapamatována a jakmile dojde k nahromadění chyby nad určitou mez, je převodníkem provedena oprava výstupního kmitočtu. V průběhu delšího časového intervalu je proto převod čísla na kmitočet velmi přesný. Běžně lze na tomto principu realizovat 12-bitové a vícebitové číslicově kmitočtové převodníky.

Blokovací signál B přiváděný na blokovací vstup číslicového obvodu 9, generovaný v blíže neznázorněných obvodech, slouží k zablokování druhého výstupu číslicového obvodu 3 v případě, kdy na číslicový vstup číslicově analogového převodníku £ Je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Blokovací signál se využívá pouze při vyěších nárocích na stabilitu nuly výstupního kmitočtu.

Přesný číslicově kmitočtový převodník podle vynálezu má obecné využiti e je ho možno s výhodou aplikovat všude tam, kde je zapotřebí velmi přesný převod čísla na kmitočet. Zejména lze přesný číslicově kmitočtový převodník podle vynálezu využít pro pří’ strojové a průmyslové aplikace, například pro konstrukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízeni krokových motorů.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Přesný číslicově kmitočtový převodník, vyznačující se tím, že výstup kódové kombinace, odpovídající převáděnému číslu, je připojen na číslicový vstup číslicově analogového převodníku (1), jehož přímý proudový výstup je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače (5), kde mezi invertující vstup operačního zesilovače (5) a apolečný vodič (6) je připojena sériová kombinace zdroje (2) referenčního proudu a elektronického spínače (3) a mezi invertující vstup operačního zesilovače (5) a jeho výstup je zapojen kapacitor (4), přičemž neinvertujlcí vstup operačního zesilovače (5) je spojen se společným vodičem (6) a jeho výstup potom s neinvertujícím vstupem komparátoru (8), když mezi invertující vstup komparátoru (8) a společný vodič (6) je připojen zdroj (7) komparačního napětí a výstup komparátoru (8) je připojen na vstup číslicového obvodu (9), na Jehož hodinový vstup je připojen výstup signálu o referenčním kmitočtu a na jehož blokovací vstup je připojen výstup blokovacího signálu, přičemž první výstup číslicového obvodu (9) Je spojen s řídicím vstupem elektronického spínače (3) a druhý výstup s výstupní svorkou (10) přesného číslicově kmitočtového převodníku.