CS273486B1

CS273486B1 - Connection of control circuits for automatic setting-up transmission from amplifier

Info

Publication number: CS273486B1
Application number: CS695588A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Vojacek; Petr Ing Princ; Jiri Ing Novak
Original assignee: Karel Ing Vojacek; Petr Ing Princ; Novak Jiri
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS695588A1

Abstract

The connection solves control circuits for automatic setup of amplifier transmission, which enables the user to set the amplification of instrument amplifier in a way that the output voltage will be lower than or equal to the preset value. The connection consists of an amplifier with discretely adjustable level of amplification, whose transmission is controlled by register with gradual approximation, where the comparator output is connected to the data input of the register with gradual approximation. The comparator is interconnected with the output of the amplifier with discretely adjustable level of amplification and with the reference voltage source. Output of the clock pulse of the generator of clock pulses is connected to the clock input of the register with gradual approximation and the output of starting pulse of starting circuit is connected to starting input of the register with gradual approximation.<IMAGE>

Description

vynález řeší zapojení logických obvodů, které řídí proceduru automatického nastavení přenosu (zesíleni) zesilovače s diskrétně nastavitelným napětovým přenosem (zesílením).' Zapojení jo určeno především pro použití ve spojení s operačními zesilovači pracujícími v zapojení ae stejnosměrnou vazbou.The invention solves the connection of logic circuits which control the procedure of automatic adjustment of the amplifier transmission with a discrete adjustable voltage transfer (amplification). The wiring is intended mainly for use in connection with operational amplifiers working in wiring and with DC coupling.

Přesné zesilovače s diskrétně řízeným zesílením jsou používány v různých přístrojových systémech, např. tam, kde je třeba před začátkem měření nastavit vhodné počáteční podmínky tím způsobem,' že se pro dané vstupní napětí zesilovače automaticky nastaví takové zesílení, aby výstupní napětí dosáhlo požadované velikosti. Obvyklé řešení zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením spočívá v zapojení operačního zesilovače se zpětnovazební smyčkou, ve které je zařazena přepínatelná odporová sít. Jako odporové sítě může být použit např. násobiči digitálně analogový převodník. Při automatickém nastavování přenosu ovládají přepínáni odporové sítě řídicí logické obvody. Tyto obvody vyhodnocují stav na výstupu komparátoru, který porovnává velikost zesíleného napětí s požadovanou velikostí danou referenčním napětím přivedeným na druhý vstup komparátoru. Řídicí logické obvody bývají nejčastěji sestaveny z binárních integrovaných čítačů a z několika pomocných logických kombinačních a sekvenčních integrovaných obvodů. Po zahájeni procedury automatického nastavení zesílení jsou čítače plněny hodinovou frekvencí z generátoru a svými výstupními stavy postupně přepínají odporovou sít, a tím také přenos (zesílení) zesilovače. Nastavovací procedura je ukončena tehdy, když výstupní napětí zesilovače překročí velikost referenčního napětí. Nastavené zesílení je tedy vybráno z řady přípustných diskrétních hodnot.Precision amplifiers with discrete controlled gain are used in various instrumentation systems, eg where appropriate initial conditions need to be set before the measurement starts by automatically adjusting the gain for a given amplifier input voltage so that the output voltage reaches the desired magnitude. A common solution of an amplifier with a discrete adjustable gain is to connect an operational amplifier with a feedback loop, in which a switchable resistive network is included. A digital-to-analog converter can be used as a resistance network. In automatic transmission setup, resistor network switching is controlled by control logic circuits. These circuits evaluate the state at the comparator output, which compares the magnitude of the amplified voltage with the desired magnitude given by the reference voltage applied to the second comparator input. The control logic circuits are usually composed of binary integrated counters and several auxiliary logic combinational and sequential integrated circuits. After the automatic gain adjustment procedure is started, the counters are filled with clock frequency from the generator and their output states gradually switch the resistive network and thus also the amplification transmission. The setting procedure is terminated when the amplifier output voltage exceeds the reference voltage. The set gain is therefore selected from a series of permissible discrete values.

Nevýhoda popsaného řešení spočívá v tom, že doba trvání nastavovací procedury není konstantní a závisí na velikosti vstupního napětí zesilovače. Pro n bitový binární čítač může být doba nastavení ažThe disadvantage of the described solution is that the duration of the adjustment procedure is not constant and depends on the magnitude of the amplifier input voltage. For a n-bit binary counter, the setup time can be up to

V ^Tclk · ² kde je doba periody hodinové frekvence, kterou jsou při nastavování plněny čítače.V ^T clk · ² where is the time period of the clock frequency that the counters are filled in during the setting.

Další nevýhodou je to, že nastavovací procedura je ukončena až po překročení referenčního napětí, kdy výstupní napětí je větší než referenční napětí. Velikost rozdílu těchto dvou napětí není přitom známa a za určitých podmínek může dosáhnout značné velikosti. Výsledek nastavovací procedury tak může být zcela znehodnocen nebo je nutné zařadit další obvody, které tuto nevýhodu kompenzují.Another disadvantage is that the adjustment procedure is terminated only after the reference voltage is exceeded, when the output voltage is greater than the reference voltage. The magnitude of the difference between these two voltages is not known and can, under certain conditions, reach a considerable magnitude. The result of the adjustment procedure may thus be completely impaired or other circuits that compensate for this disadvantage need to be included.

Uvedené nedostatky řeší zapojení řídicích obvodů pro automatické nastavení přenosu zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na analogový vstup zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením je připojeno vstupní napětí a analogový výstup zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením, na němž je zesílené výstupní napětí, je spojen s neinvertujícím vstupem komparátoru. Na invertující vstup komparátoru je připojen výstup referenčního napětí ze zdroje referenčního napětí. Výstup komparátoru je přiveden na datový vstup registru s postupnou aproximací, na jehož hodinový vstup je současně připojen výstup hodinových impulsů z generátoru hodinových impulsů. Na startovací vstup registru s postupnou aproximací je připojen výstup startovacího impulsu ze startovacího obvodu. Skupinový datový výstup registru s postupnou aproximací je spojen s řídicím vstupem zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením.These drawbacks are solved by the connection of control circuits for automatic adjustment of the discrete adjustable gain amplifier according to the invention, which consists in that the analog input of the discrete adjustable gain amplifier is connected to the input voltage and the analog output of the discrete adjustable gain amplifier on which it is amplified. the output voltage is connected to the non-inverting input of the comparator. The reference voltage output from the reference voltage source is connected to the inverting comparator input. The comparator output is connected to the data input of the register with gradual approximation, to whose clock input is simultaneously connected the output of clock pulses from the clock pulse generator. A start pulse output from the start circuit is connected to the start input of the register with progressive approximation. The progressive approximation group data output of the register is coupled to the amplifier control input with a discrete adjustable gain.

Zapojení s aproximačním registrem využívá výhod vyšší integrace se všemi z toho plynoucími výhodami. Dovoluje předat infcřřmaci ve formě stavového slova o nastaveném zesílení nejen v paralelním, ale £ v sériovém kódu.Connection with the approximation register takes advantage of higher integration with all the resulting benefits. It allows to transmit the information in the form of a status word with the set gain not only in parallel but in the serial code.

Zapojení podle vynálezu umožňuje automatické nastavení zesílení přístrojového zesilovače přesněji než známá zapojení s čítači,, nebot na rozdíl od nich je velikost přenosu nastavována tak, že výstupní napětí bude.'menší nebo rovno napětí referenčnímu. Právě při posledním nastavovacím kroku, při kterénr dochází k překročení referenčního napětí, vzniká u běžného zapojení nedefinovatelná chyba. Další předností zapojení je konstantní doba nastavovací procedury. Přitom je doba této procedury v průměru mnohem kratší než u zapojení s čítači.The circuitry of the present invention allows for automatic adjustment of the gain of the instrumentation amplifier more accurately than known circuitry counters, since, in contrast, the transmission size is adjusted so that the output voltage will be less than or equal to the reference voltage. It is during the last setting step that the reference voltage is exceeded that an undefined error occurs with a conventional wiring. Another advantage of wiring is the constant time of the setting procedure. On average, this procedure is much shorter than for counters.

CS 273486 BlCS 273486 Bl

Platí totiž, Zo doba nastavení n bitů buda:It is true that Zo time of setting n bits of buda:

^Tn “ ^Tclk ’ ⁿ ζ ^T n ' ^T clk' ⁿ ζ

Na výkresu je znázorněn příklad zapojení podle vynálezu.The drawing shows an example of a circuit according to the invention.

Svorka vstupního napětí 0_χ je připojena na analogový vstup 11 zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením 1. Svorka výstupního napětí U₂ ^z analogového výstupu 12 zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením 1 je připojena na neinvertující vstup 23, komparátoru 2· Na invertující vstup 22 komparátoru 2 je připojen výstup referenčního napětí 31 zdroje referenčního napětí 3,· Výstup 23. komparátoru 2, je přiveden na datový vstup 51 registru s postupnou aproximací 5, na jehož hodinový vstup 52 je současně připojen výstup hodinových impulsů 41 generátoru hodinových impulsů 4.· Na startovací vstup 53 registru s postupnou aproximací 2 3^e připojen výstup startovacího impulsu 61 ze startovacího obvodu 6. Skupinový datový výstup 54 registru s postupnou aproximací 5 je spojen s řídicím vstupem 13 zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením JI·The 0 _χ input voltage terminal is connected to the analog input 11 of the discrete adjustable gain 1. The output voltage terminal U ₂ ^{of the} analog output 12 of the discrete adjustable gain 1 is connected to the non inverting input 23, comparator 2. The reference voltage output 31 of the reference voltage source 3 is connected. The output 23 of the comparator 2 is connected to the data input 51 of the progressive approximation register 5, to whose clock input 52 the clock pulse output 41 of the clock pulse generator 4 is simultaneously connected. 53 the progressive approximation register 2 3 ^e connected the output of the starting pulse 61 from the start circuit 6. The group data output 54 of the progressive approximation register 5 is coupled to the control input 13 of the amplifier with a discrete adjustable gain JI ·

Procedura automatického nastavení zesílení řízená vnějším jednofázovým hodinovým generátorem se spouští startovacím impulsem na vstupu registru s postupnou aproximací. S příchodem prvního hodinového impulsu ve stavu L se registr s postupnou aproximací nuluje. Ncjvyšší bit skupinového paralelního výstupu přejde do testovacího stavu L, ostatní paralelní datové výstupy přejdou do stavu H. Tím se nastaví určitý přenos zesilovače s diskrétně nastavitelným zesílením. Velikost zesíleného napětí na výstupu zesilovače je porovnávána s velikostí referenčního napěti komparátorem. V případě, še zesílené napětí překročí velikost referenčního napětí, bude na výstupu komparátoru stav H, v případě, Ze bude zesílené napěti menší než napětí referenční/ nastaví se na výstupu komparátoru logická úroveň L. s příchodem prvního hodinového impulsu po uvolnění startovacího vstupu registru s postupnou aproximací do stavu H se okamžitý stav výstupu komparátoru připojeného k datovému vstupu registru s postupnou aproximací přenese jako nejvyšší platný bit do skupinového paralelního datového výstupu registru s postupnou aproximací. Současně přejde sousední nižší datový výstup do testovacího stavu L. Postup se opakuje až do příchodu posledního n-tého hodinového impulsu, který přenese nejnižší platný datový bit do skupinového paralelního výstupu registru s postupnou aproximací..jTím je procedura automatického nastavení zesílení zesilovače s diskrétně nastavitelným přenosem ukončena. Příchod dalších hodinových impulsů již nic nezmění na velikosti nastaveného přenosu zesilovače.The automatic gain adjustment procedure controlled by an external single-phase clock generator is triggered by a start pulse at the input of the register with progressive approximation. With the arrival of the first clock pulse in the state L, the register with gradual approximation is reset to zero. The highest bit of the group parallel output goes to test state L, the other parallel data outputs go to state H. This sets a certain amplifier transmission with a discrete adjustable gain. The magnitude of the amplified voltage at the amplifier output is compared to the magnitude of the reference voltage by the comparator. If the amplified voltage exceeds the reference voltage, the comparator output will be H, if the amplified voltage is less than the reference voltage, / the logic L level will be set at the comparator output with the first clock pulse after the start of register register s by progressive approximation to state H, the instantaneous state of the comparator output connected to the progressive approximation register data input is transmitted as the highest valid bit to the group parallel parallel output data of the progressive approximation register. At the same time, the neighboring lower data output goes to test state L. The procedure is repeated until the last nth clock pulse arrives, which transfers the lowest valid data bit to the group parallel output of the register with progressive approximation. transfer terminated. The arrival of additional clock pulses will not change the size of the set amplifier transmission.

Zapojení podle vynálezu lze využít v obvodech s diskrétně řízenými zesilovači pro automatické zesílení, např. při nastavování počátečních podmínek před zahájením měření. Vzhledem k rychlosti nastavovací procedury je při měření pomalu se měnících signálů možné automatické nastavování provádět i během měření. Dále je zapojeni možné využit i pro samočinné vyrovnávání posunu nuly na výstupů operačních a přístrojových zesilovačů.The circuitry according to the invention can be used in circuits with discrete controlled amplifiers for automatic amplification, for example in setting the initial conditions before the start of the measurement. Due to the speed of the adjustment procedure, when measuring slowly changing signals, automatic adjustment can also be performed during measurement. Furthermore, the wiring is also possible for automatic equalization of the zero shift at the outputs of operational and instrumentation amplifiers.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. Circuitry for automatic amplifier transmission control circuitry, in which a discrete-adjustable gain analog input of the amplifier is connected to an input terminal and a discrete-adjustable gain analog output of the amplifier is connected to the output terminal and the non-inverting comparator input to which the inverting input is connected a reference voltage source output terminal, characterized in that the output (23) of the comparator (2) is connected to the data input (51) of the progressive approximation register (5) and the group data output (54) of the progressive approximation register (5) is coupled with a control input (13) of an amplifier (1) with a discrete adjustable gain;

2. A circuit for automatic amplifier transmission control circuitry utilizing a progressive approximation register for automatic amplifier transmission adjustment, characterized in that a clock pulse output (41) is connected to the clock input (52) of the progressive approximation register (5). a clock pulse generator (4) and a start input (53,

CS 273486 B1 of the progressive approximation register (5), the start pulse output (61) of the start circuit (6) is connected.