CZ246589A3 - Rychlý převodník čísla na kmitočet - Google Patents

Abstract

Zapojení se týká rychlého převodníku čísla na kmitočet. Podstatou řešení je, že vstupní kódová kombinace se převede na proud v číslicově analogovém převodníku (1). Tímto proudem se vybíjí kapacitor (4) a napětí na něm lineárně klesá. Jakmile toto napětí dosáhne komparační úrovně dané zdrojem (6) komparačního napětí, dojde k překlopení komparátoru (7), čímž se aktivuje monostabilní klopný obvod (8). Ten po definovanou dobu přepne elektronický přepínač (3) tak, že se kapacitor (4) nabíjí proudem dodávaným ze zdroje (2) referenčního proudu. Po ukončení nabíjení se elektronický přepínač (3) přepne do původní polohy. Celý děj se periodicky opakuje a na výstupu monostabilního klopného obvodu (8) získáme pravoúhlé kmity s kmitočtem přímo úměrným vstupní kódové kombinaci. Tyto kmity jsou na výstupní svorku (10) dodávány přes hradlo (9), aby bylo možno zablokovat generování kmitů v případě, kdy na číslicový vstup převodníku je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu.

Description

Vynález se týká rychlého převodníku čísla na kmitočet.

Je známo několik způsobů převodu čísla na kmitočet,

Hej známější způsob převodu čísla na kmitočet představují kmitočtové syntezátory se smyčkou fázového závěsu. V omezené míře se využívá přímá kmitočtová syntéza.

Hevýhodou kmitočtových syntezátorů je obvodová složitost a cenová náročnost. Mimo to, nejsou syntezátory schopny okamžitě reagovat na změnu vstupního údaje,protože je zapotřebí určitá doba k ustálení přechodného děje ve smyčce fázového závěsu.

Je znám i jiný princip převodu čísla na kmitočet. Vstupní kódová kombinace se pomocí číslicově analogového převodníku převede na napětí a pak se toto napětí převede na kmitočet v převodníku napětí na kmitočet.

Hevýhodou tohoto způsobu je okolnost, že číslicově analogové převodníky mají obvykle přímý proudový výstup, který je třeba nejprve převést na napětí pomocí převodníku proudu na napětí s operačním zesilovačem. To však zbytečně zvyšuje obvodovou složitost a cenovou náročnost.

Jsou známa i zapojení, která využívají přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku k nabíjení integračního kapacitoru. Napětí na integračním kapacitoru

- 2 sleduje dvoj úrovňový komparátor, který po dosažení horní komparační úrovně dá pokyn k vybíjení kapacitorů definovaným proudem.Vybíjení probíhá tak dlouho, dokud komparátor nezaregistruje dosažení dolní komparační úrovně. Celý děj se periodicky opakuje,přičemž četnost cyklů nabíjení a vybíjení je přibližně úměrná kódové kombinaci na vstupu převodníku čísla na kmitočet.

Nevýhodou zapojení převodníků využívajících tento princip je okolnost, že převod je zatížen systémovou chybou a proto jsou vhodné pouze pro nenáročné účely.

Přesnější převodníky čísla na kmitočet využívají taktéž nabíjení kapacitorů integrátoru z přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku. Nabíjení kapacitoru integrátoru sleduje komparátor, který po dosažení komparační úrovně spustí časovači obvod. Časovači obvod pak způsobí vybíjení kapacitorů integrátoru definovaným proudem po přesně určenou dobu. Jestliže je doba vybíjení odvozena navíc z oscilátoru řízeného krystalem, dosahuje se dlouhodobé přesnosti převodu. . Nevýhodou je zhoršování přesnosti převodu při požadavcích na vysokou rychlost převodu, kdy integrátor pracuje s vysokou rychlostí integrace. Reálné vlastnosti integrátoru pracujícího, za těchto podmínek se totiž již značně odlišují od ideálních vlastností. Zejména se uplatňuje dopředný přenos a rychlostní chyba integrátoru, které způsobují, že v okamžiku přepínání z režimu nabíjení na

- 3 vybíjení a naopak vznikají na výstupu integrátoru impulsy, doprovázené navíc zákmity. Kvalitní Časový průběh pilovitého napětí na výstupu integrátoru je však podmínkou pro přesnou činnost převodníku.

Je známo taktéž zapojení převodníku čísla na kmitočet s integrátorem, u kterého se přechodné děje, vznikající při přepínání režimu nabíjení a vybíjení, částečně kompenzují tak, že se zdroj referenčního proudu sloužící pro vybíjení kapacitoru střídavě připojuje k invertujícímu vstupu nebo k výstupu operačního zesilovače integrátoru.

Nevýhodou je skutečnost, že zapojení je obvodově náročné a potlačení nežádoucích jevů není zcela dokonalé.

Uvedené nevýhody do určité míry odstraňuje zapojení rychlého převodníku čísla na kmitočet podle vynálezu.

Jeho podstatou je, že vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se zavede na číslicový vstup číslicově analogového převodníku. Přímý proudový výstup tohoto převodníku je připojen jednak na první vstup komparátoru a jednak na kapacitor, který je svým druhým koncem spojen se společným vodičem. Na kapacitor je také připojen svým prvním výstupem elektronický přepínač, jehož druhý výstup je spojen se společným vodičem, když jeho vstup je připojen na zdroj referenčního proudu. Druhý vstup komparátoru je připojen na zdroj komparačního napětí a jeho výstup pak na vstup monostabilního klopného obvodu. Výstup monostabilního klopného obvodu je připojen jednak

- 4 na řídicí vstup elektronického přepínače a taktéž na první vstup hradla. Ha druhý vstup hradla je přiváděn nulovací signál z blíže neznázornených' ovládacích obvodů. Výstup hradla je spojen s výstupní svorkou.

Výhodou zapojení rychlého převodníku čísla na kmitočet je cenová nenáročnost při zachování dostatečné přesnosti převodu. Příhodné je, že na přesnost převodu nemá vliv nenulový odpor elektronického přepínače v sepnutém stavu, ani změny tohoto odporu v závislosti na protékajícím proudu či na okolní teplotě, protože se tyto veličiny při použití zdroje referenčního proudu uplatní jen zanedbatelně málo.Z hlediska dosažení vysoké rychlosti převodu je pak velmi výhodné použití prostého kapacitoru.

Vynález bude v dalším blíže popsán podle přiloženého obrázku, na němž je znázorněno příkladné provedení rychlého převodníku čísla na kmitočet.

Vstupní kódová kombinace odpovídající' převáděnému číslu se zavádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku 1 . Přímý proudový výstup číslicově analogového převodníku 1 je připojen jednak na první vstup komparátoru 7 a j ednak na kapacitor £ , který j e svým druhým koncem spojen se společným vodičem £ · Ha kapacitor £ je také připojen svým prvním výstupem elektronický přepínač 2 > jehož druhý výstup je spojen se společným vodičem £, když jeho vstup je připojen na zdroj.2 referenčního proudu· Druhý vstup komparátoru 2 je připojen na zdroj 6 komparač- 5 ního napětí.Výstup komparátoru 2 Ó^e přiveden na vstup monostabilního klopného obvodu 8 · Výstup monostabilního klopného obvodu 8 je připojen jednak na řídicí vstup elektronického přepínače 2 ^a taktéž na první vstup hradla 2 . Přitom na druhý vstup hradla 2 se přivádí nulovací signál z blíže neznázorněných ovládacích obvodů. Výstup hradla 2 3® spojen s výstupní svorkou 10 ·

V činnosti se na číslicový vstup číslicově analogového převodníku 1 přivede kódová kombinace d odpovídající převáděnému číslu. Jestliže je elektronický přepínač 2 přepnut tak, že zdroj 2 referenčního proudu je připojen ke společnému vodiči 2» pak se kapacitor £ vybíjí proudem z přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku 2 tak dlouho, až napětí na něm dosáhne komparační úrovně dané zdrojem 6. komparačního napětí. V tom okamžiku se překlopí komparátor 2 ^a aktivuje monostabilní klopný obvod 8 , který generuje impuls délky t^ · Po tuto dobu se přepne elektronický přepínač 2 a kapacitorem £ teče navíc nabíjecí proud ze zdroje 2 referenčního proudu.

Proces nabíjení a vybíjení kapacitoru £ ^se periodicky opakuje. Na výstupu monostabilního klopného obvodu 8 získáme pravoúhlé kmity s kmitočtem

kde d značí dekedický ekvivalent binárního čísla z intervalu <0, 2^ - přivedený na číslicový vstup N-bitového —

T&

číslicově analogového převodníku 1 , D je nejvyšší číslo kódové kombinace, které při použití dvojkové číselné soustavy má hodnotu 2^ , I je vnitřní referenční proud, jež by číslicově analogový převodník 1 byl schopen dodat při d/D = 1, je proud dodávaný zdrojem 2 referenčního proudu a t^ je délka impulsu, který generuje monostabilní klopný obvod 8 · Tyto pravoúhlé kmity se zavádějí na hradlo 2 ovládané blokovacím signálem NUL., generovaným v blíže neznázoměných obvodech. Hradlo 2 slouží k zablokování výstupu rychlého převodníku čísla na kmitočet v případě, kdy na číslicový vstup převodníku je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Blokovací signál se zavádí pouze při vyšších nárocích na stálost nuly převodníku. Výstupní signál, jehož kmitočet je úměrný vstupní kódové kombinaci se odebírá z výstupní svorky 10 proti společnému vodiči 2 ·

Menší.nevýhodou uspořádání převodníku j e nutnost použít číslicově analogový převodník s přímým proudovým výstupem, který nemusí, pracovat do virtuální.země, následného operačního zesilovače. Z čs. produkce sek tomuto účelu hodí např. osmibitový převodník MDAC 08. Dvanástibitový převodník MDAC 565 resp. MDAC 566 se k tomuto účelu nehodí, protože má přímý proudový výstup přemostěn ochranným rezistorem a je tedy předurčen pouze pro práci do virtuální země následného převodníku proudu na napětí s operačním zesilovačem.

Byohlý převodník čísla na kmitočet lze s výhodou aplikovat všude tam, kde je zapotřebí jednoduchý způsob přímého převodu čísla na kmitočet. Zapojení má obecné využití pro přístrojové a průmyslové aplikace, např. pro konstrukci jednoduchých programovatelných zdrojů kmitočtu. Velice příhodné je použití převodníku pro číslicové řízení otáček krokových motorů.

¹ γ; ~ r

Ρ Α Τ Ε Ν τον Ε Ν A R 0 Κ Υ

Claims (1)

1. Ρ Α Τ Ε Ν τον Ε Ν A R 0 Κ Υ

   Rychlý převodník čísla na kmitočet, vyznačující se tím, že vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se přivádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku /1/, jehož přímý proudový výstup je připojen jednak na první vstup komparátoru /7/ a jednak na kapacitor /4/ _s který je svým druhým koncem spojen se společným vodičem /5/, dále na kapacitor /4/ je také připojen svým prvním výstupem elektronický přepínač /3/, jehož druhý výstup je spojen se společným vodičem /5/, když jeho vstup je připojen na zdroj /2/ referenčního proudu, přičemž druhý vstup komparátoru /7/ je připojen na zdroj /6/ komparačního napětí a jeho výstup pak na vstup monostabilního klopného obvodu /8/, když výstup monostabilního klopného obvodu /8/ je připojen jednak na řídicí vstup elektronického přepínače /3/ a taktéž na první vstup hradla /9/ , na jehož druhý vstup je přiváděn nulovací signál z blíže neznázoměných ovládacích obvodů, a výstup hradla /9/ je spojen s výstupní svorkou /10/.