FI65518B - Digitalreglersystem - Google Patents

Description

Ι·α3*^·Ί γβ] . kuulutusjulkaisu ,,,,.

Α||Γα l j ( υ utläggningsskrift 6551 ο C (45) PS Len; ti :.’.;3... - ,/ 10 CO 1034 ^ ^ (51) Kv.lk.Vt.ci. 3 Η 03 Κ 4/02 // Η 04 Ν 5/44

(21) Patanttlhakamu* — Patantansöknlnj 76l37O

(22) Hikamltpilvi — Aniöknlnpdag lU.Q5.76 (23) AlkupUvl— Glltlghettdag lU.O5.76 (41) Tullut julklsaksl — Bllvit offantlig 2U H 76

Patentti-ja rekisterihallitu* (44) NihtivUaip^ j. kuuL)Uiw*.n pvm. -

Patent* och registentyrelten Antokin utiigd och uti.*krift«n pubiicand 31.01.3U

(32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begird prkxitat 23, 05. 75

USA(US) 58068O

(71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, Nev York, N.Y. 10022, USA(US) (72) Kenneth Ran Woolling, Jr., Indianapolis, Indiana, USA(US) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Digitaalinen säätösysteemi - Digitalreglersystem Tämä keksintö kohdistuu säätösysteemeihin ja erityisesti digitaaliseen systeemiin, joka soveltuu sähköisten piirien kauko-säätöön.

Elektronisiin laitteisiin, kuten radio- ja televisiovas-taanottimiin sisältyy yleensä säätimiä, joilla säädetään tiettyjä toimintoja, kuten kuvaa tai äänen voimakkuutta. Tällaiset sää-tötoiminnat ovat, erityisesti mikäli niitä käytetään kaukosäätö-laittein edullisesti kokonaan elektronisia. Tämä tahtoo sanoa, että siihen liittyvä toimintaa säätävä laite on täysin sähköinen eikä sisällä mitään sähkömekaanisia osia, kuten moottoreita tai vastaavia. Eräs elektroninen säätösysteemityyppi, jota voidaan käyttää kaukosäätöisesti, sisältää kellosignaaligeneraattorin kytkettynä digitaaliseen laskentapiiriin. Toimintaa lisäävät käskyt toteutetaan sitten kytkemällä kellosignaaligeneraattori laskimeen ja saattamalla tämä laskin laskemaan ylöspäin tiettyyn numeroon, joka vastaa haluttua säätötilannetta, esim. haluttua voimakkuus-tasoa. Vastaavasti voidaan kehittää säätösignaaleja vastaten toiminnan pienentymistä toteuttamaan laskimen toiminta pienenevään 6551 8 suuntaan halutulle toimintatasolle saakka. Digitaalianalogiajänni-temuunnin on kytketty tähän laskimeen ja se aikaansaa ulostulojännitteen, joka vastaa numeroarvoa, jonka laskin on saanut. Suhteellisen lineaarinen ulostulosignaali saadaan yleensä aikaan digitaa-lianalogiamuuntimesta tämän numeromäärän perusteella.

Mikäli esim. laskin ylläkuvatussa piirissä omaa 16 erilaista tilaa tämän laskimen toiminta voidaan jakaa kuuteentoista säätöta-soon. Kuten yllä on kuvattu, on ulostulosäätöjännite aikaansaatuna D/A muuntimesta suhteellisen lineaarinen mitä tulee laskennan nu-merotulokseen. Tietyissä säätösysteemeissä, esim. voimakkuussäädös-sä äänivahvistimessa on toivottavaa aikaansaada suurempi toimialue tietylle säätöalueen osuudelle kuin mitä muualla on. Havainnollis-tamistapauksessa on toivottavaa aikaansaada suurempia voimakkuus-tason lisäyksiä suhteellisen pienten äänen ulostulosignaalien alueella ja vastaavasti toivottavaa aikaansaada suhteellisen pieniä lisäyksiä voimakkuuden säädössä suhteellisen suuren äänenvoimakkuuden alueella, jossa äänen voimakkuuden muutokset saattavat olla kuuntelijalle selvemmin ilmeisiä. Tämän johdosta on toivottavaa aikaansaada digitaalinen säätösysteemi, jossa esiintyy nopeata pykä-lämäistä säätömuutosta tietyllä osalla säätöaluetta ja pienempiä pykälämäisä säätömuutoksia toisella osalla säätöaluetta.

Keksinnön mukaisesti on kehitetty laite, joka toimii lähetettyjen kaukosäätösignaalien perusteella aikaansaaden säätöjän-nitteen, joka soveltuu säätämään jännitesäädetyn vahvistimen vahvistusta, jossa laitteessa on vastaanotinosa, joka toimii mainittujen lähetettyjen säätösignaalien perusteella aikaansaaden käyn-nistyssignaalit, pulssinkehitysosat, jotka toimivat näiden käyn-nistyssignaalien perusteella muodostaen sarjan ulostulopulsseja, laskentaosat, jota laskevat pulsseja tästä pulssinkehitysosasta aikaansaadakseen numeroita edustavat, binäärisesti koodatut ulostulosignaalit, digitaalianaloogiamuunnin, joka riippuvaisesti pulsseja laskevan osan signaaleista aikaansaa ulostulojännitetason, joka edustaa näitä binäärisesti koodattuja signaaleja. Tämä laite tunnetaan laitteista, jotka riippuvaisesti muuntimen ulostulojän-nitetasosta aikaansaavat muunnetun ulostulojännitteen, jolla on ensimmäinen muutosnopeus numeroita edustavien signaalien suhteen ulostulojännitteen ensimmäisellä jännitealueella ja toinen muutosnopeus näihin numeroita edustaviin signaaleihin nähden ulostulo- 3 6551 8 jännitteen toisella jännitealueella.

Oheisissa piirustuksissa kuvio 1 on osittain lohkokaavion muodossa ja osittain kaaviokuvana digitaalinen voimakkuustason säädin tämän keksinnön mukaan, kuvio 2 on kaaviokuvanto oskillaattorista, joka soveltuu käytettäväksi kuviossa 1 esitetyssä laitteistossa, ja kuvio 3 on esitys kuvion 1 laitteiston ulostulon siirto-funktiosta.

Viitaten nyt kuvioon 1 vastaanottaa ultraäänianturi 10 jat-kuva-aaltoisia ultraäänikaukosäätösignaaleja ja kytkee nämä signaalit kaukosäätimen vastaanottimeen 12. Vastaanotin 12 on järjestetty tulkitsemaan eli tunnistamaan kyseinen taajuus vastaanotti-messa ja kytkemään säätösignaalit käynnistämään sekä laskin 14 että oskillaattori 16. Oskillaattori 16 on edelleen kytketty laskimeen 14 ja muodostaa sinne oleellisesti kiinteätaajuisia kello-signaaleja. Binäärisignaalien ulostulokytkinnavat a, b, c ja d laskimesta 14 on kytketty digitaalianalogiamuuntimeen 17. Muunti-messa 17 on joukko puskurivahvistimia 18, 20, 22 ja 24, joista kussakin on sisääntulokytkinnavat kytkettynä vastaavasti napoihin a, b, c ja d laskimessa 14. Syöttöjännite digitaalianalogiamuun-ninta varten aikaansaadaan yhteen kytketyillä vastuksilla 26, 28, 30 ja 32, jotka on kytketty positiivisen syöttöjännitteen syöttö-lähteen ja vastaavasti vahvistimien 18, 20, 22 ja 24 ulostulon kyt-kinnapojen väliin. Ulostulojen kytkinnavat vahvistimista 18, 20, 22 ja 24 on edelleen vastaavasti kytketty vastuksiin 34, 36, 38 ja 40, jotka aikaansaavat yhteisen kytkennän analogiselle jännitteen vas-tinsuureelle binäärisinä digitaalisina signaaleina, jotka syötetään D/A muuntimen sisääntulokytkinnapoihin. Yhteinen kytkentä edellämainituista vastuksista on kytketty transistorin 40 kanta-elektrodille. Transistori 40 aikaansaa virtavahvistuksen sen kan-taelektrodille syötettyihin signaaleihin ja kytkee nämä vahvistetut signaalit emitterielektrodin sekä diodin 42 ja vahvistuksen 44 sarjayhdistelmän kautta transistorin 46 kantaelektrodille. Vastuksien 48 ja 50 muodostelma jännitteenajaka on kytketty transistorin 46 kanatalektrodille diodin 52 kautta. Transistori 46 aikaansaa edelleen virtavahvistusta niille signaaleille, jotka on syötetty sen kantaelektrodille ja kytkee nämä signaalit emitteri- 6 5 51 8 elektrodin kautta äänivahvistimen 54 säätönapaan. Vahvistin 54 vahvistaa signaaleja, jotka on aikaansaatu sen signaalisisääntulo-kytkinnapaan 56 säätösignaalien mukaisesti jotka aikaansaadaan transistorilla 46. Vahvistin 54 saattaa olla RCA tyypin CA-3134 integroitu piiri, jollaista on saatavissa RCA Solid State Division, Somerville, New Jersey, U.S.A.

Yllämainitun piirin toiminnassa kaukosäädinlähetin, jota ei ole esitetty, lähettää yhden joukosta ultraäänisignaaleja vastaan-otinanturiin 10. Vastaanotin 12 havaitsee lähetetyn ultraäänisig-naalin taajuuden ja muodostaa ulostulosignaalin yhteen joukosta kaukosäädintoimintoja. Mikäli vastaanottimen 12 vastaanottama taajuus vastaa voimakkuuden lisäyksen käskyä syötetään esimerkiksi loogista nollaa vastaava jännite U/D (ylös-alas) sisääntuloon laskimesta 14, minkä vaikutuksesta laskin 14 laskee ylöspäin. Voimakkuuden pienentämisen käsky on edustettuna loogisen ykkösen sisääntulolla, missä tapauksessa laskin 14 laskee alaspäin.

Vastaanottimesta 12 oskillaattorille 16 syötetyt päälle-saattavat signaalit saattavat tämän oskillaattorin kytkemään sarjaan pulsseja laskimen 14 kellosisääntuloon. Oskillattori 16 jatkaa tällaisten pulssien syöttöä kunnes anturi 10 ei enää vastaanota ultraäänisignaalia mikä vastaisi voimakkuustason muutosta.

Täten voimakkuustason lisääntymisen toiminnan aikana laskin 14 laskee ylöspäin seurauksena kellosignaalien vastaanottamisesta oskillaattorista 16. Binääriset ulostulosignaalit edustaen numeroita aikaansaadaan kytkinnapoihin a, b, c ja d laskimessa 14. Nollaa vastaavalla numeroarvon ulostulolla signaalit kytkinnavois-ta a, b, c ja d ovat kaikki loogisia nollia. Ulostulon laskenta-arvoa 15 vastaten eli maksimisuuruisella laskentaulostulolla signaalit kytkinnavoissa a, b, c ja d ovat kaikki loogisia ykkösiä.

Kun laskimen 14 ulostulo vastaa numeroarvoltaan nollaa, toisin sanoen kun on loogiset nollat kytkinnavoissa a, b, c ja d digitaa-lianalogiamuuntimen puskurivahvistimet 18, 20, 22 ja 24 kytkevät vastaavasti vastukset 34, 36, 38 ja 40 maahan aikaansaaden oleellisesti nollasuuruisen jännitteen transistorin 40 kantaelektrodil-le. Kun laskimen 14 ulostulo lisääntyy transistorin 40 kantaelekt-rodille syötetty jännite kasvaa. Esim. kun laskimen 14 ulostulo aikaansaa numeroulostulonaan luvun 3 syötetään loogisen ykkösen signaali vahvistimien 18 ja 20 sisääntuloon. Tällöin vastukset 34 5 65518 ja 36 on vastaavasti kytkettynä vastuksien 26 ja 28 kautta 12 voltin syöttöjännitteeseen. Vastuksien 34 ja 36 yhteiseen pisteeseen saatu jännite jaetaan pienemmäksi yhteenkytketyillä vastuk-sillä 38 ja 40, jotka on kytketty maahan vastaavien vastuksien 22 ja 24 kautta. Transistorista 40 on sen kantaelektrodi kytketty vastuksien 34 - 40 yhteiseen pisteeseen ja se toimii tähän pisteeseen syötetyn jännitteen perusteella. Kun laskimen 14 numeroa lisätään viiteentoista saakka transistorin 40 kantaelektrodille syötetty jännite kasvaa vastaavasti.

Vastukset 34, 36, 38 ja 40 on järjestetty pieneneviksi vastuksien arvoiksi siten, että kukin vastaavista vastuksista on li-kimäärin puolet edellisestä vastuksesta. Järjestämällä nämä vastukset tällä tavoin saadaan likimääräisesti tasaisesti lisääntyvä ulostulojännite käytettäväksi lisääntyvien numeroiden arvojen mukaan laskimen 14 binäärisessä ulostulossa.

Transistori 40 on järjestetty emitteriseuraajaksi ja se toimii aikaansaaden sekä eristyksen ja virtavahvistuksen seurauksena signaalijännitteistä, jotka syötetään sen kantaelektrodille. Edelleen on suodinkondensaattori 43 kytketty transistorin 40 kantaelektrodille tasoittaen ne kantajaännitteen muutokset, jotka seuraavat muutoksista laskimen 14 ulostuloluvussa. Transistorin 40 emitterielektrodille saadut signaalit kytketään diodin 42 ja vastuksen 44 kautta transistorin 46 kantaleketrodille. Diodia 42 käytetään aikaansaamaan noin 0,7 voltin putoama ulostulosignaalin tasoon transistorista 40 lukien. Tämä jänniteputoama käytetään, jotta saatettaisiin transistorin 46 emitterielektrodin jännite määrältään noin nollan voltin tasolle kun numero laskimessa 14 on suuruudeltaan 1 (binäärisesti 0001). Nollan voltin emitterijännite vastaten numeroa 1 on toivottava, jotta aikaansaataisiin maksimisuuruinen vaimennus tähän liittyvälle jännitesäädetylle äänivah-vistimella 54. Transistorin 46 emitterijännitteen siirto-ominaisuudet laskimen 14 lukuarvolle on havainnollistettu kuviossa 3.

Viitaten edelleen kuvioon 3 voidaan nähdä, että transistorin 46 emitteriulostulojännite (Vq) aikaansaadaan tietyllä kahdella muutosnopeudella vastaten ulostuloarvoa laskimesta 14. Ensimmäisessä lukuosuudessa laskentanumeroiden noin 0 ja 5 välillä ulostulojännite transistorista 46 kasvaa lineaarisesti nollasta noin 3,0 volttiin. Lisääntyvät lukuarvot väliltä 6-15 saavat 6 5 51 8 transistorin 46 emitterijännitteen kasvamaan hitaammalla nopeudella. Tämä toinen hitaampi nopeus sopii yhteen soveliaan äänen ulostulotasoalueen kanssa äänivahvistimesta 54 ja se on jaettu suuremmaksi määräksi lukulisäyksiä. Eräässä erityisessä esimerkkitapauksessa vahvistin 54 aikaansaa 75 db vaimennuksen äänen si-sääntulosignaaleihin säätöjännitteellä 0 volttia, määrän 35 db vaimennusta säätöjännitteen ollessa 3 volttia ja 0 db vaimennusta säätöjännitteen ollessa 6 volttia. Jotta aikaansaataisiin käänty-mäpiste askelman numero 5 kohdalle on jännitteenäjakaja, muodostuen vastuksista 48 ja 50 järjestetty aikaansaamaan kuormittamaton jännite suuruudeltaan noin 2,3 volttia näiden yhteiseen pisteeseen. Diodi 52 on kytketty tämän 2,3 voltin liitospisteen ja transistorin 46 kantaelektrodin väliin. Kun transistorista 40 transistorin 46 kantalektrodille syötetty jännite saavuttaa 3,0 voltin tason alkaa diodi 52 johtaa jakaen kaiken lisäjännitteen, minkä transistori 40 syöttää. Tämä jännitteen jakaminen saa transistorin 46 emitteriulostulojännitteen nousemaan hitaammalla nopeudella, mikä esitetään kuviossa 3. Täten käyttäen diodikatkos-kohtaa jonka diodi 52 aikaansaa vastuksien 48 ja 50 jännitteenja-kajaa on toivottu vastekäyrä muodostettavissa äänisäätöjännitteel-le. Tämä edullinen säätövaste sallii äänivahvistimen nopeasti nousevan voimakkuuden ensimmäisellä 1/3 voimakkuuden säätöalueella ja sitten hitaamman kasvun lopulla 2/3 voimakkuusaluetta. Toteuttamalla ylläkuvattu toinen toiminta-alue voidaan aikaansaada tarkempi äänitason säätö voimakkuusalueella, jota yleisimmin käytetään.

Jotta voitaisiin estää äänen ulostulotason heilahtelu esim. ulkopuolisten ultraäänialueen kohinasignaalien perusteella, jotka saattavat aikaansaada laskimen 14 laskemisen ylöspäin tai alaspäin sisällytetään oskillaattoriin 16 päällekytkevä aikaviive. Oskillaattori 16 muodostuu, kuten esitetään kuviossa 2, multivibraatto-rista, jossa on transistorit 100 ja 102 järjestettynä astabiiliin rakenteeseen. Kondensaattori 106 on kytketty transistorin 102 kan-taelektrodilta transistorin 100 kollektorielektrodille ja kondensaattorin 108 ja diodin 110 sarjayhdistelmä on kytketty transistorin 100 kantaelektrodin ja transistorin 102 kollektorielektrodin väliin. Ylöspäin nostavat vastukset 112 ja 114 on kytketty vastaavasti 5 voltin syöttökytkinnavan ja transistoreiden 100 ja 102 kantaelektrodien väliin. Ylimääräinen esijännitevastus 116 on kyt- 7 65518 ketty 5 voltin syöttökytkinnavan sekä kondensaattorin 108 ja diodin 110 liitospisteen väliin. Säätötransistorin 104 kollektori-elektrodi on kytketty transistorin 100 kantaelektrodille ja se vastaanottaa säätösignaaleja tähän liittyvälle kantaelektrodille vastuksen 118 kautta. Transistorin 104 emitterielektrodi on kytketty negatiiviseen 5 voltin syöttökytkinnapaan diodin 120 kautta .

Kuviossa 2 esitetyn oskillaattoripiirin toiminnassa säätö-signaalit saatuna esimerkiksi kaukosäätövastaanottimesta 12 kytketään vastukseen 118 ja ne toimivat joko kytkien päälle tai pois transistorin 104. Kun transistori 104 on kytkettynä päälle, toisin sanoen kyllästystilassaan, on transistorin 100 kantaelektrodi kytketty transistorin 104 ja diodin 120 kautta negatiivisen syöt-töjännitteen syöttölähteeseen. Kytkemällä transistorin 100 kanta-elektrodi tähän negatiivisen syöttöjännittelähteeseen estetään transistoreiden 100 ja 102 muodostamaa multrivibraattorioskillaat-toria värähtelemästä. Transistori 104 pidetään kyllästystilassaan mikäli ei ole vaikuttamassa voimakkuuden muutoksen käskysignaaleja.

Kun vastaanotetaan voimakkuudenmuutoksen käsky syötetään negatiivinen jännite vastaanottimesta 12 transistorin 104 kanta-elektrodille, mikä sammuttaa tämän transistorin. Kun transistori 104 on sammutettuna pysyy transistorin 100 kantaelektrodi hetkellisesti negatiivisessa syöttöjännitteessään sen varauksen perusteella, joka on varastoituna kondensaattoriin 108. Kondensaattori 108 purkautuu hitaasti vastuksen 112 kautta kunnes jännite transistorin 100 kannalla saavuttaa likimäärin tason +0,6 volttia. Tällöin transistori 100 alkaa johtaa ja astabiilin multivibraatto-rin toiminta muodostuu transistoreiden 100 ja 102 välille. Se aikaviive, joka sisältyy tähän multivibraattoriin, toisin sanoen aika joka on tarpeen kondensaattorin 108 purkautumiseen vastuksen 112 läpi noin +0,6 voltin tasolle säädetään tiettyyn ennalta määrättyyn aikaväliin, jotta taattaisiin, että vastaanottimen aikaansaamat signaalit transistoreille 104 ovat lähetettyjä säätösignaaleja eivätkä ulkopuolisen kohinan aikaansaamia signaaleja.

Tämän johdosta voidaan ylläkuvatun laitteiston avulla aikaansaada digitaalisesti säädetty piiri joka soveltuu aikaansaamaan amplitudisäätöä äänivahvistimessa jossa toivottuna pirteenä on äänen säädön nopea muutos tietyllä ensimmäisellä digitaalisen 8 65518 säädön alueella ja hitaampi muutos toisella käyttökelpoisemmalla äänenvoimakkuuden alueella. Edelleen tähän liittyvä oskillaattori-piiri voi tietyn säätösysteemin puitteissa sisältää kohinaimmuni-teetin mikä estää vahingossa tapahtuvan digitaalisen piiristön toiminnan seurauksena ulkopuolisista hetkellisistä signaaleista.

Claims (3)

6551 8

1. Laite, joka toimii lähetettyjen kaukosäätösignaalien perusteella aikaansaaden säätöjännitteen, joka soveltuu säätämään jännitesäädetyn vahvistimen (54) vahvistusta, jossa laitteessa on vastaanotinosa (12), joka toimii mainittujen lähetettyjen säätösignaalien perusteella aikaansaaden käynnistyssignaa-lit, pulssinkehitysosat (16), jotka toimivat näiden käynnistys-signaalien perusteella muodostaen sarjan ulostulopulsseja, las-kentaosat (14), jotka laskevat pulsseja tästä pulssinkehitysosas-ta (16) aikaansaadakseen numeroita edustavat, binäärisesti koodatut ulostulosignaalit, digitaalianaloogiamuunnin (17), joka riippuvaisesti pulsseja laskevan osan (14) signaaleista aikaansaa ulostulojännitetason, joka edustaa näitä binäärisesti koodattuja signaaleja, tunnettu laitteista (44, 46, 48, 50, 52) , jotka riippuvaisesti muuntimen (17) ulostulojännitetasosta aikaansaavat muunnetun ulostulojännitteen (kuvio 3), jolla on ensimmäinen muutosnopeus numeroita edustavien signaalien suhteen ulostulojännitteen ensimmäisellä jännitealueella (0-3 volttia) ja toinen muutosnopeus näihin numeroita edustaviin signaaleihin nähden ulostulojännitteen toisella jännitealueella (3-6 volttia) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että jännitetason perusteella toimivat laitteet (44, 46, 48, 50, 52) käsittävät laitteet (48, 50), joilla muodostetaan vertailujännite (3 volttia) edustaen sitä signaalitasoa, jolla ensimmäinen jännitealue päättyy ja toinen jännitealue alkaa, sekä laitteet (52), jotka muodostavat ensimmäisen signaalitien (46) ensimmäisen jännitealueen signaaleille sekä ylimääräisen tien (50) toisen alueen signaaleille.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että jännitetason perusteella toimivilla laitteilla (44, 46, 48, 50, 52) muodostetut signaalit syötetään mainitulle ensimmäiselle tielle ja että ne pienenevät tällä ensimmäisellä tiellä kun signaalitien muodostavat laitteet (52) aikaansaavat ylimääräisen tien (50).