RU1818688C - Способ многоканального широтно-импульсного преобразовани аналогового сигнала и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразовател х напр жени , ключевых усилител х низкой частоты и модул торах радиопередающих устройств радиовещани  и радиосв зи. Способ заключаетс  в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшени  пилообразного Сигнала на посто нное значение, равное размаху пилоИзобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразовател х напр жени , ключевых усилител х низкой частоты и модул торах радиопередающих устройств радиовещани  и радиосв зи. Целью насто щего способа  вл етс  повышение линейности преобразовани  входного аналогового сигнала в каждом канале за счет устранени  скачка фазы в каждом канале и создани  равномерного сдвига фаз образного сигнала вс кий раз при уменьшении входного сигнала ниже нижнего граничного значени  опорного сигнала, и добавлени  к пилообразному сигналу посто нного значени , равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значени  изменени  опорного сигнала, изменении фаз пилообразного сигнала на 180° С каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнени  N выходных широтно-модулированных импульсных последовательностей , передние и задние фронты которых формируют последовательно 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнени  входного сигнала с возрастающими и убывающими лучами опорного сигнала. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов , генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор, преобразователь аналогового сигнала. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. между каналами во всем динамическом диапазоне изменени  напр жени  входного аналогового сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение линейности преобразовани  и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последо вател ьностей. На фиг. 1 показана блок-схема устройства многоканального широтно-импульсно- го преобразовани  аналогового сигнала. Ё 00 00 о 00 00

Description

На фиг. 2 представлены диаграммы, по сн ющие за вл емый способ широтно-им- пульсного преобразовани  аналогового сигнала с равномерным сдвигом фаз дл  4 каналов.

На фиг. 2 а изображен входной аналоговый сигнал и четыре опорных (пилообразных симметричных сигнала 1-4 с размахом, равным динамическому диапазону входного аналогового сигнала и равномерным

сдвигом фаз друг относительно друга на -% ,

где Т - период повторени  пилообразного сигнала. По оси ординат весь диапазон изменени  сигнала разбит на 4 зоны: 0, 1, 2, 3.

На фиг. 2 б изображен опорный сигнал, состо щий из суммы пилообразного сигнала с размахом, в N раз меньшим, чем пилообразный сигнал, изображенный на фиг. 2 а м посто нного сигнала, а также входной сигнал , переход которого из зоны в зону сопровождаетс  уменьшением или увеличением опорного сигнала на посто нную величину, равную размаху пилообразного сигнала, и изменением фазы пилообразного сигнала на 180°.

На фиг. 2 в, 2 г. 2 д, 2 е изображены выходные широтно-модулированные импульсные сигналы, сформированные по результату сравнени  опорного и входного сигналов. При этом в моменты первого пересечени  входного сигнала с убывающими и вырастающими лучами опорного сигнала формируютс  соответственно передний и задний фронты первого канала (фиг, 2 в), в моменты пересечени  - передний и задний фронты второго канала (фиг. 2 г). В моменты третьего пересечени  входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируютс  соответственно передний и задний фронты третьего канала (фиг. 2 д).

В моменты четвертого пересечени  входного сигнала с убывающим и возрастающим лучами опорного сигнала формируютс  соответственно передний и задний фронты четвертого канала (фиг. 2 е).

На фиг. 2 ж представлен сигнап,  вл ющийс  результатом сложени  выходных импульсных последовательностей четырех каналов в общей нагрузке. На фиг. 3 изображен вариант выполнени  дешифратора.

Изображенное на фиг. 1 устройство многоканального широтно-импульсного преобразовани  аналогового сигнала состоит из соединенных последовательно генератора 1 тактовых импульсов, счетчика 2 импульсов, генератора 3 пилообразного сигнала, сумматора 4, компаратора 5 дешифратора 6, а также преобразовател  7

аналогового сигнала. Вход преобразовател  1 аналогового сигнала  вл етс  входом устройства.

Выход счетчика 2 импульсов соединен с вторым входом дешифратора 6, выходы которого  вл ютс  выходами устройства. Первый кодовый выход преобразовател  7 аналогового сигнала подключен соответственно к третьему входу дешифратора 6 и второму входу сумматора 4.

Второй кодовый выход преобразовател  7 аналогового сигнала подключен к второму кодовому входу компаратора 5. Третий выход преобразовател  7 аналогового сиг

нала соединен с вторым входом генератора

3 пилообразного сигнала.

Вход щие в устройство элементы могут быть выполнены следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов предназначен дл  формировани  равномерной импульсной последовательности заданной скважности и может быть выполнен, например , по схеме мультивибратора.

Счетчик 2 импульсов может быть выполнен на логических ИМС типа 133 ИЕ5. Кодовый выход счетчика определ ет значение пилообразного сигнала.

Генератор 3 пилообразного сигнала может быть выполнен на посто нном загтоминающем устройстве ПЗУ типа 556 РТ7, в котором записано два противофазных пилообразных сигнала. При этом второй вход - это один из разр дов (например, старший) адресной шины ПЗУ, на остальные разр ды

которой подана кодова  последовательность с выхода счетчика. С шины данных ПЗУ снимаетс  кодова  последовательность , соответствующа  одному из симметричных пилообразных сигналов со сдвигом

фаз 180°. Выбор того или иного опорного сигнала осуществл етс  потенциалом на втором входе генератора 3 пилообразного сигнала, то есть на старшем разр де адресной шины ПЗУ. Преобразователь 7 аналогового сигнала преобразовывает входной аналоговый сигнал в кодовую последовательность и может быть выполнен на ИМС типа 1107 ПВ 2 (аналого-цифровой преобразователь - АЦП), При это log N старших

разр дов АЦП определ ют номер, зоны входного сигнала, и выход этих разр дов  вл етс  первым кодовым выходом, который соедин етс  с третьим входом дешифратора и с вторым входом сумматора.

Код на этом выходе определ ет посто нное значение, которое добавл етс  к пилообразному сигналу, образу  опорный сигнал.

Все разр ды на выходе АЦП 7 определ ют значение входного сигнала и  вл ютс  вторым кодовым выходом преобразовател .

Выход log N-ro разр да АЦП  вл етс  третьим выходом преобразовател  7 аналогового сигнала и определ ет момент перехода входного сигнала из одной зоны в другую. По этому сигналу измен етс  фаза пилообразного сигнала.

Компаратор 5 служит дл  сравнени  двух кодовый последовательностей и выдает сигнал логического нул  или логической единицы, если один из входных сигналов соответственно больше или меньше другого . Компаратор 5 может быть выполнен на ИМС типа 533СП1 и триггере 533ТМ2.

Дешифратор 6 предназначен дл  формировани  импульсных последовательностей по результату сравнени  двух сигналов таким образом, чтобы передние и задние фронты импульсов в последовательност х соответственно чередовались 1, 2, 3 ... N, 1, 2, 3 ... N. Дешифратор содержит ПЗУ и четыре триггера Т1, Т2, ТЗ, Т4. Первый вход дешифратора 6 соединен с D-входзми триггера Т1-Т4. Второй вход дешифратора 6 соединен с разр дами А2-А4 адресной шины ПЗУ. Третий вход дешифратора 6 соединен с разр дами АО, А1 адресной шины ПЗУ, Кроме того, разр ды А5-А10 и VI адресной шины ПЗУ заземлены, а на входы V2 и V3 ПЗУ подан потенциал логической единицы . Выходы ПЗУ Д1, Д2, ДЗ, Д4 соответственно соединены со счетными входами С триггеров Т1, Т2, ТЗ, Т4, выходы которых  вл ютс  выходами устройства.

Если N - это число зон,-равное числу пилообразных сигналов на фиг. 2 а, а за В и К прин ть текущие значени  кода соответственно на третьем и втором входах дешифратора , то значение кода (Д), снимаемого с шины данных ПЗУ, определ етс  таблицей.

Устройство работает следующим образом .

Входной аналоговый сигнал поступает на вход преобразовател  7 аналогового сигнала , где с тактовой частотой происходит дискретизаци  этого сигнала по времени и квантование по уровню. На выходе преобразовател  7 аналогового сигнала формируетс  двоична  кодова  последовательность заданной разр дности А, причем А log N, где N - число зон и число импульсных выходов всего устройства. В компараторе 5 происходит сравнение А разр дов кодовой последовательности входного сигнала с кодовой последовательностью опорного сигнала , равной сумме кодовой последовательности пилообразного сигнала, разр дностью A -log Nикодовойпоследовательности посто нной

составл ющей разр дностью А, где log N старших разр дов определ ют номер зоны. в которой находитс  входной сигнал, а младшие А - log N разр ды равны логическому нулю.

Кодова  последовательность посто нной составл ющей опорного сигнала формируетс  из log N старших разр дов АЦП 7.

0 При переходе из одной зоны в другую измен етс  код старших log N разр дов АЦП 7 на единицу, а величина опорного сигнала (выходной код сумматора 4) при этом измен етс  на размах пилообразного сигнала.

5 Кроме того, при переходе входного сигнала из одной зоны в другую измен етс  на 180° фаза пилообразного сигнала. Управл ющим сигналом дл  изменени  фазы  вл етс  log N-й разр д выходной кодовой последова0 тельности на третьем выходе преобразовател  7 аналогового сигнала, который подан на адресную шину ПЗУ генератора 3 пилообразного сигнала.

Сравнение входного аналогового сигна5 ла с опорным сигналом позвол ет формировать N импульсных последовательностей с широтно-импульсной модул цией (N каналов ), равномерно сдвинутых друг относительно друга и с линейным преобразованием

5 входного сигнала в каждом канале,

При этом передние фронты импульсных напр жений в каждом канале формируют в моменты пересечени  входного аналогового сигнала с убывающими лучами опорного (пилообразного) сигнала, представленного

0 на фиг. 2 б, а задние фронты - с возрастающими . Очевидно, что этот способ требует формировани  одного, измен ющегос  по фазе на 180° пилообразного сигнала каждый раз при переходе из одной зоны в дру5 гую. При этом внутри генератора 3 пилообразного сигнала можно формировать два инверсных пилообразных сигнала и коммутировать их на выходе по управл ющему сигналу, подаваемому на второй вход

0 генератора 3 пилообразных сигналов. Это и делаетс  в приведенном выше примере реализации генератора на ПЗУ.

На фиг. 2 а обозначены зоны 0, 1, 2, 3. В пределах каждой зоны опорный сигнал

5 представл ет собой симметричный пилообразный сигнал с размахом и периодом повторени , в 4 раза меньшим каждого из четырех исходных пилообразных сигналов с размахом, равным размаху входного аналогового сигнала и с фазой, измен ющейс  на 180° С при переходе из одной зоны в другую . Именно этот в п раз меньший пилообразный сигнал и формируетс  в генераторе 3 пилообразного сигнала.

Выходной сигнал с компаратора 5(логические О или Г), соответствующий результату сравнени  двух входных кодовых последовательностей, подаетс  на первый вход дешифратора 6, то есть на входы D выходных триггеров дешифратора 6.

Таким образом результат сравнени  переписываетс  на выход того триггера, номер которого соответствует номеру пилообразного сигнала с динамическим диапазоном изменени , равным выходному аналоговому сигналу с входным аналоговым сигналом (фиг. 2 а).

Дл  того, чтобы информаци  с компаратора 5 записывалась в нужный триггер, соответствующий установленной очередности фронтов, в ПЗУ дешифратора б должно происходить преобразование текущего номера или полупериода пилообразного сигнала, поступающего со счетчика 2 импульсов на второй кодовый вход дешифратора 6 (код показан на фиг. 2 а снизу), в соответствующий номер триггера. Этот номер показан на фиг. 2 а сверху.

Этот достигаетс , если в дешифраторе б происходит преобразование кода в соответствии с таблицей. На фиг. 2 ж показан сигнал, который получаетс  в результате сложений сформированных в устройстве импульсных последовательностей в одной нагрузке.

За вл емый способ и устройство по сравнению с прототипом имеют следующие преимущества: формируютс  импульсные последовательности, соответствующие идеальной многоканальной ШИМ, в которой отсутствуют скачки фаз во всем динамическом диапазоне изменени  входного аналогового сигнала, то есть преобразование входного аналогового сигнала более линейно, чем в прототипе.

Формул.а изобретени 

1. Способ многоканального широтно- ммпульсного преобразовани  аналогового сигнала, заключающийс  в формировании опорного сигнала путем многократного последовательного уменьшени  пилообразного сигнала на посто нное значение, равное размаху пилообразного сигнала вс кий раз

Таблица прожига

при снижении входного сигнала ниже нижнего граничного значени  опорного сигнала , и добавлени  к пилообразному сигналу посто нного значени , равного размаху пилообразного сигнала, при превышении входного сигнала верхнего граничного значени  изменени  опорного сигнала, сравнении входного сигнала с опорным сигналом и формировании по результату сравнени 

выходных широтно-модулировэнных импульсных последовательностей, отличающийс  тем, что, что, с целью повышени  линейности преобразовани  и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей . измен ют фазу пилообразного сигнала на 180° каждый раз при уменьшении или увеличении опорного сигнала, а передние и задние фронты выходных импульсных последовательностей формируют последовательно 1. 2, 3 ... N. 1, 2, 3 ... N соответственно по результату сравнени  входного сигнала с убывающими и возрастающими лучами опорного сигнала. 2. Устройство многоканального широтно-импульсного преобразовани  аналогового сигнала, содержащее соединенные последовательно генератор пилообразного сигнала, сумматор, компаратор и дешифратор , выходы которого  вл ютс  выходами

устройства, а также генератор тактовых импульсов , отличающеес  тем, что, с целью повышени  линейности преобразовани  и равномерности сдвига фаз выходных импульсных последовательностей,

дополнительно введены преобразователь аналогового сигнала и счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом генератора тактовых импульсов, а кодовым выходом - с входом генератора пилообразного сигнала и с вторым входом дешифратора , вход преобразовател  аналогового сигнала  вл етс  входом устройства, первый кодовый вход подключен к третьему входу дешифратора и второму входу сумматора , второй кодовый выход подключен к второму входу компаратора, а третий выход подключен к второму входу генератора пилообразного сигнала.

дешифратора 6.

Продолжение табл.

Вход

фиг. /

Выход

а

5

В

г д е

ж

Фиг 2

фиг.З