RU2171011C1 - Pulse-width modulator - Google Patents

Pulse-width modulator Download PDF

Info

Publication number
RU2171011C1
RU2171011C1 RU2000113145/09A RU2000113145A RU2171011C1 RU 2171011 C1 RU2171011 C1 RU 2171011C1 RU 2000113145/09 A RU2000113145/09 A RU 2000113145/09A RU 2000113145 A RU2000113145 A RU 2000113145A RU 2171011 C1 RU2171011 C1 RU 2171011C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
pulse
input
key
signal
Prior art date
Application number
RU2000113145/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
нников Н.М. Сафь
Н.М. Сафьянников
Д.Л. Муравник
Original Assignee
Сафьянников Николай Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сафьянников Николай Михайлович filed Critical Сафьянников Николай Михайлович
Priority to RU2000113145/09A priority Critical patent/RU2171011C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2171011C1 publication Critical patent/RU2171011C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: pulse- width modulator is related to electrical circuits of time-pulse converters. It can find use in design of mixed-signal instruments and computers. In proposed pulse-width modulator demodulation of output pulse-width signal with time division of stages of conversion process is carried out in feedback circuit which excludes error caused by actual values of passive components included in mix of device. Modulator has generator 1 of synchronizing pulses, reference voltage source 2, comparator 3, first key 4, integrator 5, retrieval and storage unit 6, pulse distributor 7, second key 8 and digital accumulating former 9 of pulse- width signal. Output of first key 4 is connected to input of integrator 5 whose output is linked to information input of retrieval and storage unit 6. Output of reference voltage source 2 is connected to input of first key 4. Output of retrieval and storage unit 6 is tied up with information input of second key 8 and with inverting input of comparator 3 whose noninverting input is input of pulse-width modulator. Output of comparator 3 is connected to information input of digital accumulating former 9 whose output is output of pulse-width modulator integrated with synchronization input of pulse distributor 7. Three outputs of the latter are connected to controlling inputs first key 4, second key 8 and retrieval and storage unit 6. Outputs of keys 4 and 8 are tied up together and output of generator 1 of synchronizing pulses is connected to input of digital accumulating former 9. EFFECT: increased operational accuracy of modulator with simultaneous simplification of its design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим схемам широтно-импульсных модуляторов и может применяться при построении смешанно-сигнальных измерительных приборов и вычислительных устройств. The invention relates to electrical circuits of pulse-width modulators and can be used in the construction of mixed-signal measuring devices and computing devices.

Существует большое количество широтно-импульсных модуляторов, обобщенная схема которых описана в [1, с. 137-139]. Недостатком всех подобных устройств, выполненных по развертывающей схеме, является наличие в составе или требование внешнего генератора развертывающего сигнала, от параметров которого в значительной мере зависит точность преобразователя. There are a large number of pulse-width modulators, a generalized scheme of which is described in [1, p. 137-139]. The disadvantage of all such devices made according to the scattering scheme is the presence in the composition or requirement of an external generator of the scattering signal, the accuracy of the converter largely depends on the parameters of which.

По более эффективной, с точки зрения точности и помехоустойчивости, следящей схеме реализовано устройство [2, с. 51]. Оно может быть использовано для широтно-импульсной модуляции совместно с генератором широтно-импульсной модулированной (ШИМ)-последовательности на основе двоичного кода. Его недостатком является низкая точность, обусловленная применением резистивного цифроаналогового преобразователя, не обеспечивающего при малой разрядности высокого разрешения, а при большой разрядности - высокой точности и линейности. According to a more efficient, from the point of view of accuracy and noise immunity, the following circuit is implemented device [2, p. 51]. It can be used for pulse width modulation in conjunction with a pulse width modulated (PWM) sequence generator based on a binary code. Its disadvantage is the low accuracy due to the use of a resistive digital-to-analog converter, which does not provide high resolution for low bit depth, and high accuracy and linearity for high bit depth.

Из числа аналогов наиболее близким по технической сущности является решение, описанное в [3]. Рассмотренный широтно-импульсный модулятор и выбран в качестве прототипа. Прототип имеет более высокую точность по сравнению с устройством [1] вследствие того, что он выполнен как устройство следящего типа и не нуждается в генераторе развертывающего сигнала. Кроме того, в обратной связи этого устройства отсутствует резистивный цифроаналоговый преобразователь, не позволяющий обеспечить высокую точность, как в устройстве [2] . Of the analogues, the closest in technical essence is the solution described in [3]. Considered a pulse-width modulator and is selected as a prototype. The prototype has a higher accuracy compared to the device [1] due to the fact that it is designed as a tracking device and does not need a generator of a deployment signal. In addition, in the feedback of this device there is no resistive digital-to-analog converter that does not allow for high accuracy, as in the device [2].

В состав прототипа входят генератор синхронизирующих импульсов (ГСИ), источник опорного напряжения (ИОН), компаратор, ключ, первый алгебраический сумматор и умножитель, причем выход ключа подключен к информационному входу первого интегратора, выход которого соединен с информационным входом УВХ, входной сигнал попадает на информационный вход второго интегратора, выход которого соединен со вторым входом компаратора, выход ИОН подключен к информационному входу третьего интегратора, чей выход соединен с первым входом умножителя, первый вход компаратора соединен с выходом умножителя, а выход - с информационным входом ключа, выход которого является выходом устройства, выход первого интегратора соединен с первым входом алгебраического сумматора, второй вход которого соединен с выходом УВХ, а выход подключен к второму входу умножителя, выход ГСИ подключен к управляющим входам первого, второго и третьего интеграторов, а также ключа и УВХ. The prototype includes a synchronizing pulse generator (GSI), a reference voltage source (ION), a comparator, a key, a first algebraic adder and a multiplier, and the output of the key is connected to the information input of the first integrator, the output of which is connected to the information input of the UVX, the input signal goes to the information input of the second integrator, the output of which is connected to the second input of the comparator, the ION output is connected to the information input of the third integrator, whose output is connected to the first input of the multiplier, the first input q the comparator is connected to the output of the multiplier, and the output is to the information input of the key, the output of which is the output of the device, the output of the first integrator is connected to the first input of the algebraic adder, the second input of which is connected to the output of the I / O, and the output is connected to the second input of the multiplier, the output of the ICG is connected to the control inputs of the first, second and third integrators, as well as the key and the I / O.

Прототип осуществляет преобразование входного напряжения в ШИМ-сигнал по линейному закону. The prototype converts the input voltage into a PWM signal according to a linear law.

Недостатком прототипа является низкая точность, так как, по условию преобразования, постоянные времени всех трех интеграторов должны совпадать и быть равными периоду синхронизирующих импульсов на выходе ГСИ. Обеспечение этого условия представляет значительную трудность, и в результате преобразования будет содержаться погрешность, обусловленная фактическими значениями параметров пассивных компонентов, входящих в состав интеграторов. The disadvantage of the prototype is low accuracy, since, according to the condition of conversion, the time constants of all three integrators must coincide and be equal to the period of the synchronizing pulses at the output of the GSI. Ensuring this condition is a significant difficulty, and the conversion will contain an error due to the actual values of the parameters of the passive components that make up the integrators.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении точности работы широтно-импульсного модулятора с одновременным упрощением устройства. The technical result of the invention consists in improving the accuracy of the pulse-width modulator while simplifying the device.

Задачей предлагаемого изобретения является создание широтно-импульсного модулятора, в цепи обратной связи которого осуществляется демодуляция выходного ШИМ-сигнала с разделением во времени этапов процесса преобразования. Благодаря этому исключается погрешность, обусловленная фактическими значениями пассивных компонентов, входящих в состав устройства. The objective of the invention is the creation of a pulse-width modulator, in the feedback circuit of which the demodulation of the output PWM signal is carried out with time separation of the stages of the conversion process. This eliminates the error due to the actual values of the passive components that make up the device.

Поставленная задача решается путем создания устройства, содержащего ГСИ, ИОН, компаратор, первый ключ, интегратор, УВХ, распределитель импульсов (РИ), второй ключ и цифровой накапливающий формирователь ШИМ-сигнала (ЦНФ), причем выход первого ключа соединен со входом интегратора, выход которого соединен с информационным входом УВХ, выход ИОН соединен с информационным входом первого ключа, выход УВХ объединен с информационным входом второго ключа и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого является входом широтно-импульсного модулятора, а выход соединен с информационным входом ЦНФ, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора и объединен со входом синхронизации РИ, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого ключа, второго ключа и УВХ, выходы первого и второго ключей объединены, а выход ГСИ соединен со входом синхронизации ЦНФ. The problem is solved by creating a device containing a GSI, ION, a comparator, a first key, an integrator, a CVC, a pulse distributor (RI), a second key and a digital accumulating driver of a PWM signal (TsNF), the output of the first key being connected to the integrator input, the output which is connected to the information input of the UVX, the ION output is connected to the information input of the first key, the output of the UVX is combined with the information input of the second key and the inverting input of the comparator, the non-inverting input of which is the input of the pulse-width pulse modulator, and the output is connected to the information input of the CNF, the output of which is the output of the pulse-width modulator and combined with the synchronization input of the RI, the first, second and third outputs of which are connected to the control inputs of the first key, second key and I / O, respectively, the outputs of the first and second keys are combined, and the GSI output is connected to the synchronization input of the Central Digital Clock.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого изобретения, на фиг. 2 - временные диаграммы его работы, а на фиг. 3 и 4 - возможные варианты реализации соответственно ЦНФ и РИ. The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 presents a diagram of the invention, FIG. 2 is a timing diagram of its operation, and in FIG. 3 and 4 - possible implementation options, respectively, of CNF and RI.

Широтно-импульсный модулятор содержит ГСИ 1, ИОН 2, компаратор 3, первый ключ 4, интегратор 5, УВХ 6, РИ 7, второй ключ 8 и ЦНФ 9, причем выход первого ключа 4 соединен со входом интегратора 5, выход которого соединен с информационным входом УВХ 6, выход ИОН 2 соединен с информационным входом первого ключа 4, выход УВХ 6 объединен с информационным входом второго ключа 8 и инвертирующим входом компаратора 3, неинвертирующий вход которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом ЦНФ 9, выход которого является выходом устройства и объединен с входом синхронизации РИ 7, три выхода которого подключены к управляющим входам соответственно первого ключа 4, второго ключа 8 и УВХ 6, выходы первого 4 и второго 8 ключей объединены, а выход ГСИ 1 соединен со входом синхронизации ЦНФ 9. The pulse-width modulator contains a GSI 1, ION 2, a comparator 3, a first key 4, an integrator 5, UVX 6, RI 7, a second key 8 and a central filter 9, and the output of the first key 4 is connected to the input of the integrator 5, the output of which is connected to the information input I / O 6, the output of ION 2 is connected to the information input of the first key 4, the output of I / O 6 is combined with the information input of the second key 8 and the inverting input of the comparator 3, the non-inverting input of which is the input of the device, and the output is connected to the information input of the CNF 9, the output of which is device output and combined with a synchronization input RI 7, the three outputs of which are connected to the control inputs of the first key 4, second key 8 and UVX 6, the outputs of the first 4 and second 8 keys are combined, and the output of the GSI 1 is connected to the synchronization input of the central filter 9.

Модулятор осуществляет следящее преобразование входного сигнала, представленного в форме напряжения, в широтно-импульсный сигнал с постоянным периодом и переменной длительностью импульса. Выходной величиной является относительная длительность импульса ШИМ-сигнала
θ = τ/T,
где τ - длительность импульса, а T - период следования импульсов.
The modulator performs a follow-up conversion of the input signal, presented in the form of a voltage, into a pulse-width signal with a constant period and a variable pulse duration. The output value is the relative pulse width of the PWM signal
θ = τ / T,
where τ is the pulse duration, and T is the pulse repetition period.

Один из возможных вариантов реализации ЦНФ 9 приводится на фиг. 3. ЦНФ 9 работает в непрерывном режиме и воспроизводит ШИМ-последовательность. Как нетрудно видеть, период импульсов этой последовательности определяется только частотой сигнала, действующего на входе синхронизации ЦНФ. Для предлагаемого ЦНФ он составляет 2N периодов тактовой последовательности, где N - разрядность двоичного счетчика 9.5. Предположим, что стабильность ГСИ 1, с выходом которого соединен вход синхронизации ЦНФ 9, достаточно высока, поэтому для всего рассматриваемого промежутка времени период ШИМ-последовательности принимается постоянным и равным некоторому Т. Длительность импульса выходного сигнала в предложенном варианте ЦНФ 9 для текущего периода определяется числом, хранящимся в двоичном реверсивном счетчике 9.4. Счетчики 9.4 и 9.5, очевидно, имеют одинаковую разрядность. Максимальное значение длительности импульса равно 2N периодов сигнала синхронизации, а минимальное - нулю. При этом элементы И 9.2 и 9.3 блокируют переход реверсивного счетчика 9.5 из состояния "2N-1" в состояние "0" и наоборот, что позволяет избежать сбоев на границах диапазона. Таким образом, каждому периоду ШИМ-последовательности, или такту, можно сопоставить определенный цифровой эквивалент Ni длительности импульса, где i - номер такта. Это число периодов синхросигнала, составляющих длительность импульса ШИМ-последовательности. Соответственно, абсолютную и относительную длительности этого импульса в i-м такте обозначим как τi и θi. Такт, который начинается в момент времени t0, будем считать первым.One possible embodiment of the CNF 9 is shown in FIG. 3. The CNF 9 operates in a continuous mode and reproduces the PWM sequence. As it is easy to see, the pulse period of this sequence is determined only by the frequency of the signal acting at the synchronization input of the Central Digital Phase. For the proposed CNF, it is 2 N periods of the clock sequence, where N is the digit capacity of the binary counter 9.5. Suppose that the stability of GSI 1, with the output of which the synchronization input of CNF 9 is connected, is quite high, therefore, for the entire considered period of time, the period of the PWM sequence is assumed to be constant and equal to some T. The pulse width of the output signal in the proposed version of CNF 9 for the current period is determined by the number stored in the binary reverse counter 9.4. Counters 9.4 and 9.5 obviously have the same bit depth. The maximum value of the pulse duration is 2 N periods of the synchronization signal, and the minimum is zero. At the same time, the elements And 9.2 and 9.3 block the transition of the reverse counter 9.5 from the state "2 N -1" to the state "0" and vice versa, which avoids failures at the borders of the range. Thus, each period of the PWM sequence, or cycle, can be associated with a specific digital equivalent N i of the pulse duration, where i is the number of the cycle. This is the number of clock periods that make up the pulse width of the PWM sequence. Accordingly, the absolute and relative duration of this pulse in the ith step will be denoted as τ i and θ i . The clock cycle that starts at time t 0 will be considered the first.

Распределитель импульсов 7 управляется сигналом, состоящим из последовательности прямоугольных импульсов (например, ШИМ-сигналом), и функционирует по следующему алгоритму. The pulse distributor 7 is controlled by a signal consisting of a sequence of rectangular pulses (for example, a PWM signal), and operates according to the following algorithm.

В момент возникновения первого по счету входного импульса на первом выходе РИ появляется единичный сигнал, который переходит в нулевой в момент окончания этого импульса. На втором и третьем выходах РИ присутствуют нулевые сигналы. At the moment of the appearance of the first input pulse, a single signal appears at the first output of the RI, which goes to zero at the end of this pulse. At the second and third outputs of the RI there are zero signals.

В момент прихода второго импульса на втором выходе возникает единичный сигнал и, независимо от длины второго импульса, удерживается до появления третьего импульса. На первом и втором выходах РИ в это время действуют нулевые сигналы. At the moment of arrival of the second pulse, a single signal appears at the second output and, regardless of the length of the second pulse, is held until the appearance of the third pulse. At the first and second outputs of the RI at this time, zero signals act.

С приходом третьего импульса сигнал на втором выходе обнуляется, а сигнал на третьем выходе принимает единичное значение. На первом выходе сохраняется нулевой сигнал. Это состояние, вне зависимости от длины третьего импульса, не изменяется до момента прихода четвертого импульса. With the arrival of the third pulse, the signal at the second output is zeroed, and the signal at the third output takes a single value. At the first output, a zero signal is stored. This state, regardless of the length of the third pulse, does not change until the moment of the fourth pulse.

Реакция РИ на четвертый управляющий импульс совпадает с реакцией на первый импульс. Далее процесс повторяется циклически в трехтактном режиме. The reaction of RI to the fourth control pulse coincides with the reaction to the first pulse. Further, the process is repeated cyclically in a three-stroke mode.

Допустима любая реализация РИ, удовлетворяющая приведенному алгоритму. Один из возможных вариантов показан на фиг. 4. Any RI implementation satisfying the above algorithm is acceptable. One possible embodiment is shown in FIG. 4.

Широтно-импульсный модулятор работает следующим образом. Pulse-width modulator operates as follows.

Пусть в начальный момент времени t0 на входе устройства действует некоторое напряжение U0, постоянное или медленно изменяющееся. На выходе ЦНФ 9 присутствует ШИМ-сигнал, характеризуемый некоторым числом N0 и, следовательно, τo и θo. На выходе УВХ 6 действует некоторое напряжение U(6)0. Предположим для определенности, что U0 > U(6)0, вследствие чего на выходе компаратора 3 имеет место положительный сигнал.Let at the initial moment of time t 0 at the input of the device acts some voltage U 0 , constant or slowly changing. At the output of the CNF 9 there is a PWM signal characterized by a certain number N 0 and, therefore, τ o and θ o . At the output of the UVC 6 there is a certain voltage U (6) 0 . For definiteness, suppose that U 0 > U (6) 0 , as a result of which a positive signal takes place at the output of comparator 3.

ЦНФ 9 реагирует на этот сигнал увеличением длительности импульса ШИМ-последовательности на один период синхросигнала, то есть в первом такте длительность импульса характеризуется числом N0+1. В последующих тактах этот процесс повторяется, с той лишь разницей, что отрицательный сигнал на выходе компаратора вызывает уменьшение длительности импульса выходного ШИМ-сигнала на один элементарный интервал за один такт.CNF 9 responds to this signal by increasing the pulse width of the PWM sequence by one period of the clock signal, that is, in the first cycle, the pulse duration is characterized by the number N 0 +1. In subsequent clock cycles, this process is repeated, with the only difference being that a negative signal at the output of the comparator causes a decrease in the pulse width of the output PWM signal by one elementary interval per cycle.

РИ 7, первый 4 и второй 8 ключи, интегратор 5 и УВХ 6 осуществляют демодуляцию выходного ШИМ-сигнала, работая в циклическом трехтактном режиме с распределением во времени процессов накопления опорного напряжения и сигнала по обратной связи, а также выборки напряжения интегратора 5 посредством УВХ 6. Значения логических сигналов на выходах РИ 7, состояния первого 4 и второго 8 ключей, а также УВХ 6 для некоторых интервалов времени приведены в таблице. RI 7, the first 4 and second 8 keys, integrator 5 and UVX 6 demodulate the output PWM signal, operating in a cyclic three-stroke mode with the time distribution of the accumulation of the reference voltage and the feedback signal, as well as sampling the voltage of the integrator 5 by means of the UVX 6 The values of the logical signals at the outputs of RI 7, the state of the first 4 and second 8 keys, as well as UVX 6 for some time intervals are given in the table.

В первом такте в течение импульса ШИМ-сигнала (строка 1 таблицы) напряжение Uоп от ИОН 2 через первый ключ 4, замкнутый единичным управляющим сигналом с выхода 1 РИ 7, проходит на вход интегратора 5, который накапливает это напряжение и формирует выходной сигнал U(5)1.In the first cycle, during the pulse of the PWM signal (row 1 of the table), the voltage U op from ION 2 through the first switch 4, closed by a single control signal from output 1 of RI 7, passes to the input of the integrator 5, which accumulates this voltage and generates the output signal U (5) 1 .

В момент окончания импульса ШИМ-сигнала t'0 (строка 2 таблицы) РИ 7 вырабатывает на выходе 1 нулевой управляющий сигнал, размыкающий первый ключ 4. Напряжение Uоп перестает проходить на вход интегратора 5, который переходит в режим хранения информации. На выходе интегратора 5 продолжает действовать напряжение U(5)1.At the moment of the end of the pulse of the PWM signal t ' 0 (row 2 of the table) RI 7 generates at the output 1 a zero control signal that opens the first switch 4. The voltage U op ceases to pass to the input of the integrator 5, which goes into the information storage mode. The output of the integrator 5 continues to operate voltage U (5) 1 .

Во втором такте (строка 3 таблицы) с приходом импульса ШИМ-сигнала на выходе 2 РИ 7 появляется единичный сигнал. Это вызывает замыкание второго ключа 8, в результате чего напряжение U(6)0 с выхода УВХ 6 поступает на вход интегратора 5 и формирует на его выходе напряжение, равное некоторому значению U(5)2.In the second clock cycle (row 3 of the table), with the arrival of a pulse of the PWM signal, a single signal appears at the output 2 of RI 7. This causes the second key 8 to close, as a result of which the voltage U (6) 0 from the output of the UVX 6 is supplied to the input of the integrator 5 and generates a voltage at its output equal to a certain value of U (5) 2 .

В третьем такте (строка 4 таблицы) с приходом импульса ШИМ-сигнала выход 2 РИ 7 обнуляется, а на выходе 3 РИ 7 вырабатывается единичный сигнал, что приводит к размыканию второго ключа 8 и к переключению УВХ 6 в режим выборки. На выходе УВХ 6 устанавливается напряжение U(6)1, равное U(5)2.In the third clock cycle (row 4 of the table), with the arrival of a pulse of the PWM signal, the output 2 of the RI 7 is reset, and the output 3 of the RI 7 produces a single signal, which leads to the opening of the second key 8 and to switch the UVX 6 to the sample mode. At the output of the UVX 6, the voltage U (6) 1 is set equal to U (5) 2 .

В следующем такте на выходах 1, 2 и 3 РИ 7 установятся логические сигналы 1, 0 и 0 соответственно, причем единичный сигнал на первом выходе РИ 7 в момент окончания импульса выходного ШИМ-сигнала перейдет в нулевой, что будет соответствовать строкам 1 и 2 таблицы. Этапы процесса демодуляции будут, таким образом, в дальнейшем циклически повторяться, и длительность этого цикла составит три такта. In the next cycle, outputs 1, 2, and 3 of RI 7 will set logic signals 1, 0, and 0, respectively, and a single signal at the first output of RI 7 will go to zero at the end of the pulse of the output PWM signal, which will correspond to rows 1 and 2 of the table . The stages of the demodulation process will thus be further cyclically repeated, and the duration of this cycle will be three cycles.

Для обозначения номеров трехтактных циклов применим индекс k, где

Figure 00000002
а n - номер такта работы устройства. В конце каждого трехтактного цикла напряжение на выходе УВХ 6 устанавливается равным напряжению на выходе интегратора 5 в конце второго такта этого цикла. Это напряжение будет равно
Figure 00000003

где τ - постоянная времени интегратора 5;
τk - длительность импульса ШИМ-сигнала в первом такте k-го цикла;
U(6)k-1 - напряжение на выходе УВХ 6 в предыдущем, (k-1)-м цикле.To denote the numbers of three-stroke cycles, we apply the index k, where
Figure 00000002
and n is the number of the clock cycle of the device. At the end of each three-stroke cycle, the voltage at the output of the UVX 6 is set equal to the voltage at the output of the integrator 5 at the end of the second cycle of this cycle. This voltage will be equal
Figure 00000003

where τ is the time constant of integrator 5;
τ k - pulse width of the PWM signal in the first cycle of the k-th cycle;
U (6) k-1 is the voltage at the output of the UVX 6 in the previous, (k-1) th cycle.

Так как U(6)k-1 и Uоп, очевидно, являются константами для цикла k, выражение (1) может быть преобразовано:

Figure 00000004

Для установившегося режима, когда τk= τk-1, где τk-1 - длительность импульса в цикле, предшествующем рассматриваемому, U(6)k-1 = U(6)k. Тогда выражение (2) примет следующий вид:
Figure 00000005

откуда
Figure 00000006

или
Figure 00000007

что равносильно
U(6)k = θH, (4)
где коэффициент обратной связи H = -Uоп, a θ - относительная длительность выходного ШИМ-сигнала устройства.Since U (6) k-1 and U op are obviously constants for cycle k, expression (1) can be transformed:
Figure 00000004

For the steady state, when τ k = τ k-1 , where τ k-1 is the pulse duration in the cycle preceding the considered one, U (6) k-1 = U (6) k . Then expression (2) will take the following form:
Figure 00000005

where from
Figure 00000006

or
Figure 00000007

which is equivalent
U (6) k = θH, (4)
where the feedback coefficient H = -U op , and θ is the relative duration of the output PWM signal of the device.

Как следует из выражения (1), напряжение на выходе УВХ 6 в конце произвольного цикла k зависит только от двух величин, изменяющихся в процессе работы: длительности импульса ШИМ-сигнала в первом такте этого цикла τk и напряжения на выходе УВХ 6 в конце предыдущего цикла U(6)k-1. Таким образом, при изменении длительности импульса ШИМ-сигнала в первом такте (k+1)-го цикла на величину Δτ, процесс перейдет в установившийся режим уже в конце этого цикла, т.е. через три такта:

Figure 00000008

Отметим, что второй ключ 8 замыкает цепь обратной связи интегратора 5 на время, равное длительности одного такта. Следовательно, время выборки УВХ 6 может также достигать величины периода ШИМ-сигнала tвыб=Т.As follows from expression (1), the voltage at the output of the UVX 6 at the end of an arbitrary cycle k depends only on two quantities that change during operation: the pulse width of the PWM signal in the first cycle of this cycle τ k and the voltage at the output of the UVX 6 at the end of the previous cycle U (6) k-1 . Thus, when the pulse width of the PWM signal in the first cycle of the (k + 1) th cycle changes by Δτ, the process will switch to the steady state at the end of this cycle, i.e. after three clock cycles:
Figure 00000008

Note that the second key 8 closes the feedback circuit of the integrator 5 for a time equal to the duration of one cycle. Therefore, the sampling time of the UVX 6 can also reach the value of the period of the PWM signal t select = T.

Таким образом, напряжение, прямо пропорциональное θ, формируется на инвертирующем входе компаратора 3 с помощью ИОН 2, первого 4 и второго 8 ключей, интегратора 5, УВХ 6 и РИ 7. В то же время, из логики работы ЦНФ 9, значение θ определяется соотношением θn= θn-1+Δθn, причем

Figure 00000009

где S есть величина зоны нечувствительности компаратора 3 по напряжению.Thus, a voltage directly proportional to θ is generated at the inverting input of the comparator 3 using ION 2, the first 4 and second 8 keys, an integrator 5, UVX 6 and RI 7. At the same time, from the operation logic of the CNF 9, the value of θ is determined the relation θ n = θ n-1 + Δθ n , and
Figure 00000009

where S is the value of the dead zone of the comparator 3 voltage.

Последнее условие начинает выполняться в некоторый момент времени tr (см. фиг. 2), когда разность между напряжениями на входе компаратора 3 входит в зону нечувствительности компаратора и выходная величина перестает возрастать. При этом длительность импульса выходного ШИМ-сигнала характеризуется числом Nr и имеет относительную длительность θr.
В установившемся режиме Δθn = 0, то есть разница между исходным и восстановленным из выходного сигнала напряжениями меньше величины зоны нечувствительности компаратора, то есть можно считать U≈U(6). Отсюда и из (4) следует выражение для передаточной функции модулятора:

Figure 00000010

причем Uоп должно быть противоположно U по знаку.The last condition begins to be satisfied at some point in time t r (see Fig. 2), when the difference between the voltages at the input of the comparator 3 enters the deadband of the comparator and the output value ceases to increase. In this case, the pulse width of the output PWM signal is characterized by the number N r and has a relative duration θ r .
In the steady state, Δθ n = 0, i.e., the difference between the initial and reconstructed voltages from the output signal is less than the value of the dead band of the comparator, i.e., U≈U can be considered (6). From here and from (4) follows the expression for the transfer function of the modulator:
Figure 00000010

and U op must be opposite to U in sign.

Из выражений (3) и (4) видно, что коэффициент передачи модулятора в принципе не зависит от значения постоянной времени интегратора τ. Тем самым показано, что присущая прототипу погрешность, вызываемая отклонениями реальных значений постоянных времени интеграторов друг от друга и от периода ШИМ-сигнала, в заявляемом устройстве отсутствует, а значит, повышена точность преобразования входного напряжения в относительную длительность импульса ШИМ-сигнала. It can be seen from expressions (3) and (4) that the transmission coefficient of the modulator in principle does not depend on the value of the integrator time constant τ. Thus, it is shown that the inherent error of the prototype caused by deviations of the real values of the integrator time constants from each other and from the period of the PWM signal is absent in the claimed device, which means that the accuracy of converting the input voltage to the relative pulse width of the PWM signal is increased.

Кроме отмеченного повышения точности, устройство обладает лучшей технологичностью. Согласно вышесказанному в структуру широтно-импульсного модулятора введены практически только цифровые компоненты, а исключены интеграторы, требующие по условию применения прецизионных резисторов и конденсаторов, а также сумматор и умножитель, также содержащие резисторы. В настоящее время цифровые компоненты значительно доступнее и практичнее прецизионных аналоговых, так как они относительно дешевле, более технологичны в интегральном исполнении и имеют существенно лучшие массогабаритные показатели по сравнению с дискретными прецизионными и сверхпрецизионными элементами. Тем самым достигается упрощение широтно-импульсного модулятора по сравнению с прототипом, повышается надежность устройства, снижается его стоимость. In addition to the marked increase in accuracy, the device has better adaptability. According to the foregoing, practically only digital components are introduced into the structure of a pulse-width modulator, and integrators are excluded, which require the use of precision resistors and capacitors, as well as an adder and multiplier, also containing resistors. At present, digital components are much more affordable and more practical than precision analogue ones, since they are relatively cheaper, more technologically advanced in integrated design and have significantly better overall dimensions compared to discrete precision and superprecision elements. This simplifies the pulse-width modulator compared to the prototype, increases the reliability of the device, reduces its cost.

Источники информации
1. Смолов В.Б., Угрюмов Е.П., Артамонов А.Б. и др. Времяимпульсные вычислительные устройства./ Под ред. В.Б. Смолова, Е.П. Угрюмова. - М.: Радио и связь, 1983.
Sources of information
1. Smolov VB, Ugryumov EP, Artamonov A.B. et al. Time-pulse computing devices. / Ed. V.B. Smolova, E.P. Ugryumova. - M .: Radio and communications, 1983.

2. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. 2. Count R. Electronic circuits: 1300 examples: Per. from English - M.: Mir, 1989.

3. А. С. СССР N 1619391, МКИ5 H 03 K 7/08, опубл. 07.01.1991. Бюл. N 1 (прототип).3. A. S. USSR N 1619391, MKI 5 H 03 K 7/08, publ. 01/07/1991. Bull. N 1 (prototype).

Claims (1)

Широтно-импульсный модулятор, содержащий генератор синхронизирующих импульсов, источник опорного напряжения, компаратор, первый ключ, интегратор, устройство выборки-хранения, причем выход первого ключа соединен с входом интегратора, выход которого соединен с информационным входом устройства выборки-хранения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены распределитель импульсов, второй ключ и цифровой накапливающий формирователь широтно-импульсного модулированного (ШИМ) сигнала, причем выход источника опорного напряжения соединен с информационным входом первого ключа, выход устройства выборки-хранения объединен с информационным входом второго ключа и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого является входом широтно-импульсного модулятора, а выход соединен с информационным входом цифрового накапливающего формирователя ШИМ-сигнала, выход которого является выходом широтно-импульсного модулятора и объединен с входом синхронизации распределителя импульсов, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого ключа, второго ключа и устройства выборки-хранения, выходы первого и второго ключей объединены, а выход генератора синхронизирующих импульсов соединен с входом синхронизации цифрового накапливающего формирователя ШИМ-сигнала. A pulse-width modulator comprising a clock pulse generator, a reference voltage source, a comparator, a first key, an integrator, a sample-storage device, the output of the first key being connected to an integrator input, the output of which is connected to an information input of the sample-storage device, characterized in that an impulse distributor, a second switch and a digital accumulating driver of a pulse-width modulated (PWM) signal are additionally introduced into it, and the output of the reference voltage source is connected nen with the information input of the first key, the output of the sample-storage device is combined with the information input of the second key and the inverting input of the comparator, the non-inverting input of which is the input of the pulse-width modulator, and the output is connected to the information input of the digital accumulating driver of the PWM signal, the output of which is the output pulse-width modulator and combined with the synchronization input of the pulse distributor, the first, second and third outputs of which are connected to the control inputs respectively of the first key, the second key, and the sample-storage device, the outputs of the first and second keys are combined, and the output of the synchronizing pulse generator is connected to the synchronization input of the digital accumulating driver of the PWM signal.
RU2000113145/09A 2000-05-25 2000-05-25 Pulse-width modulator RU2171011C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000113145/09A RU2171011C1 (en) 2000-05-25 2000-05-25 Pulse-width modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000113145/09A RU2171011C1 (en) 2000-05-25 2000-05-25 Pulse-width modulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2171011C1 true RU2171011C1 (en) 2001-07-20

Family

ID=20235139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000113145/09A RU2171011C1 (en) 2000-05-25 2000-05-25 Pulse-width modulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2171011C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2613522C1 (en) * 2015-12-03 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Device of forming double-channel pulse-modulated signal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СМОЛОВ В.Б. и др. Время-импульсные вычислительные устройства. - М.: Радио и связь, 1983, с. 137-139. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2613522C1 (en) * 2015-12-03 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Device of forming double-channel pulse-modulated signal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4112428A (en) Clocked precision integrating analog to digital converter system
WO2000003317A1 (en) High resolution pulse width setting from relatively low frequency clocks
JPH0783267B2 (en) Device for converting a binary signal into a DC signal proportional thereto
RU2171011C1 (en) Pulse-width modulator
US5534863A (en) Low resolution, high linearity digital-to-analog converter without trim
US4389637A (en) Digital to analog converter
RU2433528C2 (en) Digital-to-analogue converter
RU2145149C1 (en) Sigma-delta analog-to-digital converter
RU2149449C1 (en) Time-pulse quadrature converter
RU2185022C1 (en) Nonlinear pulse-width modulator
RU2159506C1 (en) Code-analog converter
SU741289A1 (en) Functional digital-analogue converter
SU962992A1 (en) Integrating analogue-to-code converter
SU959120A1 (en) Angle-to-code converter
SU752780A1 (en) Amplitude-pulsed demodulator
SU1665530A1 (en) Frequency modulator
SU771858A1 (en) Digital frequency synthesizer
SU577527A1 (en) Arrangement for multiplying frequencies
SU862134A1 (en) Device for forming pulse sequences with preset phase changing law
SU900293A1 (en) Multiplying device
SU1109872A1 (en) Device for digital phase discriminating of pulse sequences at unequal frequencies
SU681554A1 (en) Digital-analog polynominal converter
SU1107138A1 (en) Function generator
SU1311032A1 (en) Device for converting pulse-time signal to digital code
SU698116A1 (en) Digital-analogue generator

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070712

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170526