RU2377721C1

RU2377721C1 - Device for converting analogue signal to time modulated pulse sequence

Info

Publication number: RU2377721C1
Application number: RU2008128886/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Батарев (RU); Сергей Васильевич Батарев; Юрий Алексеевич Кирдяшкин (RU); Юрий Алексеевич Кирдяшкин; Иван Иванович Кортюков (RU); Иван Иванович Кортюков; Артем Павлович Осокин (RU); Артем Павлович Осокин; Павел Викторович Устинов (RU); Павел Викторович Устинов
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: physics; communications.

SUBSTANCE: invention relates to multichannel systems for converting and transmitting information with time multiplexing and can be used in measurement techniques and communication devices. The device has a multiplexer, a controller, a trigger, an AND component, a binary counter, a time-pulse sequence generator, a power amplifier, a code-controlled amplifier, a programmable memory module, a binary p-bit counter and an analogue-to-digital converter.

EFFECT: reduced weight and size due to cutting on the number of matching devices to just one, which is common for all measurement channels.

2 dwg

Description

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с уплотнением по времени и может быть использовано в измерительной технике и устройствах связи.The invention relates to multi-channel information conversion and transmission systems with time-division multiplexing and can be used in measuring equipment and communication devices.

Известно устройство (см. патент РФ № 2289200, опубликован в Бюллетене изобретений № 34 от 10.12.2006), содержащее коммутатор, контроллер, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией и распределитель тактовых импульсов, двоичный счетчик, триггер, логический элемент «И», аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь время-импульсной последовательности, включающий сумматор и формирователи опорных и измерительных импульсов, выходы которых соединены со входами сумматора соответственно, выход которого соединен со входом усилителя мощности, первый выход коммутатора соединен с первым входом формирователя измерительных импульсов, вход формирователя опорных импульсов соединен с первым выходом распределителя тактовых импульсов, второй выход коммутатора соединен с аналоговым входом АЦП, цифровые выходы которого соединены со входами двоичного счетчика соответственно, пусковой вход АЦП соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов, а выход «готовность данных АЦП» соединен с тактовым входом коммутатора и входом управления параллельной загрузки двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов и первым входом триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом распределителя тактовых импульсов, а выход соединен с первым входом логического элемента «И», второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты с кварцевой стабилизацией, а выход соединен со счетным входом двоичного счетчика.A device is known (see RF patent No. 2289200, published in the Bulletin of inventions No. 34 of 12/10/2006), comprising a switch, a controller including serially connected clock oscillator with quartz stabilization and a clock distributor, binary counter, trigger, logic element “AND ", An analog-to-digital converter (ADC), a time-pulse sequence former, including an adder and reference and measuring pulse generators, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, respectively, the output which is connected to the input of the power amplifier, the first output of the switch is connected to the first input of the measuring pulse generator, the input of the reference pulse generator is connected to the first output of the clock distributor, the second output of the switch is connected to the analog input of the ADC, the digital outputs of which are connected to the inputs of the binary counter, respectively, the starting the ADC input is connected to the second output of the clock distributor, and the “ADC data ready” output is connected to the clock input of the switch and the input board for parallel loading of a binary counter, the output of which is connected to the second input of the measuring pulse generator and the first input of the trigger, the second input of which is connected to the third output of the clock distributor, and the output is connected to the first input of the logic element "I", the second input of which is connected to the second output a clock frequency generator with quartz stabilization, and the output is connected to the counting input of a binary counter.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.

Недостатком устройства является ограниченность выбора типа датчика по динамическому диапазону и необходимость установки индивидуальных согласующих устройств для каждого датчика с целью нормирования их сигналов.The disadvantage of this device is the limited choice of type of sensor for the dynamic range and the need to install individual matching devices for each sensor in order to normalize their signals.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, позволяющего исключить установку индивидуальных согласующих устройств для каждого датчика с целью нормирования их сигналов.The problem to which the claimed invention is directed, is to create a converter of analog signals into a pulse sequence, modulated in time, which eliminates the installation of individual matching devices for each sensor in order to normalize their signals.

Достигаемым техническим результатом заявляемого устройства является уменьшение габаритно-массовых характеристик за счет уменьшения количества индивидуальных согласующих устройств до одного, общего для всех измерительных каналов (датчиков).Achievable technical result of the claimed device is to reduce the overall mass characteristics by reducing the number of individual matching devices to one common to all measuring channels (sensors).

Для достижения технического результата в преобразователе аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, содержащем многоканальный коммутатор, контроллер, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией и распределитель тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И», второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты, а выход логического элемента «И» соединен со счетным входом двоичного счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера и первым входом формирователя измерительных импульсов, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорных импульсов, вход которого соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов, третий выход которого соединен с пусковым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены со входами двоичного счетчика соответственно, вход управления параллельной загрузки которого соединен с выходом «готовность данных» аналого-цифрового преобразователя, выход сумматора соединен со входом усилителя мощности, новым является то, что дополнительно введены кодоуправляемый усилитель, программируемый модуль памяти и двоичный р-разрядный счетчик, выходы которого соединены с цифровыми входами многоканального коммутатора и программируемого модуля памяти, выходы которого соединены со входами кодоуправляемого усилителя, вход которого соединен с выходом многоканального коммутатора, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, выход «готовность данных» которого соединен со счетным входом двоичного р-разрядного счетчика, выход переполнения которого соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов, вход программируемого модуля памяти является входом данных.To achieve a technical result in a converter of analog signals into a time-modulated pulse sequence containing a multi-channel switch, a controller including a clock-connected oscillator with quartz stabilization and a clock distributor, the first output of which is connected to the first input of the trigger, the output of which is connected to the first the input of the logical element "AND", the second input of which is connected to the second output of the clock generator, and the output of the logical about the element “I” is connected to the counting input of the binary counter, the output of which is connected to the second input of the trigger and the first input of the measuring pulse generator, the output of which is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the reference pulse former, the input of which is connected to the second output clock distributor, the third output of which is connected to the starting input of an analog-to-digital converter, the digital outputs of which are connected to the inputs of the binary counter, respectively, the input parallel load control which is connected to the output "data readiness" of the analog-to-digital converter, the adder output is connected to the input of the power amplifier, the new one is that a code-controlled amplifier, a programmable memory module and a binary p-bit counter, the outputs of which are connected to digital inputs, are additionally introduced a multi-channel switch and a programmable memory module, the outputs of which are connected to the inputs of a code-controlled amplifier, the input of which is connected to the output of a multi-channel switch torus, and an output connected with an analog input of the analog-digital converter, the output "data ready" which is connected to the counting input of the binary p-bit counter whose overflow output is connected to a second input of the measuring pulse input of the programmable memory module is the input data.

Введение кодоуправляемого усилителя, программируемого модуля памяти и двоичного р-разрядного счетчика позволяет уменьшить количество индивидуальных для каждого измерительного канала согласующих устройств до одного, общего для всех каналов, что влияет на сокращение времени подготовки к испытаниям за счет исключения настройки каждого канала.The introduction of a code-controlled amplifier, a programmable memory module, and a binary p-bit counter allows one to reduce the number of individual matching devices for each measuring channel to one common to all channels, which affects the reduction of test preparation time by eliminating the settings for each channel.

На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства. На фиг.2 приведена временная диаграмма работы преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, гдеFigure 1 shows a diagram of the inventive device. Figure 2 shows the timing diagram of the Converter of analog signals into a pulse sequence, modulated in time, where

t_пр - время преобразования АЦП,t _CR - the conversion time of the ADC,

t_изм - измеряемый интервал,t _ISM - measured interval,

t_{изм.мин} - минимальный измеряемый интервал,t _meas.min - the minimum measured interval,

t_{изм.макс} - максимальный измеряемый интервал.t _meas . max - maximum measured interval.

Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени (с кодоуправляемым усилителем), содержит контроллер 1, включающий последовательно соединенные генератор тактовой частоты с кварцевой стабилизацией 2 и распределитель тактовых импульсов 3, многоканальный коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, триггер 6, логический элемент «И» 7, двоичный счетчик 8, формирователь время-импульсной последовательности 9, включающий формирователи опорных 10 и измерительных импульсов 11 и сумматор 12, усилитель мощности 13, кодоуправляемый усилитель 14, программируемый модуль памяти 15, двоичный р-разрядный счетчик 16.The converter of analog signals into a time-modulated pulse sequence (with a code-controlled amplifier) contains a controller 1, which includes a series-connected clock with a quartz stabilization 2 and a clock distributor 3, multi-channel switch 4, analog-to-digital converter 5, trigger 6, logical element "And" 7, binary counter 8, the shaper time-pulse sequence 9, including the shapers of the reference 10 and the measuring pulses 11 and the adder 12, strengthen Power 13, code-controlled amplifier 14, programmable memory module 15, binary p-bit counter 16.

Аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 соединен с выходом кодоуправляемого усилителя 14, цифровые выходы АЦП 5, сигналы которых в совокупности образуют цифровой код, соединены с соответствующими входами DI двоичного счетчика 8, обеспечивающими по сигналу «Готовность данных АЦП» параллельную асинхронную загрузку двоичного цифрового кода, выход, «готовность данных АЦП» 5 соединен со счетным входом двоичного р-разрядного счетчика 16 и входом управления параллельной загрузки двоичного счетчика 8, выход переполнения PD которого соединен с первым входом формирователя измерительных импульсов 11 и вторым входом триггера 6, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И» 7, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовой частоты 2 с кварцевой стабилизацией, а выход логического элемента «И» 7 соединен со счетным входом двоичного счетчика 8. Выход формирователя измерительных импульсов 11 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорных импульсов 10, вход которого соединен со вторым выходом распределителя тактовых импульсов 3, третий выход которого соединен с пусковым входом АЦП 5, выход сумматора 12 соединен со входом усилителя мощности 13, являющегося выходом устройства. Выходы двоичного р-разрядного счетчика 16 соединены с цифровыми входами многоканального аналогового коммутатора 4 и программируемого модуля памяти 15, выходы которого соединены со входами кодоуправляемого усилителя 14, вход которого соединен с выходом аналогового коммутатора 4, выход переполнения р-разрядного счетчика 16 соединен со вторым входом формирователя измерительных импульсов 11, вход программируемого модуля памяти 15 является входом данных.The analog input of the analog-to-digital converter (ADC) 5 is connected to the output of the code-controlled amplifier 14, the digital outputs of the ADC 5, the signals of which together form a digital code, are connected to the corresponding DI inputs of the binary counter 8, which provide parallel asynchronous download on the signal “ADC data readiness” binary digital code, output, “ADC data availability” 5 is connected to the counting input of the binary p-bit counter 16 and the parallel load control input of the binary counter 8, the overflow output PD of which about connected to the first input of the shaper of the measuring pulses 11 and the second input of the trigger 6, the output of which is connected to the first input of the logic element "I" 7, the second input of which is connected to the second output of the clock generator 2 with quartz stabilization, and the output of the logic element "And" 7 is connected to the counting input of the binary counter 8. The output of the measuring pulse generator 11 is connected to the first input of the adder 12, the second input of which is connected to the output of the reference pulse former 10, the input of which is connected to the second the output of the clock distributor 3, the third output of which is connected to the starting input of the ADC 5, the output of the adder 12 is connected to the input of the power amplifier 13, which is the output of the device. The outputs of the binary p-bit counter 16 are connected to the digital inputs of the multi-channel analog switch 4 and the programmable memory module 15, the outputs of which are connected to the inputs of the code-controlled amplifier 14, the input of which is connected to the output of the analog switch 4, the overflow output of the p-bit counter 16 is connected to the second input shaper measuring pulses 11, the input of a programmable memory module 15 is a data input.

Преобразователь аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени, работает следующим образом. Перед началом работы по шине ввода исходных данных в программируемый модуль памяти 15 заносится информация о значениях коэффициента усиления для каждого измерительного канала.The converter of analog signals into a pulsed sequence, modulated in time, works as follows. Before starting work on the input data bus to the programmable memory module 15, information about the values of the gain for each measuring channel is entered.

При поступлении импульса на пусковой вход АЦП 5 начинается цикл преобразования установившегося на его аналоговом входе АИМ-сигнала в двоичный n-разрядный код, по окончании которого импульсом «Готовность данных АЦП» с выхода АЦП 5 производится его параллельная загрузка в двоичный счетчик 8, через двоичный р-разрядный счетчик 16 переключение аналогового коммутатора 4 и установка коэффициента усиления кодоуправляемого усилителя 14 для формирования АИМ-сигнала очередного датчика (канала).When a pulse arrives at the ADC 5 start-up input, a cycle begins of converting the AIM signal established at its analog input to an n-bit binary code, at the end of which the ADC 5 data readiness pulse from the ADC 5 output is parallel loaded into binary counter 8, via binary p-bit counter 16 switching the analog switch 4 and setting the gain of the code-controlled amplifier 14 to generate the AIM signal of the next sensor (channel).

После формирования опорного импульса через минимальное время t_мин, определяемое разрешающей способностью приемо-передающих и регистрирующих систем, контроллер 1 вырабатывает синхронизированный с тактовой частотой импульс, устанавливающий триггер 6 в положение логической единицы, разрешая тем самым импульсам тактовой частоты проходить через логический элемент "И" 7 на счетный вход двоичного счетчика 8, работающего на вычитание. При переходе счетчика 8 через ноль на выходе переполнения счетчика 8 появляется импульс, поступающий на второй вход формирователя измерительного импульса 11 и первый вход триггера 6, приводя его в исходное состояние, в результате чего закрывается ключ 7 и прекращается поступление импульсов тактовой частоты на счетчик 8, чем обеспечивается однократность появления измерительного импульса в измеряемом интервале. Время появления измерительного импульса относительно опорного импульса пропорционально значению сигнала на аналоговом входе АЦП 5.After the formation of the reference pulse after a minimum time t _min , determined by the resolving power of the transceiver and recording systems, the controller 1 generates a pulse synchronized with the clock frequency, which sets the trigger 6 in the position of a logical unit, thereby allowing the clock pulses to pass through the logical element "AND" 7 to the counting input of the binary counter 8, working on subtraction. When the counter 8 passes through zero at the overflow output of the counter 8, a pulse appears that arrives at the second input of the measuring pulse shaper 11 and the first input of the trigger 6, bringing it to its original state, as a result of which the key 7 is closed and the clock pulses to the counter 8 are stopped, what provides a single occurrence of the measuring pulse in the measured interval. The time of occurrence of the measuring pulse relative to the reference pulse is proportional to the value of the signal at the analog input of the ADC 5.

Таким образом, описание работы показывает, что заявляемый преобразователь позволяет сократить количество индивидуальных согласующих устройств до одного, общего для всех измерительных каналов (датчиков).Thus, the description of the work shows that the inventive Converter allows you to reduce the number of individual matching devices to one common to all measuring channels (sensors).

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достижения технического результата изготовлен и испытан лабораторный макет преобразователя аналоговых сигналов в импульсную последовательность, модулированную по времени. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого преобразователя и подтвердили его ценность.In order to confirm the feasibility of the claimed object and achieve a technical result, a laboratory prototype of the converter of analog signals into a pulsed time-modulated sequence has been manufactured and tested. The tests showed the feasibility of the inventive Converter and confirmed its value.

Claims

A converter of analog signals into a time-modulated pulse sequence containing a multichannel switch, a controller including serially connected clock oscillator with quartz stabilization and a clock distributor, the first output of which is connected to the first input of the trigger, the output of which is connected to the first input of the logic element "AND ", The second input of which is connected to the second output of the clock generator, and the output of the logic element" AND "is connected to the counting input binary counter, the output of which is connected to the second input of the trigger and the first input of the measuring pulse generator, the output of which is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the reference pulse generator, the input of which is connected to the second output of the clock distributor, the third output of which is connected to the starting input of the analog-to-digital converter, the digital outputs of which are connected to the inputs of the binary counter, respectively, the input of the parallel loading control which the readiness of the data of the analog-to-digital converter is connected to the output, the adder output is connected to the input of the power amplifier, characterized in that a code-controlled amplifier, a programmable memory module and a binary p-bit counter, the outputs of which are connected to the digital inputs of the multi-channel switch and programmable memory module, are additionally introduced the outputs of which are connected to the inputs of a code-controlled amplifier, the input of which is connected to the output of a multi-channel switch, and the output is connected to an analog input a scarlet-digital converter, the output data availability which is connected to a binary counting input of p-bit counter whose overflow output is connected to a second input of the measuring pulse input of the programmable memory module is the input data.