Устройство формирования абсолютного значения сигнала

Полезная модель относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования однополярных аналого-цифровых преобразователей в биполярные.

Техническим результатом является повышение точности формирования абсолютного значения сигнала при одновременном увеличении быстродействия.

Устройство формирования абсолютного значения сигнала содержит два компаратора, инвертор, два аналоговых ключа, фазовращатель, сумматор.

3 ил. 1 П. Ф-лы.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования однополярных аналого-цифровых преобразователей в биполярные.

Уровень техники

Известно устройство формирования абсолютного значения сигнала, содержащее схему управления, пять аналоговых ключей, конденсатор и повторитель напряжения на операционном усилителе ([1, с.31, рис.37] -Микросхемы АЦП и ЦАП. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.-432 с.: ил.+CD).

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие и низкая точность формирования абсолютного значения сигнала.

Наиболее близким по технической сущности, является устройство формирования абсолютного значения сигнала, содержащее инвертор, два аналоговых ключа, два компаратора, причем вход устройства подключен одновременно к первому (неинвертирующему) входу первого компаратора, второму (инвертирующему) входу второго компаратора, входу первого аналогового ключа, входу инвертора, выход которого подключен ко входу второго аналогового ключа; второй и первый входы, соответственно, первого и второго компараторов, «заземлены»; выходы первого и второго компараторов подключены к входам управления соответствующих аналоговых ключей, выходы которых являются выходом устройства. (Ратхор Т.С.Цифровые измерения. АЦП/ЦАП. - М.: Техносфера 2006.-392 с; рис.6.50, стр.266).

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие и

низкая точность формирования абсолютного значения сигнала.

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению точности формирования абсолютного значения сигнала при одновременном увеличении быстродействия.

Технический результат достигается тем, что в устройство формирования абсолютного значения сигнала, содержащее два компаратора, инвертор, два аналоговых ключа, введены фазовращатель и сумматор, причем вход устройства подключен одновременно к первому (неинвертирующему) входу первого компаратора, второму (инвертирующему) входу второго компаратора, входу фазовращателя, входу инвертора, выход которого подключен ко входу второго аналогового ключа; выход фазовращателя подключен ко входу первого аналогового ключа; второй и первый входы, соответственно, первого и второго компараторов, «заземлены»; выходы первого и второго компараторов подключены к входам управления соответствующих аналоговых ключей, выходы которых являются входами сумматора, выход которого служит сигнальным выходом устройства; выход первого компаратора одновременно является знаковым выходом устройства.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена структурная схема устройства формирования абсолютного значения сигнала.

На фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

На фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие недостатки прототипа.

Осуществление полезной модели

Устройство формирования абсолютного значения сигнала содержит два компаратора 1 и 2, фазовращатель 3, инвертор 4, два аналоговых ключа 5 и 6, сумматор 7, причем вход устройства подключен одновременно к первому (неинвертирующему) входу компаратора 1, второму (инвертирующему) входу компаратора 2, входу фазовращателя 3, инвертора 4; выход фазовращателя 3 подключен к сигнальному входу первого аналогового ключа 5; выход инвертора 4 подключен к сигнальному входу второго аналогового ключа 6; второй и первый входы, соответственно, компараторов 1 и 2, «заземлены»; выходы компараторов 1 и 2 подключены к входам управления, соответственно, аналоговых ключей 5 и 6, выходы которых являются входами сумматора 7, выход которого служит сигнальным выходом устройства; выход компаратора 1 одновременно является знаковым выходом устройства.

Структурная схема устройства формирования абсолютного значения сигнала приведена на фиг.1.

Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.2.

Устройство формирования абсолютного значения сигнала призвано определить знак (полярность) уровня напряжения входного сигнала и ретранслировать сигнал далее с заданным коэффициентом передачи, в случае его положительной полярности, а в случае отрицательной полярности, дополнительно подвергнуть транслируемый сигнал инверсии.

В основе принципа функционирования предлагаемого устройства лежит тот факт, что прохождение сигнала по i-му участку электрической цепи сопровождается его задержкой на некоторое время t_i.

Устройство формирования абсолютного значения сигнала работает следующим образом.

В случае поступления на вход устройства сигнала положительной полярности:

- компаратор 1 формирует сигнал с уровнем логической единицы, фиг.2.б;

- компаратор 2 формирует сигнал с уровнем логического нуля, фиг.2.в;

- на знаковый выход устройства поступает сигнал с уровнем логической единицы;

- аналоговый ключ 5 переводится в открытое состояние;

- аналоговый ключ 6 переводится в закрытое состояние;

- входной сигнал, сдвинутый на время t (фиг.2.д), посредством фазовращателя 3, транслируется, через открытый аналоговый ключ 5, на первый вход сумматора 7;

- сумматор 7 нормирует коэффициент передачи устройства и транслирует сигнал на выход, фиг.2.е.

В случае поступления на вход устройства сигнала отрицательной полярности:

- компаратор 1 формирует сигнал с уровнем логического нуля, фиг.2.б;

- компаратор 2 формирует сигнал с уровнем логической единицы, фиг.2.в;

- на знаковый выход устройства поступает сигнал с уровнем логического нуля;

- аналоговый ключ 5 переводится в закрытое состояние;

- аналоговый ключ 6 переводится в открытое состояние;

- входной сигнал, инвертированный и сдвинутый на время t (фиг.2.г), посредством инвертора 4, транслируется, через открытый аналоговый ключ 6, на второй вход сумматора 7;

- сумматор 7 нормирует коэффициент передачи устройства и транслирует сигнал на выход, фиг.2.е.

В предлагаемом устройстве, имеет место параллельная обработка сигнала, выполняемая в соответствии с условием:

где t_инв - время прохождения сигнала через инвертор (инвертор 4);

t_{комп.1, 2} - время срабатывания первого компаратора (компаратор 1), второго компаратора (компаратор 2);

t_{ак1, 2} - время срабатывания первого аналогового ключа (аналоговый ключ 5), второго аналогового ключа (аналоговый ключ 6);

t_фв - время прохождения сигнала через фазовращатель (фазовращатель 3).

Предлагаемое устройство характеризуется тем, что:

1) в силу некритичности времени задержки, вносимом инвертором 4, в цепях операционных усилителей, на базе которых выполняется как инвертор 4 так и фазовращатель 3, возможно использование цепей коррекции, что в свою очередь, обеспечивает более качественное воспроизведение формы входного сигнала (с меньшей степенью искажения) на более высоких частотах нежели в прототипе.

2) возможность приведения времени прохождения сигнала через фазовращатель 3 и инвертор 4 (прежде всего за счет изменения параметров цепи коррекции) к суммарному времени переключения компаратора 1 (2) и аналогового ключа 5 (6), обеспечивает безъискаженное формирование формы абсолютного значения сигнала.

То есть, в предлагаемом устройстве имеет место повышение точности формирования абсолютного значения сигнала при одновременном увеличении быстродействия.

Данное утверждение в полной мере подтверждается временными диаграммами поясняющими принцип работы прототипа, фиг.3.

Алгоритм функционирования прототипа, предполагает, что входной сигнал, в случае его положительной полярности, коммутируется на выход устройства без какой бы-то ни было предварительной обработки. А в случае отрицательной полярности, предварительно подвергается инвертированию.

Учитывая конечное время срабатывания компараторов, ключей (фиг.3.б,в), фазовый сдвиг сигнала на выходе инвертора (фиг.3.г), а так же возможное несовпадение коэффициентов передачи устройства при трансляции инвертированного и неинвертированного сигналов, правомерно утверждать о низком быстродействии и низкой точности формирования

абсолютного значения сигнала (фиг.3.д) прототипом.

Устройство формирования абсолютного значения сигнала, содержащее два компаратора, инвертор, два аналоговых ключа; вход устройства подключен одновременно к первому (неинвертирующему) входу первого компаратора, второму (инвертирующему) входу второго компаратора, входу инвертора; выход инвертора подключен к сигнальному входу второго аналогового ключа; второй и первый входы соответственно первого и второго компараторов «заземлены»; выход первого компаратора одновременно подключен к входу управления первого аналогового ключа и знаковому выходу устройства; выход второго компаратора подключен к входу управления второго аналогового ключа, отличающееся тем, что в устройство введены фазовращатель и сумматор, причем вход фазовращателя подключен ко входу устройства, а выход - к сигнальному входу первого аналогового ключа; выходы первого и второго аналоговых ключей являются входами сумматора, выход которого служит выходом устройства.