Цифроаналоговый преобразователь

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах управления среднего и большого уровня мощности. Цель изобретения - расширение динамического и частотного диапазонов преобразования. Цифроаналоговый преобразователь содержит формирователь кода, преобразователь кода, широтно-импульсный преобразователь , генератор тактовых импульсов, делитель частоты, N ключевых усилителей, аналоговый сумматор и выходную шину. Преобразователь кода, в свою очередь, выполнен на многоканальном регистре сдвига и N логических блоках. Цель изобретения достигается путем формирования по младшим разрядам формирователя кода широтно-модулированного импульсного сигнала, а также формирования дополнительного кода с разрядностью старших разрядов формирователя кода на основе деления тактового сигнала делителем частоты и преобразования преобразователя кода сформированных сигналов в ряд широтномодулированных импульсных последовательностей , равномерно сдвинутых по фазе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл. &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 03 М 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4352190/24 (22) 30.12,87 (46) 15.04,91. Бюл, М 14 (72) А.А.Алексанян, В,А.Александров, B.À.Ãàëàõîâ, В.А.Майоров и М.С.Мухаметшина . (53) 681.325 (088,8) (56) Кибакин В,М. Основы ключевых методов ., усиления. M.. 1980, с. 97, рис. 3.11.

Авторское свидетельство СССР

М 1078587, кл. Н 03 М 1/66, 1981. (54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах управления среднего и большого уровня мощности. Цель изобретения — расширение динамического и частотного диапазонов преобразования.

Цифроаналоговый преобразователь содерИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах управления параметрами электрической энергии среднего и большого уровня мощности.

Целью изобретения является расширение динамического и частотного диапазо нов преобразования.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема цифроаналогового преобразователя; на фиг. 2 — структурная схема преобразователя кода; на фиг.3 — структурная схема логического блока; на фиг.4— структурная схема многоканального регистра сдвига; на фиг.5 — временные диаграммы работы устройства, „„5U„„1642585 А1

В жит формирователь кода, преобразователь кода, широтно-импульсный преобразователь, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, N ключевых усилителей, аналоговый сумматор и выходную шину, Преобразователь кода, в свою очередь, выполнен на многоканальном регистре сдвига и И логических блоках. Цель изобретения достигается путем формирования по младшим разрядам формирователя кода широтно-модулированного импульсного сигнала, а также формирования дополнительного кода с разрядностью старших разрядов формирователя кода на основе деления тактового сигнала делителем частоты и преобразования преобразователя кода сформированных сигналов в ряд широтномодулированных импульсных последовательностей, равномерно сдвинутых по фазе, 1 з,п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Цифроаналоговый преобразователь (фиг.1) содержит формирователь 1 кода, генератор 2 тактовых импульсов, широтно-импульсный преобразователь 3, делитель 4 частоты, преобразователь 5 кода, ключевые усилители 6.1 — 6Л, аналоговый сумматор 7, выходную шину 8.

Преобразователь 5 кода (фиг.2) выполнен на многоканальном регистре 9 и N логических блоках 10.1 — 10,N.

Для случая трехразрядного кода логический блок 10 (фиг.3) может быть выполнен, например, на трех элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементе ИЛИ и шести элементах И, а многоканальный регистр сдвига — на трех инверторах и четырех D-триггерах.

1642585

40

50 гом Т

55. На разрядные входы широтно-импульсного преобразователя 3 поступают m-n младших разрядов двоичного кода M входного сигнала с формирователя 1. При этом широтно-импульсный преобразователь 3 формирует последовательность F (фиг.5) импульсов, длительность которых определяется величиной младших разрядов кода

1ц ТО(Зм - Sz 2 ")/2 ", (1) где To — период тактового сигнала U, формируемого генератором 2;

Яу — величина двоичного кода Ы входного сигнала, m — 1

Зм= 7 а 2l: (2)

l = O

Sz — величина двоичного кода Z старших разрядов кода М; и — 1

Sz = g ZJ2J; (3)

J=О

Bl, 21 — состоянйя J-ão, !-го разрядов кодов М и Z соответственно.

Таким образом, широтно-модулированная последовательность F импульсов формируется по rn-n младшим разрядам кода входного сигнала с периодом Т тактовых импульсов UT (фиг.5), временное положение фронта которых определяет выборку двоичного кода и соответствует фронту импульсов F. Посредством деления тактовых импульсов От делителем 4 частоты осуществляется формирование двоичного кода Х, разрядность которого и определяется требуемой мноканальностью N = 2" широтноимпульсной модуляции. Состояния разрядных выходов Х1, Хг, Хз делителя 4 частоты для случая n = 3, что соответствует

8-канальной широтно-импульсной модуляции, показаны на фиг.5. Согласно выполняемой функции делитель 4 частоты может быть выполнен иэ двоичном счетчике с коэффициентом деления N.

Широтно-импульсная последовательность F и двоичный и-разрядный код Х совместно с и старшими разрядами кода M входного сигнала однозначно определяют широтно-модулированные импульсные последовательности Y1, .„, Уы, равномерно сдвинутые по фазе с периодом переключений Т TON, как функции от времени и величины m-разрядного двоичного кода, формируемого формирователем 1. Функция соответствия состояний импульсных после. довательностей Y1, ..., Уи с состояниями разрядов Х1, Хг, Хз и 21, 2г, 2з двоичных кодов Х и Z, а также с широтно-модулированной последовательностью F реализуется преобразователем 5 кода в соответствии со следующим логическим выражением; ь-(s-g

Ук = 2п (Хпк (Y (Zn-s P Х(п-s)x P Д» (Zn-1 ®

S"-Ф

Ь=О

® Х(п-i)к)9 /.Д (Zi 9 Xl ) /F: (4) (,-. ( где XJq+y = XJ(t - (К - 1)Т), К = 1, ..., N;

XJ — значение l-го разряда кода Х, изменяющегося во времени t.

В общем случае преобразователь 5 кода может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), прошитом в соответствии с выражением (4), которое можно определить в виде таблицы истинности. Например, для случая 8-канальной широтно-импульсной модуляции последовательным решением выражения (4) для

Y1,..., Уэ в зависимости от значений разрядов Х11Х21Хз1 и 21, Zz, Zs кодов Х и 2, получим программу прошивки П ЗУ. Разряды

Х11Х21Хз1 в выражении (4) соответствуют первол у каналу У1 модуляции и определяются состоянием разрядов Х1, Xz, Xs (фиг,5) двоичного кода Х, формируемого делителем

4 частоты. Для нахождения состояния последующих каналов У (l = 2, .„, 8) модуляции в выражении (4) подставляются разряды X1l, Хз, Хзь полученные временным сдвигом разрядов Х1, Xz, Хз на временной интервал (i - 1) T

Результаты решения выражения (4) сведены в табл, 1 и 2.

Логическая функция, определенная таблицей истинности 1 и 2, может быть также реализована преобразователем 5 кода (фиг.2), содержащим многоканальный регистр 9 сдвига и N логических блоков

10.1, ..., 10,N (где N = 8 для 8-канальной

ШИМ). Функциональные схемы логического блока 10 и многоканального регистра 9 сдвига для случая N = 8 представлены нэ фиг.З и 4.

Многоканальный регистр 9 сдвига предназначен для формирования N двоичных кодов, равномерно сдвинутых во времени относительно исходного двоичного кода Х, формируемого делителем 4 посредством деления выходного сигнала генератора 2. Разряды X1, Xz, Хз двоичного кода Х, поступающего на входы регистра 9 сдвига, изменяются во времени по закону меандра с периодом, соответственно 2Т, 4Т и 8Т (фиг.5), На выходах регистра 9 сдвига формируется N двоичных кодов Х1,г,з (где К 1, „., N) с относительным временным сдвиХ1к() - X11(t - (Ê - 1)Т);

Х2К(1) = Х21(1 - (K - 1)T); (5)

Хзк(1) = Xs1(t - (К - 1)T).

Принимая во внимание, что сигналы

Х11(т), Xgl(t), Xs1(t) периодичны во времени, 1642585

Таблица 1 функцию регистра сдвига можно упростить.

Так, для К =- 1, 3, 5, 7 непосредственно можно использовать Х;т(т), а для К = 2, 4, 6, 8—

%тт(т) и т,д.

Функция, выполняемая логическим блоком iO, определяется выражением (4).

Цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.

Формирователь 1 формирует на разрядных выходах m-разрядный двоичный код входного сигнала, изменение которого осуществляется при поступлении на вход синхронизации формирователя выходных импульсов U генератора 2, Младшие разряды выходного кода формирователя 1 поступают на m-n разрядные входы широтно-импульсного преобразователя 3, где преобразуются в длительность илтпульсов t<(1), фронт которых совпадает с фронтом тактовых импульсов UT, Широтномодулированная импульсная последовательность F с выхода широтно-импульсного преобразователя 3 подается на один вход преобразователя 5 кода, на другие разрядные входы которого поступают код старших разрядов Z формирователя 1 и двоичный код Х, сформированный делителем 4 путем деления гактового сигнала генератора 2.

В соответствии с логической функцией (4) по двоичным кодам Z, X и импульсному сигналу F преобразователь кода 5 формирует И импульсных последовательностей, модулированных по закону m-разрядного кода входного сигнала, которые поступают через ключевые усилители 6.1, ..., 6,N на входы аналогового сумматора 7. Суммарное импульсное напряжение 0к (фиг.5) большого уровня мощности через фильтрующее звено, входящее в состав сумматора 7 суммирующего устройства, поступает по выходной шине 8 в нагрузку, где выделяются полезные низкочастотные составляющие

UH входного сигнала. Максимальная величина Ол равна ИЕо(где Eo — амплитч",à выходных импульсов ключевых усилителей), что в

N ра больше амплитуды дополнительных высокочастотных составляющих импульсного напряжения. Выбирая частоту переключений суммарного импульсного напряжения в tO раз больше верхней частоты входного сигнала при использовании фильтрующего звена второго порядка, в ус10

50 тройстве достигается динамический диа.=. пазон преобразования порядка 04 =

= 40д8+ 20lgN.

При этом частота переключений отдельных ключевых усилителей в N раз ниже частоты изменения суммарного импульсного напряжения.

Формула иэобрзтения

1. Цифроаналоговый преобразователь, содержащий формирователь кода, выходы младших разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам- широтно-импульсного преобразователя, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и первый ключевой усилитель, о т л и ч а ешийся тем, что, с целью расширения динамического и частотного диапазонов преобразования, в него введены делитель частоты, преобразователь кода, N-1, где N— число выходов преобразователя кода, ключевых усилителей, и аналоговый сумматор, выход которого является выходной шиной, а входы через соответствующие ключевые усилители подключены к выходам преобразователя кода, первые информационные входы которого соединены с соответствующими выходами старших разрядов формироваiåëÿ кеда, вход синхронизации подключен к выходу широтно-импульсного преобразователя, а вторые информационные входы соответственно соединены с выходами делителя частоты, вход которого объединен с входом синхронизации формирователя кода и подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразователь кода выполнен на многоканальном регистре сдвига и N логических блоках, выходы которых являются выходами преобразователя кода, входы синхронизации объединены и являются входом синхронизации преобразователя кода, первые информационные входы соответственно объединены и являются первыми информационными входами преобразователя кода, вторыми информационными входал1и которого являются соответствующие входы многоканального регистра сдвига, выходы которого соответственно подключены к вторым информационным входам логических блоков, 1642585

Х2

У2 Уз У4

Хз

У5

Х2

Z1 т2

2з Y) Уз

У4

У5

О

О

1

О

О

О

11

О

О

0

1 ,0

21

1

О

О

О

О

О 40

О

О

О

О

О

1

О

1

О

О

1 ю 1 О

О

О

1

1

О

О

О

О

1

1

О

О

О

1

1

О

О

О

О

1

F

О

О

О

О

О

О

F

О

О

О

О

О

О

1

0

О

О

О

1

1

О

О

О

1

1

F

О

О

О

О

1

1

F

О

1

1

1

О

О

О

О

О

О

О

О

О

F

О

О

О

О

1

F

О

О

О

О

I

1

Продолжение табл, 1

Таблица 2

1642585 7 У8 тб

У4

Z> 2г

Х1 Хг

Y.1

2з (Риг1

Фиг2

1

7 0

0

0

0

8 О

О

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

О

1

1

1

1

1

Продолжение табл. 2

1

1

1

Ф

1

F

l642585

g gz, 3

I л г

Х,э

" из

Х, х

rz,з

1 43.. JГ

1642585

Редактор Е,Копча

Заказ 1152 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Й

Jg

Х Р

Ю

У

Уу

У

Уу

У

У7

У

Ug

Составитель В.Войтов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В.Гирняк