двухфазный генератор гармонических сигналов

Формула изобретения

ДВУХФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый блок постоянной памяти, первый умножающий цифроаналоговый преобразователь и первый сумматор, последовательно соединенные второй блок постоянной памяти, второй умножающий цифроаналоговый преобразователь и второй сумматор, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений выходных сигналов, введены управляемый генератор пилообразного напряжения, инвертор, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого сумматора, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый и второй формирователи импульсов, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, при этом аналоговый вход первого умножающего цифроаналогового преобразователя соединен с входами первого и второго формирователей импульсов, с входом инвертора и подключен к выходу управляемого генератора пилообразного напряжения, первый вход которого соединен с входом обнуления реверсивного счетчика и является входом сигнала "Пуск" двухфазного генератора гармонических сигналов, входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с выходами соответственно второго и первого боков постоянной памяти, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с другими входами соответственно первого и второго сумматоров, аналоговый вход второго умножающего цифроаналогового преобразователя подключен к выходу инвертора, а второй вход управляемого генератора пилообразного напряжения является входом управляющего напряжения двухфазного генератора гармонических сигналов, первым и вторым выходами которого являются выходы соответственно первого и второго фильтров нижних частот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, например в томографии на основе ядерного магнитного резонанса.

Целью изобретения является уменьшение нелинейных искажений выходных сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема двухфазного генератора гармонических сигналов; на фиг. 2 пример конкретной реализации совокупности блоков генератора; на фиг. 3 диаграммы напряжений в отдельных точках генератора, поясняющие его работу.

Двухфазный генератор гармонических сигналов содержит управляемый генератор 1 пилообразного напряжения, первый 2 и второй 3 формирователи импульсов, инвертор 4, реверсивный счетчик 5 импульсов, второй и первый блоки 6, 7 постоянной памяти, первый 8 и второй 9 умножающие цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 10 и второй 11 ЦАП, первый 12 и второй 13 сумматоры, равный 14 и второй 15 фильтры нижних частот, входные шины 16, 17 и выходные шины 18, 19 устройства.

Работает двухфазный генератор гармонических сигналов следующим образом.

Перед началом работы дискретные значения функций синуса и косинуса в диапазоне 0-360 заносятся в блоки 6, 7 постоянной памяти (в блок 7 записаны коды синуса, а в блок 6 косинуса).

В режиме генерации при подаче разрешающего потенциала на первый вход управляемого генератора 1 пилообразного напряжения (см. фиг. 3, а) снимается сигнал сброса реверсивного счетчика 5 и одновременно начинают формироваться прямое и инверсное пилообразные напряжения (см. фиг. 3, б, в) на выходах управляемого генератора 1 пилообразного напряжения и инвертора 4. Формирователи импульсов 2 и 3 вырабатывают тактовые импульсы (см. фиг. 3, г) синхронно с задним фронтом пилообразного напряжения, причем период пилообразного напряжения, а следовательно, и частота тактовых импульсов являются функцией амплитуды управляющего напряжения U, подаваемого на второй вход генератора 1. При этом знак прямого пилообразного напряжения определяется знаком управляющего напряжения U, а тактовые импульсы, формируются в зависимости от знака напряжения U на выходе только одного из формирователей импульсов 2 или 3.

Тактовые импульсы, поступая на один их входов (суммирующий или вычитающий) реверсивного счетчика 5, вызывают формирование на его выходных шинах кода, который поступает на адресные входы блоков 6, 7 постоянной памяти. Таким образом, изменение полярности управляющего напряжения U приводит к обращению аргумента времени генерируемых функций. Кодовые сигналы с выходов блоков 6, 7 постоянной памяти подаются на информационные входы ЦАП 10, 11, в результате чего на выходах последних формируются кусочно-постоянные сигналы, аппроксимирующие функции синуса и косинуса (см. фиг. 3, д, е). Одновременно кодовые сигналы с выходов блоков 6, 7 постоянной памяти поступают на цифровые входы соответственно второго 9 и первого 8 умножающих ЦАП, при этом на аналоговые входы умножающих ЦАП 8 и 9 подаются прямой и инверсный сигналы пилообразного напряжения с выходов генератора 1 и инвертора 4. Таким образом, на выходах умножающих ЦАП 8 и 9 формируются линейно изменяющиеся сигналы, амплитуда которых определяется текущими значениями соответственно косинусной и синусной функций (см. фиг. 3, ж, з). Аналоговые сигналы с выходов ЦАП 10 и умножающего ЦАП 8 суммируются в сумматоре 12. Аналогично сигналы с выходов ЦАП 11 и умножающего ЦАП 9 суммируются в сумматоре 13.

Работа двухфазного генератора гармонических сигналов описывается системой тригонометрических уравнений:

cos (a + b) cos a cos b sin a sin b

sin (a + b) sin a cos b + cos a sin b (1)

При генерации последовательности сегментов, аппроксимирующих гармонические сигналы с тактом квантования по времени dt получим

cos (n d t + d t) cos (n d t cos d t -sin (n d t) sin d t (2)

sin (n d t + d t) sin (n d t) cos d t + +cos (n d t) sin d t, где d t такт квантования по времени генерируемого сигнала;

n номер отсчета.

Из тригонометрии известны приближенные соотношения для области малых аргументов

cos dt 1

sin dt dt dt _ 0 (3)

Тогда для интервала времени t [n dt, (n+1) dt] можно записать

cos (t) cos (n dt) sin (n dt) q (t),

sin (t) sin (n dt) + cos (n d t) q (t), (4) где q (t) t n dt.

При анализе линейного множителя q (t) видно, что внутри каждого интервала времени t [n d t, (n+1) d t]

q (m) m,

m t n d t, т.е. является линейной функцией приращения времени между отсчетами, т. е. представляет собой пилообразную функцию времени t. Таким образом, на выходах сумматоров 12, 13 формируются кусочно-линейные сигналы, аппроксимирующие синусную и косинусную функции в соответствии с выражением (4) (см. фиг. 3, и, к). Фильтры 14, 15 нижних частот сглаживают выходные сигналы.

Погрешность выражений (4), обусловленная соотношениями (3), не зависит от текущего значения n номера отсчета и является функцией только величины dt. Поэтому величина погрешности может быть снижена до требуемых пределов выбором такта dt, что эквивалентно увеличению разрядности адреса постоянной памяти, содержащей отсчеты гармонических сигналов.

На фиг. 2 представлен пример конкретной реализации совокупности блоков управляемого генератора 1 пилообразного напряжения, формирователей импульсов 2 и 3 и инвертора 4. В состав данных блоков входят последовательно соединенные операционный усилитель У, включенный по схеме интегратора, и аналоговый инвертор Инв, аналоговый ключ КЗ, и два идентичных канала синхронизации для положительных и отрицательных значений входного напряжения U, поступающего со второй входной шины 17 устройства. Каждый канал синхронизации содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения (ИОН), компаратор Ком, одновибратор Одн, аналоговый ключ К и конденсатор С. Вторые входы компараторов соединены с выходом усилителя У, который является выходом управляемого генератора 1 пилообразного напряжения. Управляющий вход ключа КЗ соединен с первой входной шиной 16 устройства. Выходы одновибраторов Одн1, Одн2 являются выходами первого и второго формирователей импульсов 2, 3. Аналоговые ключи К1, К2 подключают конденсаторы С1, С2 либо к соответствующему ИОН, либо к входу усилителя У. Если на первую входную шину 16 устройства (сигнал Старт) подан уровень логического нуля, то ключ КЗ закрыт и независимо от состояния второй входной шины 17 устройства (сигнал U) генерация отсутствует, одновременно этим же сигналом обнуляется реверсивный счетчик 5. Конденсаторы С1, С2 через ключи К1, К2 подключены к ИОН1, ИОН2. При подаче уровня логической единицы ключ К3 открывается, разрешая интегрирование на усилителе У входного напряжения U. Пусть напряжение U отрицательно. При достижении на выходе интегрирующего усилителя У напряжения, равного напряжению ИОН1, выход компаратора Ком1 переключается с логической единицы на логический нуль. Это вызывает срабатывание одновибратора Одн1, который на короткое время подключает конденсатор С1 к входу усилителя У.

Напряжение на выходе усилителя У за счет разряда конденсатора спадает до нуля (задний фронт пилообразного напряжения). Инвертор Инв (инвертор 4) формирует инверсное пилообразное напряжение. Аналогично, при подаче положительного напряжения U срабатывает другой канал генератора пилообразного напряжения и тактовых импульсов. Таким образом, при наличии разрешающего уровня на входе Старт происходит формирование прямого и инверсного пилообразных напряжений и синхронизированных с ним тактовых импульсов на выходах одного из формирователей импульсов, причем период пилообразного напряжения (а, следовательно, и частота следования импульсов) является функцией амплитуды управляющего напряжения U. Знак пилообразного напряжения определяется полярностью управляющего напряжения U, а тактовые импульсы формируются в зависимости от знака напряжения U на выходе только одного из двух одновибраторов.

Таким образом, совокупность описанных признаков позволяет повысить точность и снизить нелинейные искажения при воспроизведении гармонических сигналов, находящихся в квадратуре, за счет использования кусочно-линейной аппроксимации формы генерируемого сигнала, получаемой на основе установления перекрестных связей между каналами двухфазного генератора.