ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

функциональный генератор

Классы МПК:H03B21/02 биением многих частот, те для синтеза частот
H03B27/00 Генерирование электрических колебаний, обеспечивающее несколько выходных сигналов одинаковой частоты, но отличающихся по фазе, кроме варианта с двумя выходными сигналами, находящимися в противофазе
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-09-13
публикация патента:

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в аппаратуре связи, измерительной и вычислительной технике для формирования квадратурных гармонических сигналов нескольких частот и сигналов различной формы одинаковой частоты. Достигаемый технический результат - обеспечение работоспособности при изменении в широких пределах амплитуды квадратурных сигналов. Функциональный генератор содержит источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модулей, первый и второй квадраторы, сумматор, формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы, первый и второй вычитатели, вычислитель амплитуды и делитель. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. функциональный генератор, патент № 2534939

Рисунки к патенту РФ 2534939

функциональный генератор, патент № 2534939 функциональный генератор, патент № 2534939 функциональный генератор, патент № 2534939

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в аппаратуре связи, измерительной и вычислительной технике для формирования квадратурных гармонических сигналов нескольких частот и сигналов различной формы одинаковой частоты.

Известно устройство [1], содержащее задающий генератор, триггер Шмитта, интегратор и сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно задающего генератора и триггера Шмитта, вход которого подключен к выходу интегратора, включенного между выходом сумматора и выходом функционального генератора. Устройство формирует сигналы различной формы, кроме синусоидальной.

Известно устройство [2], содержащее источник квадратурных сигналов, два двухполупериодных выпрямителя, сумматор и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены соответственно с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен формирователь биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены соответственно с первым выходом источника квадратурных сигналов, с выходом сумматора и выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.

Синтезированный сигнал треугольной формы имеет S-образные характеристики как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение) и имеет весьма низкую линейность [3], что существенно сужает область практического применения схемы. Кроме того, частота сигнала треугольной формы и биполярного сигнала прямоугольной формы вдвое превышает частоту исходного гармонического сигнала, что не позволяет при фиксированной настройке генератора получить одинаковые значения частот на всех выходах генератора.

Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип функциональный генератор [4], содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модулей, первый и второй квадраторы, сумматор, перемножитель, усилитель и формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с третьим выходом функционального генератора, второй выход которого соединен с входом формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы и с выходом сумматора, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами соответственно первого вычислителя модуля, первого квадратора, второго вычислителя модуля и второго квадратора, при этом к первому выходу источника квадратурных сигналов подключены первый вход перемножителя, а также входы первого вычислителя модуля и первого квадратора, к второму выходу источника квадратурных сигналов подключены второй вход перемножителя, а также входы второго вычислителя модуля и второго квадратора, причем усилитель включен между выходом перемножителя и первым выходом функционального генератора.

В устройстве формируются сигналы синусоидальной, треугольной формы, а также биполярный сигнал прямоугольной формы. Формирование сигнала треугольной формы возможно только при фиксированном (стабильном) значении амплитуды источника квадратурных сигналов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение работоспособности устройства при изменении в широких пределах амплитуды квадратурных сигналов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модулей, первый и второй квадраторы, сумматор и формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с третьим выходом функционального генератора, первый выход которого подключен к выходу сумматора, при этом к первому выходу источника квадратурных сигналов подключены входы первого вычислителя модуля и вход первого квадратора, ко второму выходу источника квадратурных сигналов подключены вход второго вычислителя модуля и вход второго квадратора, дополнительно введены первый и второй вычитатели, вычислитель амплитуды и делитель, второй вход которого соединен с вторым выходом функционального генератора, с входом формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы и с выходом второго вычитателя, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора и с первым входом вычислителя амплитуды, к выходу которого подключен первый вход делителя, второй вход второго вычитателя соединен с выходом второго квадратора и вторым входом вычислителя амплитуды, при этом первый и второй вход первого вычитателя подключены к выходам соответственно первого и второго вычислителей модуля, а первый и второй входы сумматора подключены к выходам соответственно первого вычитателя и делителя.

При этом вычислитель амплитуды может быть выполнен из второго сумматора и вычислителя квадратного корня, включенного между выходом второго сумматора и выходом вычислителя амплитуды, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленному изобретению. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Введение в предлагаемый функциональный генератор двух вычитателей, вычислителя амплитуды и делителя, выполнение вычислителя амплитуды из второго сумматора и вычислителя квадратного корня, а также организация новых связей между функциональными элементами позволило обеспечить работоспособность устройства при изменении в широких пределах амплитуды квадратурных сигналов.

Изобретение поясняется структурной схемой функционального генератора (фиг.1), и графиками (фиг.1-фиг.3), поясняющими принцип работы функционального генератора.

Функциональный генератор содержит источник квадратурных сигналов 1, первый 2 и второй 3 вычислители модулей, первый 4 и второй 5 квадраторы, сумматор 6, формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы 7, первый 8 и второй 9 вычитатели, вычислитель амплитуды 10 и делитель 11, второй вход которого соединен с вторым выходом функционального генератора, с входом формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы 7 и с выходом второго вычитателя 9, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора 4 и с первым входом вычислителя амплитуды 10, к выходу которого подключен первый вход делителя 11, второй вход второго вычитателя 9 соединен с выходом второго квадратора 5 и вторым входом вычислителя амплитуды 10, при этом первый и второй вход первого вычитателя 8 подключены к выходам соответственно первого 2 и второго 3 вычислителей модуля, а первый и второй входы сумматора 6 подключены к выходам соответственно первого вычитателя 8 и делителя 11, при этом к первому выходу источника квадратурных сигналов 1 подключены входы первого вычислителя модуля 2 и вход первого квадратора 4, ко второму выходу источника квадратурных сигналов 1 подключены вход второго вычислителя модуля 3 и вход второго квадратора 5, а выход сумматора 6 соединен с первым выходом функционального генератора.

Вычислитель амплитуды 10 выполнен из второго сумматора 12 и вычислителя квадратного корня 13, включенного между выходом второго сумматора 12 и выходом вычислителя амплитуды 10, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 12.

Функциональный генератор работает следующим образом. При включении функционального генератора на выходах источника квадратурных сигналов 1 (фиг.1) после окончания переходного процесса устанавливаются гармонические сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 эл.град.

функциональный генератор, патент № 2534939

где A - амплитуда, а функциональный генератор, патент № 2534939 0 - круговая частота сигналов I(t) и Q(t), связанная с циклической частотой f0 известным соотношением функциональный генератор, патент № 2534939 0=2функциональный генератор, патент № 2534939 f0.

Рассмотрим принцип формирования квазилинейного сигнала треугольной формы N1(t).

На выходе первого вычитателя 8 формируется квазилинейный сигнал:

функциональный генератор, патент № 2534939

где k1 и k2 - коэффициенты передачи первого вычитателя 8 по первому и второму входам, соответственно.

С учетом (1) выражение (2) примет следующий вид:

функциональный генератор, патент № 2534939

При k1=k2=1 амплитуда сигнала Ssint(t) будет равна амплитудному значению A сигналов I(t) и Q(t).

На фиг.2 построены графики, иллюстрирующие принцип формирования синтезированного сигнала Ssint(t), для нормированного значения амплитуды A *=1. Значение текущего угла x=функциональный генератор, патент № 2534939 0t выражено в радианах.

Период Т0 основной гармоники сигнала Ssint(t) определяется частотой функциональный генератор, патент № 2534939 0

T0=1/f0 =2функциональный генератор, патент № 2534939 /функциональный генератор, патент № 2534939 0,

следовательно, частота основной гармоники функциональный генератор, патент № 2534939 1 синтезированного сигнала треугольной формы Ssint(t) равна удвоенному значению частоты функциональный генератор, патент № 2534939 0 квадратурных сигналов I(t) и Q(t):

функциональный генератор, патент № 2534939 1=2функциональный генератор, патент № 2534939 0(или f1=2f0).

На участках «прямого хода» (от нуля до функциональный генератор, патент № 2534939 /2) и «обратного хода» (от функциональный генератор, патент № 2534939 /2 до функциональный генератор, патент № 2534939 ) сигнал Ssint(t) имеет S-образные характеристики, то есть является «квазилинейным».

В прототипе [4] предлагается осуществить линеаризацию сигнала S sint(t) следующим образом.

Оптимальное значение коэффициента передачи сумматора 6 по первому входу принимается равным 1,25; коэффициент передачи сумматора 6 по второму входу выбирается из условия k1-k2=1, откуда:

функциональный генератор, патент № 2534939

При подаче корректирующего сигнала Sk1(t) косинусоидальной формы непосредственно на второй вход сумматора 6 с выхода второго вычитателя 9 значительно повышается (более чем в 20 раз) линейность сигнала на первом выходе функционального генератора (фиг.3).

Соотношение (4) справедливо для нормированного (стабильного) значения амплитуды A* квадратурных сигналов I(t) и Q(f). В том случае, если амплитуда А этих сигналов будет изменяться (возрастать или уменьшаться), то выражение (4) не будет корректным и потребует уточнения.

Как следует из уравнения (3) при равенстве коэффициентов k1 =k2=1 амплитуда Asint сигнала Ssint (t) будет равна амплитудному значению А сигналов I(t) и Q(f), то есть Asint=A.

Найдем зависимость амплитуды Ak1 корректирующего сигнала Sk1 (t) от изменения амплитуды А квадратурных сигналов I(t) и Q(f).

Алгоритм формирования корректирующего сигнала S k1(t) основан на известных тригонометрических вычислениях:

функциональный генератор, патент № 2534939

где k3 и k4 - коэффициенты передачи второго вычитателя 9 соответственно по первому и второму входу;

функциональный генератор, патент № 2534939

где m1 и m2 - коэффициенты передачи соответственно первого 4 и второго 5 квадраторов.

При совместном решении (5) и (6) получим:

функциональный генератор, патент № 2534939

При k3m1=k 4m2=1 выражение (7) упрощается:

функциональный генератор, патент № 2534939

где функциональный генератор, патент № 2534939 1=2функциональный генератор, патент № 2534939 0 - частота гармонического сигнала Sk (t), равная удвоенному значению частоты функциональный генератор, патент № 2534939 0 квадратурных сигналов I(t) и Q(t).

Из (8) следует, что в прототипе между изменением амплитуды А квадратурных сигналов I(t) и Q(t) и амплитудой Ak1 корректирующего сигнала Sk1(t) существует нелинейная (квадратичная) зависимость Ak1=A2, что не позволяет сохранить высокую линейность сигнала N1 (t) на первом выходе функционального генератора при изменении амплитуды А квадратурных сигналов I(t) и Q(t).

В этом случае значение коэффициента передачи по второму входу сумматора 6 необходимо выбирать, руководствуясь следующим соотношением: k5A-k6A2=1, откуда для заданного оптимального значения коэффициента передачи сумматора 6 по первому входу k5, найдем оптимальное значение коэффициента передачи сумматора 6 по второму входу:

функциональный генератор, патент № 2534939

Из (9) возникает необходимость в нелинейной коррекции коэффициента k6, при изменении амплитуды A квадратурных сигналов I(t) и Q(t), что значительно усложнит практическую реализацию такого корректирующего устройства.

Устранение данного недостатка функционального генератора осуществляется с помощью вычислителя амплитуды 10 и делителя 11.

На выходе второго сумматора 12 формируется сигнал:

функциональный генератор, патент № 2534939

где k7 и k8 - коэффициенты передачи второго сумматора 12 по первому и второму входам соответственно.

При m1k 7=m2k8=1 выражение (9) упрощается:

функциональный генератор, патент № 2534939

Из (11) следует, что на выходе второго сумматора формируется постоянное напряжение E1, равное квадрату амплитудного значения A.

На выходе вычислителя квадратного корня 13, а, следовательно, на выходе вычислителя амплитуды, будет напряжение E2=A, которое поступает на первый вход делителя 11. На второй вход делителя 11 поступает сигнал Sk1(t), поэтому на выходе делителя 11, а, следовательно, на втором входе сумматора 6, в этом случае будет сформирован сигнал:

функциональный генератор, патент № 2534939

Из (12) следует, что амплитуда A k2 корректирующего сигнала Sk2(t) всегда будет равна амплитудному значению А квадратурных сигналов I(t) и Q(f), то есть Ak2=A при любых отклонениях амплитуды А от нормированного или любого другого установленного значения.

Работа формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы 6, выполненного, например, из усилителя-ограничителя, пояснений не требует.

Использование предлагаемого изобретения позволит обеспечить работоспособность устройства при изменении в широких пределах амплитуды квадратурных сигналов.

Источники информации

1. Пат. 2221327 Российская Федерация, МПК7 H03K 3/02. Функциональный генератор / Ким К.К. и др.; заявитель и патентообладатель «Петербургский государственный университет путей сообщения» - № 2001121641/09; заявл. 01.08.01; опубл. 27.06.03, Бюл. № *. - 7 с.: 5 ил.

2. Шустов М. Функциональный генератор. - Радиомир. 2010, № 7, с.26-27.

3. Лозицкий С. Схемотехнические САПР: возможности и проблемы эффективного использования. Схемотехника, 2007, № 3, с.38-40.

4. Пат. 101291 Российская Федерация, МПК7 H03B 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). № 2010137125/09; заявл. 06.09.2010; опубл. 10.01.11, Бюл. № 1. - 8c.: 5 ил.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модулей, первый и второй квадраторы, сумматор и формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы, выход которого соединен с третьим выходом функционального генератора, первый выход которого подключен к выходу сумматора, при этом к первому выходу источника квадратурных сигналов подключены входы первого вычислителя модуля и вход первого квадратора, ко второму выходу источника квадратурных сигналов подключены вход второго вычислителя модуля и вход второго квадратора, отличающийся тем, что в него введены первый и второй вычитатели, вычислитель амплитуды и делитель, второй вход которого соединен с вторым выходом функционального генератора, с входом формирователя биполярных сигналов прямоугольной формы и с выходом второго вычитателя, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора и с первым входом вычислителя амплитуды, к выходу которого подключен первый вход делителя, второй вход второго вычитателя соединен с выходом второго квадратора и вторым входом вычислителя амплитуды, при этом первый и второй вход первого вычитателя подключены к выходам соответственно первого и второго вычислителей модуля, а первый и второй входы сумматора подключены к выходам соответственно первого вычитателя и делителя.

2. Функциональный генератор по п.1, отличающийся тем, что вычислитель амплитуды выполнен из второго сумматора и вычислителя квадратного корня, включенного между выходом второго сумматора и выходом вычислителя амплитуды, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2534939

patent-2534939.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H03B21/02 биением многих частот, те для синтеза частот

Класс H03B27/00 Генерирование электрических колебаний, обеспечивающее несколько выходных сигналов одинаковой частоты, но отличающихся по фазе, кроме варианта с двумя выходными сигналами, находящимися в противофазе



Наверх