CS268039B1 - Accurate digital-to-frequency converter - Google Patents
Accurate digital-to-frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- CS268039B1 CS268039B1 CS877547A CS754787A CS268039B1 CS 268039 B1 CS268039 B1 CS 268039B1 CS 877547 A CS877547 A CS 877547A CS 754787 A CS754787 A CS 754787A CS 268039 B1 CS268039 B1 CS 268039B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- digital
- input
- output
- frequency
- circuit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Zapojeni ee týká přesného číslicové kmitočtového převodníku. Podstatou řeéani Je, že vstupní kódové kombinace odpovídající převáděnému číslu ee přivádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku, z Jehož přímého proudového výstupu Je nabíjen kapacltor zapojený ve zpětné vazbě operačnlho zesilovače. Oakmile výstupní napětí operačního zesilovače dosáhne komparačního napěti přiváděného na invertujici vstup komparátoru, připraví se číslicový obvod k činnosti. Vlastní aktivace číslicového obvodu vSak nastane až po příchodu zvolené hrany signálu o referenčním kmitočtu, který Je přiváděn na hodinový vstup tohoto obvodu, číslicový obvod vydá Impuls přesně definované délky odvozené od referenčího kmitočtu. Po dobu trváni impulsu Je sepnut elektronický aplnač a kapacitorem teče navic vybíjecí proud ze zdroje referenčního proudu. Celý děj ee neustále opakuje, přičemž kmitočet impulsů na výstupní svorce přesného číslicově kmitočtového převodníku Je přímo úměrný kódové kombinaci přivé děné na číslicový vstup číslicově analogového převodníku. Blokovací signál přiváděný ne blokovací vstup číslicového obvodu slouží k zablokováni druhého výetupu čislicovéo obvodu v případě, kdy na číslicový vstup číslicově analogového převodníku Je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Zapojeni mé obecné využiti pro přístrojové a průmyslové aplikace β vysokými nároky na přesnost převodu čísla na kmitočet. Zejména Je zapojení vhodné pro konstrukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízeni krokových motorů.The connection of the ee concerns a precise digital-to-frequency converter. The essence of the solution is that the input code combinations corresponding to the converted number ee are fed to the digital input of the digital-to-analog converter, from whose direct current output a capacitor connected in the feedback of the operational amplifier is charged. When the output voltage of the operational amplifier reaches the comparison voltage fed to the inverting input of the comparator, the digital circuit is prepared for operation. However, the actual activation of the digital circuit occurs only after the arrival of the selected edge of the reference frequency signal, which is fed to the clock input of this circuit, the digital circuit issues a pulse of a precisely defined length derived from the reference frequency. For the duration of the pulse, an electronic buffer is switched on and an additional discharge current from the reference current source flows through the capacitor. The whole process is constantly repeated, while the pulse frequency at the output terminal of the precise digital-to-frequency converter is directly proportional to the code combination applied to the digital input of the digital-to-analog converter. The blocking signal applied to the blocking input of the digital circuit serves to block the second output of the digital circuit in the case when a code combination corresponding to zero frequency is applied to the digital input of the digital-to-analog converter. The circuit is generally used for instrumentation and industrial applications with high demands on the accuracy of converting numbers to frequencies. In particular, the circuit is suitable for the construction of programmable frequency sources for controlling stepper motors.
Description
Vynález ee týká přesného číslicová kmitočtového převodníku.The invention ee relates to a precision digital frequency converter.
Je známo několik způsobů převodu číela na kmitočet. U prvního z nich se převede vstupní kódová kombinace odpovídající dekadickému číslu na napětí v číslicově analogovém převodníku a potom se toto napětí převede na kmitočet v převodníku napětí na kmitočet .Several ways of converting a head to a frequency are known. In the first of these, the input code combination corresponding to the decimal number is converted to a voltage in the digital-to-analog converter, and then this voltage is converted to a frequency in the voltage-to-frequency converter.
Nevýhodou tohoto uspořádání je obvodová složitost a cenová náročnost. Číslicově analogové převodníky jsou totiž obvykle konstruovány s přepínanými zdroji proudu, například převodníky ča. produkce MDAC08, MDAC565 , M0AC566 a je zapotřebí převést jejich výstupní proud na napětí připojeným operačním zesilovačem. Výstupní napětí převodníku je potom nutno dále zpracovat v převodníku napětí na kmitočet.The disadvantage of this arrangement is the peripheral complexity and cost. This is because digital-to-analog converters are usually designed with switched current sources, such as tea converters. produces MDAC08, MDAC565, M0AC566 and it is necessary to convert their output current to voltage by a connected operational amplifier. The output voltage of the converter must then be further processed in the voltage-to-frequency converter.
Druhý způsob převodu čísla na kmitočet umožňuji kmitočtové syntezátory, V současné době se nejčastěji užívají syntezátory se smyčkou fázového závěsu, které sestávají ze zdroje referenčního kmitočtu, programovatelného děliče kmitočtu, napětím řízeného oscilátoru, fázově kmitočtového detektoru a popřípadě ještě z výstupního děliče kmitočtu.The second method of converting a number to frequency is enabled by frequency synthesizers. Currently, phase-locked loop synthesizers are most commonly used, which consist of a reference frequency source, a programmable frequency divider, a voltage controlled oscillator, a phase frequency detector and possibly an output frequency divider.
Nevýhodou tohoto uspořádání je také obvodová složitost a cenová náročnost.The disadvantage of this arrangement is also the peripheral complexity and cost.
Jednoduché a cenově nenáročné je jiné uspořádáni převodníku, které využívá nabíjení kapacitoru v integrátoru z proudového výstupu číslicově analogového převodníku. Výstupní napětí integrátoru se srovnává v komparátoru s komparační úrovni, Po dosažení komparační úrovně je k rezistoru zapojenému do sčítaciho bodu integrátoru připojen po definovanou dobu určenou časovou konstantou monostabilního klopného obvodu zdroj referenčního napětí, čímž dojde k vybíjení integračního kapacitoru. Podobné uspořádání využívá k vybíjení Integračního kapacitoru zdroje referenčního proudu.Simple and inexpensive is another converter arrangement that uses charging the capacitor in the integrator from the current output of a digital-to-analog converter. The output voltage of the integrator is compared in the comparator with the comparison level. A similar arrangement uses a reference current source to discharge the Integration Capacitor.
Společnou nevýhodou obou uspořádání je okolnost, že přesnost převodu závisí na citlivosti komparátoru, který určuje okamžik aktivace monostabilního klopného obvodu a na stabilitě časové konstanty tohoto monostabilního klopného obvodu.A common disadvantage of both arrangements is the fact that the accuracy of the conversion depends on the sensitivity of the comparator, which determines the moment of activation of the monostable flip-flop circuit and on the stability of the time constant of this monostable flip-flop circuit.
Lepších výsledků se dosahuje u zapojení převodníku čísla na kmitočet podobné koncepce Jako v předchozím, u kterého je doba vybíjeni kapacitoru odvozena z oscilátoru řízeného krystalem.Better results are obtained by connecting a number-to-frequency converter of a similar concept as in the previous one, in which the discharge time of the capacitor is derived from a crystal-controlled oscillator.
Nevýhodou tohoto uspořádání je okolnost, že vybíjení kapacitoru ee děje tak, že k rezistoru zapojenému do sčítaciho bodu integrátoru je pomocí elektronického spínače připojen po určitou dobu zdroj referenčního napětí. Proto se v plné míře uplatni nenulový odpor sepnutého elektronického spínače a závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a okolní teplotě. Navíc při použiti diodového spínače je dále zapotřebí kompenzovat tzv. prahové napětí diod. Teplotní závislost prahového napětí diod se však obvykle beze zbytku vykompenzovat nedá. Stejně tak se pří použiti tranzistorových spínačů nedá zcela vykompenzovat teplotní závislost odporu sepnutého spínače.The disadvantage of this arrangement is the fact that the discharge of the capacitor ee takes place in such a way that a reference voltage source is connected to the resistor connected to the summing point of the integrator by means of an electronic switch for a certain time. Therefore, the non-zero resistance of the closed electronic switch and the dependence of this resistance on the flowing current and the ambient temperature are fully applied. In addition, when using a diode switch, it is also necessary to compensate for the so-called threshold voltage of the diodes. However, the temperature dependence of the threshold voltage of the diodes usually cannot be completely compensated. Likewise, when using transistor switches, the temperature dependence of the resistance of a closed switch cannot be completely compensated.
Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení přesného číslicově kmitočtového převodníku, jehož podstatou je, že vstupní kódové kombinace, odpovídající převáděnému číslu, se přivádí na čialicový vstup číslicově analogového převodníku, jehož přímý proudový výstup je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače. Přitom mezi invertující vstup operačního zesilovače a společný vodič Je připojena sériová kombinace zdroje referenčního proudu a elektronického spínače a mezí invertující vstup operačního zesilovače a Jeho výstup je zapojen kapacitor. Nainvertujíci vstup operačního zesilovače Je spojen se společným vodičem a jeho výstup potom s neinvertujicím vstupem komparátoru. Mezí invertujici vstup komparátoru a společný vodič je připojen zdroj komparačního napětí. Výstup komparátoru je zaveden na vstup číslicového obvodu. Na hodinový vstup čislicového obvodu Je přiveden signál o referenčním kmitočtu a na Jeho blokovací vstup pak blokovací signál vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. Prvni výstup číslicového obvodu je spojen s řídicím vstupem elektronického spínače a druhý vystup s výstupní svorkou přenosného číslicově kmitočtového převodníku.These disadvantages are largely eliminated by the connection of a precision digital-to-frequency converter, the essence of which is that the input code combination corresponding to the converted number is fed to the digital input of a digital-to-analog converter whose direct current output is connected to the inverting input of an operational amplifier. A series combination of a reference current source and an electronic switch is connected between the inverting input of the operational amplifier and the common conductor, and a capacitor is connected between the inverting input of the operational amplifier and its output. The inverting input of the operational amplifier It is connected to a common conductor and its output is then connected to the non-inverting input of the comparator. A source of comparison voltage is connected between the inverting input of the comparator and the common conductor. The output of the comparator is fed to the input of a digital circuit. A signal of a reference frequency is applied to the clock input of a digital circuit, and a blocking signal generated in circuits not shown in more detail is applied to its blocking input. The first output of the digital circuit is connected to the control input of the electronic switch and the second output to the output terminal of the portable digital frequency converter.
Výhodou zapojeni přesného číslicově kmitočtového převodníku je jednoduchost zaCS 26Θ 039 Bl pojeni e vysoká přesnost převodu. V daném případě nedochází ke snižováni přesnosti v důsledku mezipřevodu výstupního proudu číslicově analogového převodníku na napětí a jeho následnému převodu na kmitočet, protože výstupní proud číslicově analogového převodníku se převede přímo na kmitočet. Výhodné je, že na přeenoat převodu nemá vliv citlivost komperátoru ani stabilita časové konstanty monostabilního klopného obvodu, které určuje dobu, po kterou ae bude kapecitor ve zpětné vazbě operačního zesilovače vybíjet. Doba vybíjeni Je totiž odvozena od signálu o referenčním kmitočtu, který se přivádí na hodinový vstup číslicového obvodu. Další výhodouje, že se v něm neuplatňují nežádoucí vlastnosti elektronického spínače v sepnutém stavu jako je konečný odpor sepnutého epinače a Jeho teplotní závislost, protože z hlediska spínání proudu příliš na těchto reálných vlastnostech spínače nezáleží. Elektronický spínač proto lze realizovat velmi jednoduše pomocí dvou diod, přičemž není zapotřebí uvažovat Jejich zbytkový odpor v sepnutém stavu ani jejich prahové napěti a Jeho teplotní závislost.The advantage of connecting a precision digital-frequency converter is the simplicity of the connection and the high accuracy of the conversion. In this case, there is no reduction in accuracy due to the intermediate conversion of the output current of the digital-to-analog converter to its voltage and its subsequent conversion to frequency, because the output current of the digital-to-analog converter is converted directly to frequency. Advantageously, the sensitivity of the converter is not affected by the sensitivity of the comparator or the stability of the time constant of the monostable flip-flop, which determines the time for which the capecitor will discharge in the feedback of the operational amplifier. This is because the discharge time is derived from a reference frequency signal which is fed to the clock input of a digital circuit. Another advantage is that the undesired properties of the electronic switch in the closed state, such as the final resistance of the closed switch and its temperature dependence, do not apply in it, because these real properties of the switch do not matter too much in terms of current switching. Therefore, the electronic switch can be realized very simply by means of two diodes, while it is not necessary to consider their residual resistance in the closed state or their threshold voltage and its temperature dependence.
Vynález je v dalším bliže popsán podle připojeného výkresu, na kterém je znázorněno příkladné provedení přesného číslicově kmitočtového převodníku.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment of a precision digital frequency converter is shown.
Vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se přivádí na číslicový vstup číslicově analogového převodníku JL. Přímý proudový výstup číslicově analogového převodníku 1 Je spojen e invertujíclm vstupem operačního zesilovače 5. Mezi invertujici vstup operačního zesilovače 5 a společný vodič je připojena sériová kombinace zdroje 2 referenčního proudu a elektronického spínače 3. Mezi invertujici vstup operačního zesilovače 5 a jeho výstup je zapojen kapacitor 4, přičemž neinvertujici vstup operačního zesilovače 5. je spojen se společným vodičem 6 a jeho výetup potom s neinvertujícím vstupem komparátoru 8. Přitom mezi invertujici vstup komparátoru B a společný vodič 6 je připojen zdroj 7 komparačního napěti a výetup komparátoru 8 Je zaveden ne vstup číslicového obvodu 9. Na hodinový vstup číslicového obvodu 9 Je přiveden signál o referenčním kmitočtu a na blokovací vstup potom blokovací signál, vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. První výstup číslicového obvodu 9 je spojen a řídicím vstupem elektronického spínače 3 a druhý výetup a výstupní svorkou 10 přesného číslicově kmitočtového převodníku.The input code combination corresponding to the converted number is fed to the digital input of the digital-to-analog converter JL. The direct current output of the digital-to-analog converter 1 is connected to the inverting input of the operational amplifier 5. A series combination of a reference current source 2 and an electronic switch 3 is connected between the inverting input of the operational amplifier 5 and the common conductor. 4, wherein the non-inverting input of the operational amplifier 5 is connected to the common conductor 6 and its output is then connected to the non-inverting input of the comparator 8. circuit 9. A signal of the reference frequency is applied to the clock input of the digital circuit 9 and then a blocking signal generated in circuits not shown in more detail to the blocking input. The first output of the digital circuit 9 is connected to the control input of the electronic switch 3 and the second output to the output terminal 10 of the precision digital frequency converter.
V činnosti se na číslicový vstup číslicově analogového převodníku £ přivede kódová kombinace 0 odpovídající převáděnému číslu. Použijeme-li příkladně pro realizaci přesného číslicově kmitočtového převodníku podle vynálezu dvanáctibitový binární číslicově analogový převodník, poteče z přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku i proudIn operation, a code combination 0 corresponding to the converted number is applied to the digital input of the digital-to-analog converter £. If, for example, a 12-bit binary digital-to-analog converter is used to implement a precision digital-frequency converter according to the invention, current also flows from the direct current output of the digital-to-analog converter.
Σ12- ! 4096 kde Djq je dekadický ekvivalent dvanáctlbitového binárního čísla z intervalu celých čísel 0 až 4095 a IQ Je vnitřní referenční proud číslicově analogového převodníku V případě, že elektronický spínač 3 je rozpojen, nabíjí ae tímto proudem kapacitor 4. Výetupní napěti operačniho zesilovače 5 je sledováno komparátorem 8, který se překlopí v tom okamžiku, kdy výstupní napětí operačního zesilovače 5 dosáhne komparační úrovně dané zdrojem 7 komparačního napěti. Tím se připravi číslicový obvod 9 k činnosti. Vlastni aktivace číslicového obvodu 9 však nastane až po příchodu zvolené hrany signálu o referenčním kmitočtu £ , který Je přiváděn na hodinový vstup tohoto obvodu. Číslicový obvod vydá impuls přesně definované délky tf odvozené od referenčního kmitočtu £ . Impuls je k dispozici jak na prvním, tak i na druhém výstupu číslicového obvodu 9. Po dobu trváni impulsu je sepnut elektronický spínač 3 a kapacltoram 4 teče navíc vybíjecí proud Lr ze zdroje 2 referenčního proudu. Proces nabíjeni a vybíjení kapacitoru 4 ae periodicky opakuje, přičemž kmitočet impulsů ne prvním i druhém výstupu číslicového obvodu 9 Je dán vztahemΣ12-! 4096 where Djq is the decimal equivalent of a twelve-bit binary number from the range of integers 0 to 4095 and I Q is the internal reference current of the digital-to-analog converter. comparator 8, which flips when the output voltage of the operational amplifier 5 reaches the comparison level given by the comparison voltage source 7. This prepares the digital circuit 9 for operation. However, the actual activation of the digital circuit 9 occurs only after the arrival of the selected edge of the signal with the reference frequency £, which is fed to the clock input of this circuit. The digital circuit outputs a pulse of precisely defined length t f derived from the reference frequency £. The pulse is available at both the first and the second output of the digital circuit 9. For the duration of the pulse, the electronic switch 3 is closed and the capacitor 4 additionally flows a discharge current L r from the reference current source 2. The process of charging and discharging the capacitor 4 and e periodically repeats, the frequency of pulses not at the first and second output of the digital circuit 9.
I --------2-------- 0 , 4096 I tI -------- 2 -------- 0, 4096 I t
CS 286 039 01 kde význam jednotlivých veličin je shodný jako v předchozím. Proto na výstupní svorce 10 přesného číslicově kmitočtového převodníku můžeme odebírat pravoúhlé impuley s kmitočtem f přímo úměrným dekadickému ekvivalentu kódové kombinace 0.CS 286 039 01 where the meaning of individual quantities is the same as in the previous one. Therefore, on the output terminal 10 of the precision digital-frequency converter, we can take rectangular impulsions with a frequency f directly proportional to the decimal equivalent of the code combination 0.
Poněkud složitější způsob generování Impulsu v číslicovém obvodě 9 je dán tím, že z důvodu vysoké přesnosti převodu je délka impulsu odvozena z referenčního kmitočtu f , který je dodáván z blíže neznázorněného krystalem řízeného oscilátoru. Okamžitý kmitočet výstupního signálu přesného číslicově kmitočtového převodníku není z tohoto důvodu zcela přesně úměrný vstupní kódové kombinaci. V kapacitoru 4 je však chyba každého převodu zapamatována a jakmile dojde k nahromadění chyby nad určitou mez, je převodníkem provedena oprava výstupního kmitočtu. V průběhu delšího časového intervalu je proto převod čísla na kmitočet velmi přesný. Běžně lze na tomto principu realizovat 12-bitové a vícebitové číslicově kmitočtové převodníky.A somewhat more complicated method of generating a pulse in the digital circuit 9 is due to the fact that due to the high accuracy of the conversion, the pulse length is derived from a reference frequency f which is supplied from a crystal-controlled oscillator (not shown). For this reason, the instantaneous frequency of the output signal of the precision digital frequency converter is not exactly proportional to the input code combination. However, in the capacitor 4, the error of each conversion is memorized, and as soon as the error accumulates above a certain limit, the converter performs the correction of the output frequency. Therefore, the conversion of a number to a frequency is very accurate over a longer time interval. Normally, 12-bit and multi-bit digital-to-frequency converters can be implemented on this principle.
Blokovací signál B přiváděný na blokovací vstup číslicového obvodu 9, generovaný v blíže neznázorněných obvodech, slouží k zablokování druhého výstupu číslicového obvodu 3 v případě, kdy na číslicový vstup číslicově analogového převodníku £ Je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Blokovací signál se využívá pouze při vyěších nárocích na stabilitu nuly výstupního kmitočtu.The blocking signal B applied to the blocking input of the digital circuit 9, generated in circuits not shown in more detail, serves to block the second output of the digital circuit 3 in the case where a code combination corresponding to zero frequency is applied to the digital input of the digital-to-analog converter. The blocking signal is only used for higher demands on the zero stability of the output frequency.
Přesný číslicově kmitočtový převodník podle vynálezu má obecné využiti e je ho možno s výhodou aplikovat všude tam, kde je zapotřebí velmi přesný převod čísla na kmitočet. Zejména lze přesný číslicově kmitočtový převodník podle vynálezu využít pro pří’ strojové a průmyslové aplikace, například pro konstrukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízeni krokových motorů.The precision digital frequency converter according to the invention has a general use and can be advantageously applied wherever a very precise conversion of a number to frequency is required. In particular, the precision digital frequency converter according to the invention can be used for machine and industrial applications, for example for the construction of programmable frequency sources for controlling stepper motors.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS877547A CS268039B1 (en) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | Accurate digital-to-frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS877547A CS268039B1 (en) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | Accurate digital-to-frequency converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS754787A1 CS754787A1 (en) | 1989-07-12 |
| CS268039B1 true CS268039B1 (en) | 1990-03-14 |
Family
ID=5424827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS877547A CS268039B1 (en) | 1987-10-20 | 1987-10-20 | Accurate digital-to-frequency converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS268039B1 (en) |
-
1987
- 1987-10-20 CS CS877547A patent/CS268039B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS754787A1 (en) | 1989-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5594631A (en) | Digital pulse width modulator for power supply control | |
| US3277395A (en) | Pluse width modulator | |
| US3928809A (en) | Pulse width control system | |
| US3916226A (en) | Method and circuitry to control the deflection of a piezoelectric element | |
| US5323156A (en) | Delta-sigma analog-to-digital converter | |
| GB2035729A (en) | Control circuit for an electrical or electromechanical oscillation system | |
| US4057796A (en) | Analog-digital converter | |
| CS268039B1 (en) | Accurate digital-to-frequency converter | |
| EP0089158A2 (en) | Clock controlled dual slope voltage to frequency converter | |
| US6069577A (en) | A/D conversion device provided with a gain calibration arrangement | |
| US4672236A (en) | Voltage-to-frequency converter circuit | |
| CS268035B1 (en) | Accurate number to frequency converter | |
| JPS61277211A (en) | Frequency converter | |
| CS268312B1 (en) | Digital frequency converter connection | |
| US4507624A (en) | Voltage-to-frequency converters | |
| CS268304B1 (en) | Connecting the number to frequency converter | |
| CS266037B1 (en) | Simple digit-to-frequency converter | |
| JPH01245618A (en) | Frequency fixer of oscillator | |
| KR0145860B1 (en) | Frequency multiplier using d/a converter | |
| CZ246589A3 (en) | high-speed digital-to-frequency converter | |
| SU1352619A1 (en) | A-d converter | |
| SU1343404A1 (en) | D.c.voltage stabilizer | |
| GB1016341A (en) | Improvements in and relating to the generation of oscillations and their applicationto testing | |
| SU1735831A1 (en) | Pulsed voltage converter | |
| SU1534435A1 (en) | Ac voltage regulator |