CS268312B1

CS268312B1 - Digital frequency converter connection

Info

Publication number: CS268312B1
Application number: CS876791A
Authority: CS
Inventors: Kamil Ml Doc Ing Csc Vrba; Jaromir Ing Csc Kolouch
Original assignee: Vrba Kamil; Kolouch Jaromir
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1987-09-21
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CS679187A1

Abstract

zapojení se týká číslicově kmitočtového převodníku. Podstatou řešení je, že vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se přivádí na číslicový vstup číslicové analogového převodníku, z jehož přímého proudového výstupu je nabíjen kapacitor zapojený ve zpětné vazbě operačního zesilovače. Jakmile výstupní napětí operačního zesilovače dosáhne komparačního napětí přiváděného na invertující vstup koraparátoru, Je aktivován monostabilní klopný obvod. Ten po definovanou dobu sepne elektronický spínač a kapacitorem teče navíc vybíjecí proud^ze zdroje referenčního proudu. Celý děj se periodicky opakuje, přičemž kmitočet impulsů na výstupu monostabilního klopného obvodu je přímo úměrný kódové kombinaci přiváděné na číslicový vstup číslicově analogového převodníku. Zapojení má obecně využití pro přístrojové a průmyslové aplikace se středními nároky na přesnost převodu čísla na kmitočet. Zejména Je zapojení vhodné pro konr strukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízeni krokových motorů.The connection concerns a digital-to-frequency converter. The essence of the solution is that the input code combination corresponding to the converted number is 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. As soon as the output voltage of the operational amplifier reaches the comparison voltage fed to the inverting input of the comparator, a monostable flip-flop is activated. This closes an electronic switch for a defined period of time and an additional discharge current flows through the capacitor from the reference current source. The whole process is repeated periodically, while the pulse frequency at the output of the monostable flip-flop is directly proportional to the code combination fed to the digital input of the digital-to-analog converter. The connection is generally used for instrumentation and industrial applications with medium demands on the accuracy of converting a number to a frequency. In particular, the connection is suitable for the design of programmable frequency sources for controlling stepper motors.

Description

Vynález ae týká zapojení Číslicové kmitočtového převodníku.The invention also relates to the connection of a digital frequency converter.

Je známo několik způsobů zapojení číslicově kmitočtových převodníků. U prvního z nich se převede nejprve vstupní kódová kombinace odpovídající dekadickému číslu na napětí v Číslicově analogovém převodníku a potom se toto napětí převede na kmitoGet v převodníku napětí na kmitoGet.Several ways of connecting digital frequency converters are known. In the first of these, the input code combination corresponding to the decimal number is first converted to a voltage in a digital-to-analog converter, and then this voltage is converted to a frequencyGet in a voltage-to-frequency converter.

Nevýhodou tohoto uspořádání je obvodová složitost a cenová nároCnost. Číslicově analogové převodníky jsou totiž obvykle konstruovány a přepínanými zdroji, proudu, například převodníky Gs. produkce MDAC08, MDAC565» MDAC566 a je zapotřebí převést jejich výstupní proud na napětí připojeným operačním zesilovačem. Výstupní napětí převodníku je potom nutno zpracovat v převodníku napětí na kmitoGet.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 Gs converters. produces MDAC08, MDAC565 »MDAC566 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 processed in the voltage converter to kmitoGet.

Druhý způsob převodu Čísla na kmitočet umožňují kmitočtové syntezátory. V současné době se nejCastěji používají syntezátory se smyčkou fázového závěsu, které obsahují zdroj referenčních© kmitočtu, programovatelný dělič kmitočtu, napětím,řízený oscilátor, fázové kmitočtový detektor a popřípadě i výstupní děliče kmitočtu.The second way to convert numbers to frequency is enabled by frequency synthesizers. Currently, phase-locked loop synthesizers are most commonly used, which include a reference frequency source, a programmable frequency divider, a voltage, a controlled oscillator, a phase frequency detector and possibly output frequency dividers.

Nevýhodou tohoto uspořádání je také obvodová složitost a cenová náročnost.The disadvantage of this arrangement is also the peripheral complexity and cost.

Jednoduché a cenové nenáročné je jiné uspořádání převodníku, které využívá nabíjení kapacitoru v integrátoru z proudového výstupu číslicové analogového převodníku. Výstupní napětí integrátoru se srovnává v komparátoru s komparační úrovní. Po dosažení komparační úrovně je k rezistoru zapojenému do sčítacího bodu integrátoru připojen po definovanou dobu zdroj referenčního napětí, čímž dojde k vybíjení integračního kapacitoru.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. After reaching the comparison level, a reference voltage source is connected to the resistor connected to the summing point of the integrator for a defined time, which discharges the integration capacitor.

Nevýhodou je, že elektronický spínač, používaný pro připojování zdroje referenčního napětí, vykazuje v sepnutém stavu nenulový odpor, který se navíc mění v závislosti na protékajícím proudu a Okolní teplotě. Protože se nejčastěji z důvodu vyšší rychlosti spínání užívají diodové spínače. Je zapotřebí dále-kompenzovat Jejich tzv. prahové napětí. Teplotní závislost prahového napětí diod se však obvykle beze zbytku vykompenzovat nedá. Stejně tak se při použití tranzistorových spínačů nedá zcela vykompenzovat teplotní závislost odporu sepnutého spínače.The disadvantage is that the electronic switch used to connect the reference voltage source has a non-zero resistance in the closed state, which in addition varies depending on the current flowing and the ambient temperature. Because diode switches are most often used due to the higher switching speed. It is necessary to further-compensate their so-called threshold voltage. 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 the closed switch cannot be completely compensated.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení číslicově kmitočtového převodníku, jehož podstatou je, že vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému Číslu se přivádí na Číslicový vstup číslicové analogového převodníku, Jehož přímý proudový výstup je spojen s invertujicím vstupem operačního zesilovače. Přitom mezi invertujici vstup operačních© zesilovače a společný vodič je připojena sériová kombinace zdroje referenčního proudu a elektronického spínače a mezi invertujici vstup operačního zesilovače a Jeho výstup Je zapojen kapacitor. NeinvertuJící vstup operačního zesilovače je spojen se spoléčným vodičem a jeho výstup potom s nednvertujícím vstupem komparátoru. Mezi invertujici vstup komparátoru a společný vodič Je připojen zdroj komparačního napěti. Výstup komparátoru Je zaveden na vstup monostabilního klopného obvodu, do Jehož blokovacího vstupu je zaveden blokovací signál, vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. Výstup monostabilního klopného obvodu je spojen jednak s řídícím vstupem elektronického spínače a jednak výstupní svorkou číslicově kmitočtového převodníku.These disadvantages are largely eliminated by the connection of a 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 non-inverting input of the operational amplifier is connected to a common conductor and its output is then connected to the non-inverting input of the comparator. A comparator voltage source is connected between the inverting comparator input and the common wire. The output of the comparator is introduced at the input of a monostable flip-flop circuit, into the blocking input of which a blocking signal is introduced, generated in circuits not shown in more detail. The output of the monostable flip-flop circuit is connected on the one hand to the control input of the electronic switch and on the other hand to the output terminal of the digital-frequency converter.

Výhodou zapojení číslicově kmitočtového převodníku je Jednoduchost zapojení a s tím spojená nižší cenová náročnost. Nedochází také ke snižování přesnosti v důsledku sezipřevodu výstupního proudu číslicově analogového převodníku na napětí a Jeho následnému převodu na kmitočet, protože v daném případě se výstupní proud číslicově analogového převodníku převede přímo na kmitočet. Další výhodou Je, že se v něm neuplatňují nežádoucí vlastnosti elektronického spínače v sepnutém stavu Jako je konečný odpor sepnutého spínače a jeho teplotní závislost, protože z hlediska spínání proudu příliš na těchto reálných vlastnotech spínače nezáleží. Výhodou také Je, že elektronický spínač lze realizovat velmi jednoduše pomocí dvou diod, přičemž není zapotřebí uvažovat jejich zbytkový odpor v sepnutém stavu ani jejich prahové napětí a Jeho teplotní závislost.The advantage of connecting a digital-frequency converter is the simplicity of connection and the associated lower cost. There is also no reduction in accuracy due to the conversion of the output current of the digital-to-analog converter to its voltage and its subsequent conversion to frequency, because in this case the output current of the digital-to-analog converter is converted directly to frequency. 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 to it, because these real properties of the switch do not matter too much in terms of current switching. Another advantage is that 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.

CS 26θ 312 B1CS 26θ 312 B1

Vynález je v dalším blíže popsán podle připojeného výkresu, na kterém je znázorněno příkladné provedení zapojení číslicové kmitočtového převodníku.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment of a digital frequency converter connection is shown.

Vstupní kódová kombinace odpovídající převáděnému číslu se přivádí na číslicový ) vstup Číslicové analogového převodníku 1. Přímý proudový výstup číslicové analogového převodníku 1 je spojen s invertujícím vstupuem operačního zesilovače £. Mezi invertující vstup operačního zesilóvače 2 ^a společný vodič je připojena sériová kombinace zdroje 2 referenčních© proudu a elektronického spínače. Mezi invertující vstup operačního zesilovače 5 ^a jeho výstup je zapojen kapacitor 4. Neinvertující vstup operačního zesilovače 2 3® spojen se společným vodičem 6 a jeho výstup potom s neinvertujícím vstupem komparátoru 8. Mezi invertující vstup komparátoru β a společný vodič 6. je připojen zdroj X komparačního napětí. Výstup komparátoru 8 je zaveden na vstup monostabilního klopného obvodu 2» ^d0 jeho blokovacího vstupu je zaveden blokovací signál, vytvářený v blíže neznázorněných obvodech. Výstup mobostábilního klopného obvodu 2 3® spojen jednak s řídícím vstupem elektronického spínače 2 ^a jednak .e/výstupni svorkou 10 číslicově kmitočtového převodníku.The input code combination corresponding to the converted number is fed to the digital input of the digital-to-analog converter 1. The direct current output of the digital-to-analog converter 1 is connected to the inverting input of the operational amplifier 6. A series combination of a reference current source 2 and an electronic switch is connected between the inverting input of the operational amplifier 2 ^{and the common conductor.} A capacitor 4 is connected between the inverting input of the operational amplifier 5 ^{and its output.} comparative voltage. The output of the comparator 8 is introduced at the input of the monostable flip-flop circuit 2, ^{d0 of} its blocking input. A blocking signal is introduced, generated in circuits not shown in more detail. The output of the mobile-mobile flip-flop circuit 2 3® is connected on the one hand to the control input of the electronic switch 2 ^and on the other hand to the output terminal 10 of the digital-frequency converter.

V činnosti se na číslicový vstup číslicově analogového převodníku 1 převede kódová kombinace D, odpovídající převáděnému číslu. Použijeme-li příkladně pro realizaci zapojení číslicově kmitočtového převodníku podle vynálezu osmibitový binární číslicově analogový převodník, poteče z přímého proudového výstupu číslicově analogového převodníku 1 proudIn operation, the code combination D corresponding to the converted number is converted to the digital input of the digital-to-analog converter 1. If, for example, an 8-bit binary digital-to-analog converter is used to implement the connection of a digital-frequency converter according to the invention, current flows from the direct current output of the digital-to-analog converter 1.

256 kde je dekadický ekvivalent osmibitového binárního čísla z Intervalu celých čísel256 where is the decimal equivalent of an 8-bit binary number from the Interval of Integers

O až 255 a Ιθ je vnitřní referenční proud číslicově analogového převodníku 1. V případě, že elektronický spínač 2 Ó^e rozpojen, nabíjí se tímto proudem kapacitor 4 tak dlouho, až napětí na výstupu operačního zesilovače 2 dosáhne napětí dodávaného zdrojem £ komparačního napětí. V tom okamžiku se překlopí komparátor 8 a aktivuje monostabilní klopný obvod 2» který generuje impuls délky t_r· Po tuto dobu Je sepnut elektronický spínač 2 ⁸ kapacitorem 4 teče navíc vybíjecí proud I_r· Proces nabíjení a vybíjení kapacitoru 4 se periodicky opakuje, přičemž kmitočet Impulsů na výstupu monostabilního klopného obvodu 2 3® dán vztahem0 to 255 and Ιθ is the internal reference current of the digital-to-analog converter 1. In case the electronic switch 2 ^{e e is} open, the capacitor 4 is charged with this current until the voltage at the output of the operational amplifier 2 reaches the voltage supplied by the comparator voltage source. At that moment the flip comparator 8 and activates the monostable circuit 2 »which generates a pulse of length t _r · During this time the closed electronic switch 2 ⁸ capacitor 4 flows in addition a discharge current I _r · charging and discharging the capacitor 4 is periodically repeated, wherein the frequency of the pulses at the output of the monostable flip-flop circuit 2 3® is given by the relation

256 I t r r kde význam jednotlivých veličin je shodný Jako v přechozím. Proto na výstupu monostabilního klopného obvodu 2 můžeme odebírat pravoúhlé impulsy s kmitočtem f přímo úměrným dekadickému ikvivalentu D₁₀ kódové kombinace D.256 I trr where the meaning of individual quantities is the same as in the previous one. Therefore, at the output of the monostable flip-flop circuit 2 we can take rectangular pulses with frequency f directly proportional to the decimal equivalent D _{10 of} code combination D.

Blokovací signál B, generovaný v blíže neznázornéných obvodech, slouží k zablokování monostabilního klopného obvodu 2 ^v případě, kdy na číslicový vstup číslicově analogového převodníku 1 je přivedena kódová kombinace odpovídající nulovému kmitočtu. Blokovací signál se zavádí pouze při vyšších nárocích na stabilitu nuly výstupního kmitočtu.The blocking signal B, generated in circuits not shown in more detail, serves to block the monostable flip-flop circuit 2 ^{in the} case where a code combination corresponding to zero frequency is applied to the digital input of the digital-to-analog converter 1. The blocking signal is only introduced at higher demands on the zero stability of the output frequency.

Menší nevýhodou zapojení Je okolnost, že přesnost převodu závisí na citlivosti komparátoru 8, který určuje okamžik aktivace monostabilního klopného obvodu 2 ^{a na} stabilitě časové konstanty monostabilního klopného obvodu 2» která určuje dobu vybíjení kapacitoru 4 ze zdroje 2 referenčního proudu. Při vhodném výběru obvodových prvků Je možno však tyto nevýhody potlačit a běžně lze tímto způsobem realizovat 8 až 10-bitové číslicové kmitočtové převodníky.A minor disadvantage of the circuit is the fact that the accuracy of the conversion depends on the sensitivity of the comparator 8, which determines the moment of activation of the monostable flip-flop 2 ^{and on the} stability of the time constant of the monostable flip-flop 2. However, with a suitable selection of circuit elements, these disadvantages can be overcome and 8 to 10-bit digital frequency converters can normally be implemented in this way.

Zapojení číslicově kmotočtového převodníku podle vynálezu má obecné využití pro přístojové a průmyslové aplikace se středními nároky na přesnost převodu čísla na kmiCS 268 312 B1 točet. Zejména je zapojení vhodné pro konstrukci programovatelných zdrojů kmitočtu pro řízení krokových motorů.The connection of the digital-frequency converter according to the invention has a general use for instrument and industrial applications with medium demands on the accuracy of number conversion to kmiCS 268 312 B1 turn. In particular, the circuit is suitable for the construction of programmable frequency sources for controlling stepper motors.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Connection of a digital-frequency converter, characterized in that the output of the code combination corresponding to the converted number is connected to the digital input of the digital-to-analog converter (1), whose direct current output is connected to the inverting input of the operational amplifier (5). amplifier (5) and a common conductor (6) is connected a series combination of a reference current source (2) and an electronic switch (3) and a capacitor (4) is connected between the inverting input of the operational amplifier (5) and its output, 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), when a source (7) of comparative voltage and the output of the comparator (8) are connected between the inverting input of the comparator (8) and the common conductor (6). ) is connected to the input of a monostable flip-flop circuit (9) »to the blocking input of which the output of the blocking signal is connected, the output of the monostable flip-flop circuit (9) being sp with the control input of the electronic switch (3) and with the output terminal (10) of the digital frequency converter.