CS270952B1

CS270952B1 - Method of signal forming for triangle wave and device for its realization

Info

Publication number: CS270952B1
Application number: CS877958A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Rozehnal
Original assignee: Zdenek Ing Rozehnal
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1990-08-14
Also published as: CS795887A1

Abstract

The method and equipment are determined for the field of light-current low-frequency electrotechnics. The method is based on the integration of signal rectangular behaviour and simultaneous amplitude decrease elimination of the developed triangular behaviour by the amplitude control of the rectangular behaviour signal on dependence on its frequency. The equipment is formed by the connection of a gain controlled amplifier (1) with an integrating circuit (2) where the connection of this integrating circuit (2) with the amplifier (1) input or output is given by the used electronic element rate and, in most cases, the faster circuit is queued by the first to hand.<IMAGE>

Description

(57) Způsob a zařízení jsou určeny pro oblast slaboproudé nízkofrekvenční elektrotechniky. Způsob je založen na integraci obdélníkového průběhu signálu a současné eliminaci poklesu amplitudy vytvarovaného trojúhelníkového průběhu řízením amplitudy signálu obdélníkového průběhu v závislosti na jeho kmitočtu. Zařízení je tvořeno spojením zesilovače (1) s řízeným ziskem a integračního obvodu (2), kde řazení tohoto integračního obvodu (2) na vstup či výstup zesilovače (1) je dáno rychlostí použitých elektronických prvků a většinou se rychlejší obvod řadí jako první.(57) The method and the equipment are designed for the field of low-current low-frequency electrical engineering. The method is based on the integration of the rectangular waveform and at the same time eliminating the decrease in the amplitude of the formed triangular waveform by controlling the amplitude of the rectangular waveform as a function of its frequency. The device consists of the connection of the gain-controlled amplifier (1) and the integration circuit (2), where the arrangement of this integration circuit (2) to the input or output of the amplifier (1) is given by the speed of the electronic elements used.

(11) Italy (11) (13) (13) B1 B1 (51) (51) Int. H 03 Int. H 03

0BR.40BR.4

Vynález se týká způsobu tvarování signálu na průběh trojúhelníkový a zařízení к jeho provádění, kdy se převádí obdélníkový průběh daného, předem známého, konstantního kmitočtu 3 konstantní amplitudou na trojúhelníkový průběh téhož kmitočtu s konstantní amplitudou·The invention relates to a method for shaping a signal into a triangular waveform and to a device for performing the same by converting a rectangular waveform of a given, known, constant frequency 3 with a constant amplitude into a triangular waveform of the same frequency with a constant amplitude.

V současné době je tento technický problém řešen tzv. digitálně aproximujícím převodníkem· Jedná se zde o stupňovitou aproximaci, spočívající v nahrazení trojúhelníkového signálu obdélníky a postupně rostoucí, respektive klesající hodnotou amplitudy. Pro prakticky použitelnou hodnotu harmonického zkreslení vytvarovaného signálu je nezbytné použít 60 až 120 aproximačních obdélníků. Je zřejmé, že pro činnost takového tvarovače je nutné, aby jeho obvody byly schopny zpracovávat řídicí signál s kmitočtem 60 až 120krát vyšším, než má vytvarovaný výstupní signál. To je sice jediná, ale podstatná nevýhoda, která v mnoha případech* omezuje užitečné kmitočtové pásmo tvarovacího obvodu.Currently, this technical problem is solved by the so-called digitally approximating converter · It is a stepwise approximation consisting in replacing the triangular signal with rectangles and gradually increasing or decreasing the amplitude value. For practically usable harmonic distortion of the formed signal, it is necessary to use 60 to 120 approximation rectangles. Obviously, in order to operate such a former, its circuits need to be capable of processing a control signal at a frequency 60 to 120 times higher than the formed output signal. This is the only but significant disadvantage that, in many cases, limits the useful frequency band of the forming circuit.

Tuto nevýhodu odstraňuje způsob tvarování signálu na trojúhelníkový průběh a září zení к jeho provádění podle vynálezu. Podstatou způsobu je, že signál obdélníkového průběhu se integruje při současné eliminaci poklesu amplitudy signálu trojúhelníkového průběhu řízením amplitudy signálu obdélníkového průběhu v závislosti na jeho kmitočtu. Podstatou zařízení umožňujícího realizaci tohoto způsobu je, že sestává ze zesilovače в řízeným ziskem, který je propojen s integračním obvodem. Integrační obvod může být připojen buá na výstup, nebo na vstup zesilovače s řízeným ziskem.This disadvantage is overcome by the method of shaping the signal into a triangular waveform and radiating it in accordance with the invention. The essence of the method is that the rectangular waveform signal is integrated while eliminating the decrease in the amplitude of the triangular waveform signal by controlling the amplitude of the rectangular waveform signal as a function of its frequency. The essence of the device enabling the realization of this method is that it consists of a gain-controlled amplifier which is connected to an integration circuit. The integration circuit can be connected either to the output or to the gain-controlled amplifier input.

Výhodou tohoto způsobu a zařízení podle vynálezu je dosažení vyšších mezních kmitočtů vytvarovaného průběhu při zachování stejného, popřípadě dosažení menšího zkreslení tvaru výstupního signálu vzhledem к dosud používanému digitálně aproximujícímu převodníku. Je snížen i počet součástek, zejména integrovaných obvodů u zařízení, které daný způsob realizuje. Předností je i snadné nastavování obvodů zařízení.The advantage of this method and the device according to the invention is to achieve higher cut-off frequencies of the shaped waveform while maintaining the same or less distortion of the shape of the output signal relative to the digitally approximating converter used hitherto. The number of components, in particular the integrated circuits, of the apparatus implementing the method is also reduced. The advantage is also easy adjustment of device circuits.

Příklad znázorňující použití způsobu podle vynálezu a realizaci zařízení je uveden na připojených výkresech, kde na obr. 1 je blokové schéma typického uspořádání zařízení a na obr. 2 je detailní schéma obvodového řešení tvarovacího obvodu podle vynálezu.An example showing the use of the method according to the invention and the implementation of the device is given in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a block diagram of a typical arrangement of the device and Fig. 2 is a detailed diagram of a circuit design of a forming circuit according to the invention.

Jedno možné zapojení obvodu je, že na výstup zesilovače 1 a řízeným ziskem je připojen integrační obvod 2. Obdélníkový průběh signálu je přiváděn na vstupy X a Y zesilovače 1 s řízeným ziskem. Nastavení zisku je úměrné frekvenci vstupního obdélníkového průběhu signálu, čímž se eliminuje pokles amplitudy výstupního signálu trojúhelníkového průběhu. Zesílený vstupní signál obdélníkového průběhu je přiváděn na vstup integračního obvodu 2, kde je jeho integrací získán na vstupu Z požadovaný výstupní signál trojúhelníkového průběhu.One possible circuit connection is that an integrated circuit 2 is connected to the output of amplifier 1 and controlled by gain. A rectangular waveform of the signal is applied to the inputs X and Y of the controlled gain amplifier. The gain adjustment is proportional to the frequency of the input rectangular waveform, thereby eliminating the decrease in the amplitude of the triangular waveform output signal. The amplified rectangular waveform input signal is applied to the input of the integration circuit 2, where it integrates the desired triangular waveform output signal at the Z input.

Sazení integračního obvodu 2 na výstup nebo na vstup zesilovače 1 s řízeným ziskem závisí na rychlosti obvodů, kterými jsou tyto bloky realizovány. Většinou se rychlejší obvod řadí jako první, z důvodu maximálního dosažitelného kmitočtu zpracovávaného signálu.The integration of the integrated circuit 2 at the output or input of the gain-controlled amplifier 1 depends on the speed of the circuits through which the blocks are realized. Usually, the faster circuit ranks first because of the maximum attainable frequency of the signal being processed.

Příkladem je využití způsobu tvarování trojúhelníkového průběhu z obdélníkového v číslicově řízeném generátoru tvarových kmitů, ve kterém bylo použito kmitočtové syntézy 8 fázovým závěsem. К dispozici byla v tomto případě informace o frekvenci obdélníkového průběhu v binárním tvaru generovaná obvody kmitočtové syntézy a odpovídající obdélníkový průběh s napěťovými úrovněmi logiky TTL.An example is the use of a method of shaping a triangular waveform from a rectangular in a digitally controlled waveform generator, in which a 8 phase hinge frequency synthesis was used. In this case, the binary waveform frequency information generated by the frequency synthesis circuitry and the corresponding rectangular waveform with TTL logic voltage levels were available.

Uvedené konkrétní detailní zapojení tvarovacího zařízení zpracovává kmitočtový rozsah 10 Hz až 100 Hz, dělený dekadicky do čtyř podrozsahů. Bylo použito monolitického integrovaného obvodu MDA 08EC tuzemské výroby. Jako zesilovač 1 s řízeným ziskem první konec jehož druhý konec je připojen na výstup prvního operačníhoThe particular detailed circuitry of the forming apparatus processes the frequency range of 10 Hz to 100 Hz, divided decadically into four sub-ranges. The monolithic integrated circuit MDA 08EC of domestic production was used. As a gain-gain amplifier 1, the first end whose second end is connected to the output of the first operational

-----třetího operačního zesilovače OZ 3· Neinvertující vstup prvního operačního 02 1 je uzemněn· Na výstupu prvního operačního zesilovače OZ 1 jsou v tomčtyři pasivní integrační články tvořené po řadě prvním integračním rezisprvním integračním kondenzátorem Сд, druhým integračním rezistorem R₁₀ a třetím integračním rezistorem ^a třetím fň1 r£2 ^a čtvrtým inbyl použit digitálně analogový převodník 10. Vstupní obvod digitálně analogového převodníku 10 je tvořen prvním rezistorem Ry a odporovým trimrem R2, jejichž první konce jsou spojeny se vstupem X zařízení. .Druhý konec prvního rezis*toru je spojen s prvním referenčním vstupem 11 digitálně analogového převodníku 10, na jehož druhý referenční vstup 12 je připojen jezdec odporového trimru R₂, který má druhý konec uzemněn. Na jezdec odporového trimru R₂ je zároveň připojen korekční kondenzátor C^, který je keramický. Na kompenzační vstup 13 digitálně analogového převodníku 10 jě~připojen kompenzační kondenzátor C^, kterého druhý konec je vyveden na vstup Y září zení. Digitálně analogový převodník 10 má dále ^^digitálních vstupů 14. Výstupní obvod digitálně analogového převodníku 10 je tvořen druhým a třetím rezistorem R^ a R^ podle doporučení výrobce. Následuje filtr 20 typu dolní propust, tvořený prvním a druhým filtračním kondenzátorem C₂ a a prvním a druhým filtračním rezistorem R^ a Rg. První filtrační kondenzátor* C₂“musí být vzhledem к nejvyšším zpracovávaným~kmitočtům keramický. Integrační obvod 2 je zde tvořen prvním, druhým a třetím operačním zesilovačem OZ 1, 0Z2 a 0Z3, například MAC 155, MAC 156 a elektronickým přepínačem 30 podrozsahů zpracovávaných kmitočtů. Tento elektronický přepínač 30 je osazen analogovým ultiplexerem, například MAB 24. Na invertující vstup prvního operačního zesilovače OZ 1 je zapojen výstup filtru 20, tedy druhý filtrační rezistor Rg, čtvrtého rezistoru zesilovače OZ 1 a zároveň je tento invertující vstup spojen přes pátý rezistor Rj 8 výstupem zesilovače to případě torem b.^a ......----- of the third operational amplifier OZ 3 · The non-inverting input of the first operational 02 1 is grounded · The output of the first operational amplifier OZ 1 consists of four passive integration cells formed in series by the first integral resistive integration capacitor Сд, second integration resistor R ₁₀ and third integration resistor ^and the third FN1 r £ 2 ^and fourth inbyl used DAC 10. Input circuit 10 digital-analog converter comprises a first resistor Ry and the resistive trimmer R2, whose first ends are connected to the input X of the apparatus. .Druhý first end rezise * torus is coupled to a first reference input 11a of the digital to analog converter 10, whose second reference input 12 is connected to the slider trimmer resistor _R2 having a second end grounded. On the resistor trimmer R ₂ is also connected a correction capacitor C, which is ceramic. A compensation capacitor C1 is connected to the compensation input 13 of the DAC 10, the other end of which is connected to the input Y of the device. The digital-to-analog converter 10 further has digital inputs 14. The output circuit of the digital-to-analog converter 10 is formed by second and third resistors R R and R ^ as recommended by the manufacturer. Following the filter 20 pass type, comprising first and second filtering capacitor C ₂ and a first and a second filter resistor Rf and Rg. The first filter capacitor * C ₂ 'must be ceramic with respect to the highest frequencies being processed. The integration circuit 2 is here constituted by the first, second and third operational amplifiers OZ 1, 0Z2 and 0Z3, for example MAC 155, MAC 156 and an electronic switch 30 of the sub-ranges of the processed frequencies. This electronic switch 30 is equipped with an analogue ultiplexer, for example MAB 24. The inverting input of the first operational amplifier OZ 1 is connected to the filter output 20, the second filter resistor Rg, of the fourth resistor of the amplifier OZ 1. the amplifier output is the case with Torem B. ^and ......

druhým integračním kondenzátorem Се, 'игеыш integračním rezisiorem j tegračním kondenzátorem Cg a konečně čtvrtým .integračním rezistorem* tegračním kondenzátorem Tyto integrační články jsou připojeny na elektronický přepínač 30, tvořený jednou polovinou obvodu MAB 24, jehož výstup je zatěžovací rezistor R^^ ^a dále je к němu připojen neinvertující vstup druhého, oddělovacího, opera ční ho “zesilovače OZ 2. Na invertující vstup druhého operačního zesilovače OZ 2 je připojen jeden konec šestého rezistoru který je druhým koncem připojen к výstupu druhého operačního zesilovače OZ 2, který je výstupem Z zářízení a dále je к tomuto invertujícímu vstupu připojen sedmý rezistor R^, který je přes kondenzátor první Cq uzemněn. Na výstupu druhého operačního zesilovače OZ 2 je zapojen osmý rezistor který je spojen přes potenciometr se zemí. Jezdec potenciometru Py je spojen se^-vstupy druhé poloviny obvodu MAB 24,~která slouží к přepínání zpětnovazebních prvků. Konkrétně je tedy jezdec spojen s prvním vstupem této části obvodu MAB 24 přes druhý kondenzátor C^, dále je spojen přímo zároveň s druhým a třetím vstupem, které jsou tedy propojený“a se čtvrtým vstupem je spojen přes třetí kondenzátor ^C10· Výstup této druhé části obvodu MAB 24 je spojen s invertujícím vstupem třetího operačního zesilovače OZ 3, který je přes devátý rezistor R^ spojen s jeho výstupem, přičemž neinvertující vstup je uzemněn. Elektronický přepínač 30 má zároveň tři ovládací vstupy 31, 32 a 35.a second integrating capacitor Се, 'игеыш rezisiorem j tegračním integration capacitor Cg and finally, the fourth resistor .integračním * tegračním The integration capacitor cells are connected to an electronic switch 30, one-half of MAB circuit 24 whose output is the load resistor R ^^ ^and further connected to it is the non-inverting input of the second, decoupling, operational OZ 2 amplifier. On the inverting input of the second operational amplifier OZ 2 is connected one end of the sixth resistor which is connected to the other end of the second operational amplifier OZ 2. in addition, a seventh resistor R ^ is connected to this inverting input, which is grounded via the capacitor Cq. The output of the second operational amplifier OZ 2 is connected to the eighth resistor which is connected to the ground via a potentiometer. Py slider of the potentiometer is coupled to the ^- inputs of the second half of the circumference of the MAB 24 ~ к serving switching feedback elements. Specifically, therefore, the slider connected to the first input of this part of the periphery of the MAB 24 via the second capacitor C Y, it is also connected directly together with the second and third inputs, which are thus connected, "and the fourth input is connected via a third capacitor ^C 10 · Output of this second A part of the circuit MAB 24 is connected to the inverting input of the third operational amplifier OZ 3, which is connected to its output via the ninth resistor R ^, the non-inverting input being grounded. The electronic switch 30 also has three control inputs 31, 32 and 35.

Na referenční vstupy 11, 12 digitálně analogového převodníku 10 je přiveden signál obdélníkového průběhu přes první rezistor Ry a odporový trimr R₂· Na digitálních vstupech 14 digitálně analogového převodníku l~je nastavena požadovaná velikost zesílení, odpovídající velikosti kmitočtu vstupníh₀ obdélníkového signálu s přesností odpovídající jejich počtu. Tímto způsobem je eliminována závislost amplitudy výstupního signálu trojúhelníkového průběhu na kmitočtu zpracovávaného signálu. KorekčníThe reference inputs 11, 12, a digital to analogue converter 10 is supplied square wave signal through a first resistor Ry and the variable resistance R ₂ · to digital input 14 of a digital to analogue converter l ~ set the desired size of the gain corresponding to the size of the frequency of the input ₀ of the rectangular signal with an accuracy corresponding their number. In this way, the dependence of the amplitude of the triangular waveform output on the frequency of the signal being processed is eliminated. Correction

CS 270952 Bl kondenzátor působí na nejvyšších kmitočtech čtvrtého podrozsahu, tj. v rozmezí 10 kHz až 100”kHz, kde pomáhá dosáhnout dostatečně ostré hrany obdélníkového napětí na výstupu digitálně analogového převodníku 10. Kompenzačním kondenzátorem je kompenzován digitálně analogový převodník 10 podle doporučení výrobce. Na digitální vstupy 14 digitálně analogového převodníku 10 je přivedena informace o velikosti kmitočtu vstupního zpracovávaného signálu, která je v binárním tvaru. Napěťové úrovně vstupních signálů na digitálních vstupech 14 jsou TTL. Po projití filtrem 20 přichází signál na invertující vstup prvního operačního zesilovače OZ 1 kde se sčítá se signálem ze zpětnovazebního obvodu, tvořeného vlastně pátým, osmým a devátým rezistorem Rq, Ryg, ^17’ potenciometrem P^, třetím operačním zesilovačem OZ 3 a druhým nebo tYFtímTcondenzátorem Cg nebo ^cio· Poměry pro součet jsou nastaveny druhým filtračním rezistorem čtvrtým rezistorem pátým rezistorem R₈. Integrování obdélníkového průběhu~probíhá na čtyřech integračních článcích a signál je veden na elektronický přepínač 30, zatížený zatěžovacím rezistorem a druhým, oddělovacím operačním zesilovačem OZ 2 se ziskem nastaveným šestým a sedmým rezistorem a R^5 a 8 potlačeným přenosem stejnosměrné složky prvním kondenzátorem C_Q. Na výstupu druhého operačního zesilovače OZ 2 je к dispozici trojúhelníkový průběh, jehož vzorek je odebírán přes osmý rezistor a potenciometr P^· Druhým a třetím kondenzátorem Cg a C₁₀ je na nejvyšěích přenášených pásmech upraven přenos neužitečných nízkých kmitočtů. Přepínání zpětnovazebních prvků je zajištěno druhou polovinou elektrického přepínače MAB 24. Třetí operační zesilovač OZ 3 zajišťuje invertování signálu, a tím i kladnou zpětnou vazbu, kterou se korigují průběhy přenosů pasivních integračních článků. Jeho zisk se nastavuje osmým a devátým rezistorem R^ a R^? a částí potenciometru P^. Zpracovávané kmitočtové pásmo se volí číselnou kombinací v binární formě přivedené na první a druhý ovládací vstup 31 a 32 elektronického přepínače 30. Přivedením logické jedničky na třetí ovládací vstup 33 se zajiěbuje odaretování elektronického přepínače 30 a tedy reagování na první a druhý ovládací vstup 31 a 32. Odporovým trimrem Rg se nastavuje výstupní amplituda trojúhelníkového průběhu signálu. Potenciometrem Py se nastavuje optimální velikost zpětné vazby na nejnižších kmitočtech libovolného zvoleného podrozsahu. Nastavení je automaticky provedeno i pro ostatní podrozeahy. Všechny obvody tvarovače jsou napájeny ze stabilizovaného zdroje o napětí + 15 V vůči zemní svorce. Rozvod napájení není zakreslen.CS 270952 B1 capacitor operates at the highest frequencies of the fourth sub-range, ie in the range of 10 kHz to 100 ”kHz, where it helps to achieve a sufficiently sharp edge of the rectangular voltage at the output of the A / D converter 10. The compensation capacitor compensates the A / D converter 10 according to the manufacturer's recommendation. The digital inputs 14 of the digital-to-analog converter 10 are provided with information about the frequency of the input signal being processed, which is in binary form. The voltage levels of the input signals on the digital inputs 14 are TTL. After passing through the filter 20, the signal arrives at the inverting input of the first operational amplifier OZ 1 where it is added to the feedback signal consisting of the fifth, eighth and ninth resistors Rq, Ryg, ^ 17 'potentiometer P ^, the third operational amplifier OZ 3 and the second or tYFtímTcondenzátorem Cg or ^C io · ratios are set for the sum of the second filter resistor fourth resistor fifth resistor R _eighth Integrating rectangular waveform ~ runs on four integration cells and a signal is applied to an electronic switch 30, loaded with a load resistor and a second, separating the operational amplifier OpAmp 2, a set sixth and seventh resistor, and R 5 and 8 suppressed the transmission of the DC component of the first capacitor C _Q . At the output of the second operational amplifier OZ 2 there is a triangular waveform, the sample of which is taken through the eighth resistor and the potentiometer P ^. The second and third capacitors Cg and C ₁₀ are used for the transmission of useless low frequencies on the highest transmitted bands. The switching of the feedback elements is ensured by the second half of the MAB 24 electrical switch. Its gain is set by the eighth and ninth resistors R ^ and R ^? and parts of potentiometer P1. The frequency band to be processed is selected by a numeric combination in binary form applied to the first and second control inputs 31 and 32 of the electronic switch 30. Applying a logic one to the third control input 33 ensures that the electronic switch 30 is unlocked and thus responds to the first and second control inputs 31 and 32. The trimmer Rg adjusts the output amplitude of the triangular waveform. The Py potentiometer sets the optimum amount of feedback at the lowest frequencies of any selected sub-range. The settings are automatically made for other sub-markets. All shaping circuits are supplied from stabilized power supply with voltage + 15 V to ground terminal. Power distribution is not plotted.

Zařízení pro tvarování obdélníkového průběhu na trojúhelníkový podle vynálezu lze použít při konstrukci generátorů periodických signálů v měřicích přístrojích nebo v časových základnách různých zařízení.The rectangular to triangular waveform apparatus according to the invention can be used in the construction of periodic signal generators in measuring instruments or in the time bases of various devices.

CS 270952 31CS 270952 31

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

CLAIMS 1. A method of shaping a signal into a triangular waveform, wherein the rectangular waveform signal is integrated while eliminating the decrease in the amplitude of the triangular waveform signal by controlling the amplitude of the rectangular waveform signal as a function of its frequency.

Device for performing the signal shaping method according to claim 1, characterized in that it consists of a gain-controlled amplifier (1) connected to the integration circuit (2).

Device according to claim 2, characterized in that the integration circuit (2) is connected to the output of the gain-controlled amplifier (1).

Device according to claim 2, characterized in that the integration circuit (2) is connected to the input of the amplifier (1) by a controlled gain.

2 drawings