RU2039377C1

RU2039377C1 - Device for trigonometric transform

Info

Publication number: RU2039377C1
Authority: RU
Inventors: Борис Георгиевич Келехсаев
Original assignee: Борис Георгиевич Келехсаев
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: device has quadrature oscillator, clipping amplifier, time-pulse converter and two random access memory units. EFFECT: increased precision, simplified design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, а также в различных функциональных преобразователях, когда требуется одновременно определять значение sinХ и соsХ с малой погрешностью в интервале значений аргумента от 0 до Π/2. The invention relates to computer technology and can be used in information-measuring systems, as well as in various functional converters, when it is required to simultaneously determine the value of sinX and coxX with a small error in the range of argument values from 0 to Π / 2.

Известен синусно-косинусный преобразователь, основанный на принципе аппроксимации заданных функций. Преоб- разователь содержит операционный усилитель с нелинейными элементами в цепи обратной связи [1] Недостатком устройства является невысокая точность аппроксимации. Known sine-cosine Converter, based on the principle of approximation of given functions. The converter contains an operational amplifier with nonlinear elements in the feedback circuit [1] The disadvantage of this device is the low accuracy of approximation.

Известен синусно-косинусный преобразователь, в котором аппроксимация заданных функций осуществляется отноше- нием многочленов третьей степени. Преобразователь содержит несколько множительно-делительных блоков, несколько сумматоров и масштабирующих элементов [2] Недостатком устройства является невысокая точность преобразования за счет значительной инструментальной погрешности, вносимой относительно большим количеством блоком, осуществляющих аппроксимацию. A sine-cosine converter is known in which the approximation of given functions is carried out with respect to polynomials of the third degree. The converter contains several multiplier-dividing blocks, several adders and scaling elements [2] The disadvantage of this device is the low accuracy of the conversion due to the significant instrumental error introduced by a relatively large number of units performing approximation.

Известно другое устройство для вычисления тригонометрических функций, содержащее два фазочувствительных выпрямителя и последовательно соединенные время-импульсный преобразователь, формирователь импульсов, интегрирующий усилитель и усилитель-ограничитель, а также генератор синусоидальных колебаний [3] Такое устройство имеет погрешность, обусловленную дрейфом интегратора. There is another device for calculating trigonometric functions, containing two phase-sensitive rectifiers and serially connected by a time-pulse converter, a pulse shaper, an integrating amplifier and a limiting amplifier, as well as a sinusoidal oscillator [3]. Such a device has an error caused by the drift of the integrator.

Наиболее близким по сходным техническим признакам является устройство для тригонометрического преобразования, содержащее генератор опорного синусоидального напряжения, два фазовращателя, управляемый делитель напряжения, два блока выборки и хранения, выходы которых являются выходами напряжений, пропорциональных синусу и косинусу входного сигнала, а управляющие входы объединены и подключены через первый формирователь к выходу время-импульсного преобразователя, первый вход которого соединен с первым входом устройства, кроме этого устройство содержит второй формирователь, время-импульсные делители, генератор прямоугольных импульсов, элемент сравнения и операционный усилитель, источник опорного постоянного напряжения и источник напряжения, величина которого изменяется во времени [4]
Такое устройство позволяет кроме напряжений, пропорциональных синусу и косинусу, формировать напряжение, пропорциональное второму входному напряжению, умноженного на значение тангенса первого напряжения. Однако применение управляемого делителя, выход которого подключен к информационному входу второго блока выборки и хранения, нарушает симметрию при формировании напряжений синуса и косинуса, при этом управляемый делитель напряжения не может обеспечить высокую точность при изменении входных сигналов в большом динамическом диапазоне, что приводит к погрешности на выходе второго блока выборки и хранения. Кроме этого два независимых фазовращателя также нарушают симметричность устройства при формировании напряжений, пропорциональных синусу и косинусу, что приводит к дополнительным погрешностям измерения.The closest in similar technical features is a device for trigonometric conversion, containing a reference sinusoidal voltage generator, two phase shifters, a controlled voltage divider, two sampling and storage units, the outputs of which are voltage outputs proportional to the sine and cosine of the input signal, and the control inputs are combined and connected through the first driver to the output of the time-pulse converter, the first input of which is connected to the first input of the device, in addition the triad contains a second driver, time-pulse dividers, a rectangular pulse generator, a comparison element and an operational amplifier, a constant voltage reference source and a voltage source, the value of which varies with time [4]
Such a device allows, in addition to voltages proportional to sine and cosine, to generate a voltage proportional to the second input voltage multiplied by the tangent value of the first voltage. However, the use of a controlled divider, the output of which is connected to the information input of the second block of sampling and storage, violates the symmetry when generating sine and cosine voltages, while the controlled voltage divider cannot provide high accuracy when changing the input signals in a large dynamic range, which leads to an error of the output of the second sampling and storage unit. In addition, two independent phase shifters also violate the symmetry of the device during the formation of voltages proportional to the sine and cosine, which leads to additional measurement errors.

Целью изобретения является повышение точности измерений при упрощении конструкции. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements while simplifying the design.

Цель в устройстве для тригонометрического преобразования, содержащем генератор квадратурный, два блока выборки и хранения, выходы которых являются выходами устройства, а управляющие входы их объединены и время-импульсный преобразователь, первый вход которого соединен со входом устройства, достигается тем, что управляющие входы блоков выборки-хранения соединены с выходом время-им- пульсного преобразователя, второй вход которого подключен к второму входу генератора через усилитель-ограничитель. The purpose of the device for trigonometric transformation, containing a quadrature generator, two sampling and storage blocks, the outputs of which are the outputs of the device, and their control inputs are combined and a time-pulse converter, the first input of which is connected to the input of the device, is achieved by the fact that the control inputs of the sampling blocks -stores are connected to the output of a time-pulse converter, the second input of which is connected to the second input of the generator through an amplifier-limiter.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 а-е временная диаграмма работы. In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2-a time diagram of the work.

В состав устройства входят: квадратурный генератор 1; усилитель-ограничитель 2; время-импульсный преобразователь 3; два блока выборки и хранения 4 и 5. The structure of the device includes: quadrature generator 1; limit amplifier 2; pulse-time converter 3; two sampling and storage units 4 and 5.

Блоки в устройстве соединены следующим образом. Второй выход квадратурного генератора 1 (синусоидальное напряжение) подключен к входу усилителя-ограничителя 2 и к входу второго блока выборки и хранения 4. Первый выход квадратурного генератора 1 (косинусоидальное напряжение) подключен к входу первого блока выборки и хранения 5. К второму входу время-импульсного преобразователя 3 подключен выход усилителя-ограничителя 2, а к его первому входу подключен вход устройства и на него подается преобразуемый сигнал U_вх, выход время-импульсного преобразователя 3 подключен к управляющим входам блоков выборки и хранения 4 и 5, выходы последних являются выходами устройства.The blocks in the device are connected as follows. The second output of the quadrature generator 1 (sinusoidal voltage) is connected to the input of the amplifier-limiter 2 and to the input of the second sampling and storage unit 4. The first output of the quadrature generator 1 (cosine voltage) is connected to the input of the first sampling and storage unit 5. To the second time input pulse converter 3 connected to the output limiter amplifier 2, and to its first input connected to the input device and is receiving the processed signal U _Rin, the time-out pulse converter 3 is connected to the control inputs blo s sample and hold 4 and 5, the outputs are the outputs of the last device.

Устройство для тригонометрического преобразования работает следующим образом. Квадратурный генератор 1 вырабатывает на двух своих выходах гармонические напряжения амплитудой U_о и периодом колебаний Т 2Π/w.A device for trigonometric transformation works as follows. The quadrature generator 1 generates harmonic voltages at its two outputs with an amplitude of U _о and an oscillation period of T 2Π / w.

U1-2 U_оsinwt, фиг. 2а,
U1-1 U_ocoswt, фиг. 2б.U1-2 U _about sinwt, FIG. 2a
U1-1 U _o coswt, FIG. 2b.

Синусоидальное напряжение с первого выхода квадратурного генератора 1 поступает на усилитель-ограничитель 2, который формирует прямоугольные импульсы длительностью Т/2 и периодом следования Т, фиг. 2в. Выходные импульсы U2, длительность которых определена частотой колебаний напряжения квадратурного генератора, с усилителя-ограничителя 2 и входное напряжение U_вх поступает на два входа время-импульсного преобразователя 3, соответственно который формирует на выходе (аналогично работе прототипа) импульсы длительностью t (U_вх/U_max)(Т/4), где U_max U_вх(max), является максимальным значением длительности формируемых импульсов и выбрано таким потому, что устройство предназначено для осуществления тригонометрических преобразований в одном квадрате. Максимальная длительность интервала t в четверть периода устанавливается подбором коэффициента преобразования К время-импульсного преобразо- вателя 3:
t [U_вх/U(T)]TU_вх/K[T/2]T 2U_вх/К,
при t Т/4 и U_вх U_max, К 8U_max/T.The sinusoidal voltage from the first output of the quadrature generator 1 is supplied to an amplifier-limiter 2, which generates rectangular pulses of duration T / 2 and a repetition period T, FIG. 2c. The output pulses U2, the duration of which is determined by the frequency of the voltage fluctuation of the quadrature generator, from the amplifier-limiter 2 and the input voltage U _in goes to the two inputs of the time-pulse converter 3, respectively, which generates pulses of the duration t (U _in / U _max ) (T / 4), where U _max U _in (max), is the maximum value of the duration of the generated pulses and is chosen so because the device is designed to carry out trigonometric transformations in one square. The maximum interval duration t in a quarter of the period is set by selecting the conversion coefficient K of the time-pulse converter 3:
t [U _I / U (T)] TU _I / K [T / 2] T 2U _I / K,
at t T / 4 and U _in U U _max , K 8U _max / T.

Выходные импульсы время-импульсного преобразователя 3 управляют режимом работы блоков и хранения 4, 5:
за время длительности импульса t интервалы t_o-t₁, t₂-t₃ на фиг. 2 блоки 4, 5 работают в режиме выборки, остальное время в режиме хранения.The output pulses of the time-pulse Converter 3 control the operation mode of the blocks and storage 4, 5:
during the time duration of the pulse t intervals t _o -t ₁ , t ₂ -t ₃ in FIG. 2 blocks 4, 5 work in the sampling mode, the rest of the time in the storage mode.

В режиме выборки на выходы блоков 4, 5 проходят сигналы с соответствующих выходов генераторов 1, фиг. 2д.е. В режиме хранения (интервал t₁-t₂, фиг. 2г. д. е) на выходе устройства устанавливается уровень сигнала, соответствующий значению сигнала в моменты времени t₁, t₃ и так далее, значение этого уровня и будет соответствовать значению преобразованного сигнала сигналы U4, U5 на фиг. 2д,е.In the sampling mode, the signals from the corresponding outputs of the generators 1 pass to the outputs of blocks 4, 5, FIG. 2d. In the storage mode (interval t ₁ -t ₂ , Fig. 2d. E), the signal level corresponding to the signal value at time t ₁ , t ₃ and so on is set at the device output and the value of this level will correspond to the value of the converted signal signals U4, U5 in FIG. 2d, e.

Для различных значений входного сигнала будет формироваться время-импульсным преобразователем 3 импульсы различной длительностью и, соответственно, будут различные уровни сигналов в режиме хранения с выходов блоков выборки и хранения 4 и 5. For various values of the input signal, a time-pulse converter 3 will produce 3 pulses of different durations and, accordingly, there will be different levels of signals in the storage mode from the outputs of the sampling and storage units 4 and 5.

Значение каждого i-го уровня будет соответствовать синусу (косинусу) U-того значения входного сигнала:
U_4i sin U_вхi
U_5i cos U_вхi
Методика изменений указанных уровней в зависимости от типа регистрирующей аппаратуры может быть различна. Например осциллографическая регистрация обеспечивает непосредственное визуальное изменение уровня. При другом варианте измерений можно использовать сигналы U4, U5 в режиме выборки (в интервалах t₀-t₁, t₂-t₃,) как логические сигналы для блокировки выходных каcкадов блоков выборки и хранения 4, 5 в этом режиме, и тогда на выход устройства пройдут импульсы амплитудой соответствующего уровня (заштрихованные области на фиг. 2д,е), которую можно изменять, например, амплитудным детектором или другим измерителем.The value of each i-th level will correspond to the sine (cosine) of the U-th value of the input signal:
U _4i sin U _in
U _5i cos U _in
The methodology for changing these levels depending on the type of recording equipment may be different. For example, oscillographic recording provides an immediate visual level change. With another measurement option, you can use the signals U4, U5 in the sampling mode (in the intervals t ₀ -t ₁ , t ₂ -t ₃ ,) as logical signals to block the output stages of the sampling and storage units 4, 5 in this mode, and then on the output of the device will be pulses of amplitude of the corresponding level (shaded areas in Fig. 2e, e), which can be changed, for example, by an amplitude detector or other meter.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, содержащее квадратурный генератор, два блока выборки-хранения, выходы которых являются выходами устройства, а управляющие входы объединены, времяимпульсный преобразователь, первый вход которого соединен с входом устройства, первый выход квадратурного генератора подключен к информационному входу первого блока выборки-хранения, отличающееся тем, что в него введен усилитель-ограничитель, выход которого соединен с вторым входом время импульсного преобразователя, выход которого соединен с объединенными управляющими входами первого и второго блоков выборки-хранения, причем второй выход квадратурного генератора подключен к информационному входу второго блока выборки-хранения и входу усилителя-ограничителя. DEVICE FOR TRIGONOMETRIC CONVERSION, containing a quadrature generator, two sample-storage units, the outputs of which are the device outputs, and the control inputs are combined, a time-pulse converter, the first input of which is connected to the device input, the first output of the quadrature generator is connected to the information input of the first sample-storage unit characterized in that a limiter amplifier is introduced into it, the output of which is connected to the second input, the time of the pulse converter, the output of which is connected n combined with the control inputs of the first and second sample and hold units, the second output of the quadrature generator is connected to the information input of the second block of sample-storage and input limiter amplifier.