RU2145148C1 - Rectangular voltage generator - Google Patents

Abstract

FIELD: converters, in particular, master oscillators for automatic control and regulation equipment. SUBSTANCE: device has N channels, each of which has phase frequency tuning oscillator, which includes phase comparator, which output is connected through low-pass filter to voltage- controlled oscillator, which output is connected to second input of phase comparator and serves as device channel output. In addition each channel is equipped with comparator with N resistors and phase shifting unit. Inverting input of comparator is connected through N-1 resistors to outputs of rest N-1 channels, and through Nth resistor to output of voltage-controlled oscillator. Output of said comparator is connected through phase shifting unit to first input of phase comparator. EFFECT: increased reliability and precision. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве задающего генератора в многоканальных системах автоматического регулирования и контроля. The invention relates to a conversion technique and can be used as a master oscillator in multichannel systems of automatic regulation and control.

Для создания помехоустойчивых, синхронизируемых внешней частотой задающих генераторов используются схемы генераторов с фазовой автоподстройкой частоты [1]. To create noise-resistant, synchronized by the external frequency of the master oscillators are used generator circuits with phase-locked loop [1].

Известно устройство фазовой автоподстройки частоты [2], содержащее генератор, управляемый напряжением, фазовый компаратор, усилитель-формирователь входного сигнала, фильтр низкой частоты, используемое как генератор и формирователь сигналов. A device for phase-locked loop [2], containing a voltage-controlled oscillator, a phase comparator, an input driver, a low-pass filter used as a generator and signal generator.

Задачей, на решение которой направлено создание заявленного изобретения, является разработка генератора прямоугольного напряжения, предназначенного для использования в качестве задающего генератора в системах автоматического регулирования и контроля и обладающего высокой надежностью и точностью синхронизации частоты и фазы. The task to which the creation of the claimed invention is directed is the development of a rectangular voltage generator designed for use as a master oscillator in automatic control and monitoring systems and having high reliability and accuracy of frequency and phase synchronization.

Задача решается тем, что генератор прямоугольного напряжения, содержащий генератор с фазовой автоподстройкой частоты, включающий в себя фазовый компаратор, выход которого через фильтр низкой частоты подключен ко входу генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом фазового компаратора и является выходом устройства, выполнен N-канальным, в каждый из N каналов дополнительно введены компаратор с N резисторами и фазосдвигающее устройство, причем инвертирующий вход компаратора соединен через N-1 резисторов с выходами остальных N-1 каналов и через N-ный резистор с выходом генератора, управляемого напряжением, а выход указанного компаратора через фазосдвигающее устройство подключен к первому входу указанного фазового компаратора. The problem is solved in that the square-wave voltage generator, comprising a phase-locked loop frequency generator, including a phase comparator, the output of which through a low-pass filter is connected to the voltage-controlled generator input, the output of which is connected to the second input of the phase comparator and is the device output N-channel, in each of the N channels, a comparator with N resistors and a phase shifting device are additionally introduced, and the inverting input of the comparator is connected through N-1 resistors to Exit remaining N-1 channels and N-ny through a resistor to the generator output, the voltage controlled oscillator, and the output of said comparator via a phase shifter connected to the first input of said phase comparator.

На чертеже представлена схема генератора прямоугольного напряжения. The drawing shows a diagram of a rectangular voltage generator.

Устройство состоит из N каналов, каждый из которых содержит N-1 резисторов 1, подключенных к инвертирующему входу компаратора 2, фазосдвигающее устройство 3, вход которого подключен к выходу компаратора 2, а выход к первому входу фазового компаратора 4, второй вход которого соединен с выходом генератора, управляемого напряжением, 5, а выход фазового компаратора 4 - через фильтр низкой частоты 6 со входом указанного генератора, управляемого напряжением, 5, выход которого через N-ный резистор 7 подключен к инвертирующему входу компаратора 2, при этом указанный выход генератора, управляемого напряжением, 5, является выходом устройства. The device consists of N channels, each of which contains N-1 resistors 1 connected to the inverting input of the comparator 2, a phase shifter 3, the input of which is connected to the output of the comparator 2, and the output to the first input of the phase comparator 4, the second input of which is connected to the output a voltage-controlled generator, 5, and the output of the phase comparator 4 through a low-pass filter 6 with the input of the specified voltage-controlled generator, 5, the output of which through the Nth resistor 7 is connected to the inverting input of the comparator 2, while the specified output of the voltage-controlled generator, 5, is the output of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Основой схемы является генератор, управляемый напряжением, 5 (ГУН). Изменение управляющего напряжения на входе ГУН 5 вызывает пропорциональное изменение частоты выходного сигнала. The basis of the circuit is a voltage controlled generator 5 (VCO). Changing the control voltage at the input of the VCO 5 causes a proportional change in the frequency of the output signal.

Элементы схемы: компаратор 2, фазосдвигающее устройство 3, фазовый компаратор 4, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 6 составляют петлю фазовой автоподстройки (ФАП), назначение которой - выработка напряжения ошибки для управления частотой ГУН 5. Elements of the circuit: comparator 2, phase shifter 3, phase comparator 4, low-pass filter (LPF) 6 make up a phase-locked loop (PLL), the purpose of which is to generate error voltage to control the frequency of VCO 5.

Выходные импульсные сигналы с N-1 каналов генератора прямоугольного напряжения поступают на N-1 резисторов 1, подключенных к инвертирующему входу компаратора 2 в каждом из N каналов, на выходе которого формируется образцовое напряжение прямоугольной формы для подстройки частоты ГУН 5. Этот сигнал подается через фазосдвигающее устройство 3 на первый вход фазового компаратора 4, на второй вход которого подается сигнал собственной частоты с выхода ГУН 5. На выходе фазового компаратора 4 в начальный момент получается напряжение ошибки, соответствующее разности частот сигналов на его первом и втором входах. После фильтрации фильтром низкой частоты 6 сглаженное напряжение с выхода ФНЧ 6 поступает на вход ГУН 5 в такой фазе, чтобы частота ГУН 5 стала приближаться к частоте компаратора 2. Этот процесс подстройки будет продолжаться до полного выравнивания частот и фаз сигналов компаратора 2 и ГУН 5. The output pulse signals from the N-1 channels of the square-wave generator are supplied to the N-1 resistors 1 connected to the inverting input of the comparator 2 in each of the N channels, the output of which is formed a standard voltage of rectangular shape to adjust the frequency of the VCO 5. This signal is fed through the phase-shifting device 3 to the first input of the phase comparator 4, to the second input of which a natural frequency signal is supplied from the output of the VCO 5. At the initial moment, the output of the phase comparator 4 receives an error voltage corresponding to the difference in the frequencies of the signals at its first and second inputs. After filtering by a low-frequency filter 6, the smoothed voltage from the output of the low-pass filter 6 is supplied to the input of the VCO 5 in such a phase that the frequency of the VCO 5 begins to approach the frequency of comparator 2. This tuning process will continue until the frequencies and phases of the signals of comparator 2 and VCO 5 are completely equalized.

Задача фазосдвигающего устройства 3 - обеспечение постоянного сдвига фаз между выходным сигналом компаратора 2 и сигналом ГУН 5, равного 90^o, для формирования в установившемся режиме (когда оба сигнала синхронны и синфазны) сигнала ошибки, отличного от нуля и равного, после сглаживания фильтром низкой частоты 6, половине напряжения питания, под действием которого ГУН 5 генерирует на центральной частоте диапазона. В этом случае на выходе фазового компаратора 4 напряжение имеет форму меандра удвоенной частоты ГУН 5.The task of the phase shifting device 3 is to ensure a constant phase shift between the output signal of the comparator 2 and the VCO signal 5, equal to 90 ^o , for the formation in steady state (when both signals are synchronous and in phase) of an error signal that is non-zero and equal after smoothing by a low-pass filter 6, half the supply voltage, under which VCO 5 generates at the center frequency of the range. In this case, at the output of the phase comparator 4, the voltage has the shape of a meander of doubled frequency of the VCO 5.

Применение такого устройства в многоканальных системах автоматического регулирования и контроля в качестве задающего генератора позволяет наряду с достижением высокой точности регулирования обеспечить глубокое резервирование и, следовательно, высокую надежность. The use of such a device in multichannel systems of automatic regulation and control as a master oscillator allows, along with achieving high accuracy of regulation, to provide deep redundancy and, therefore, high reliability.

В настоящее время на предприятии ООО "Космос-ЭНВО" изготовлены опытные образцы предлагаемого устройства. Испытания подтвердили их высокую надежность и точность синхронизации. Currently, the company LLC "Cosmos-ENVO" made prototypes of the proposed device. Tests have confirmed their high reliability and accuracy of synchronization.

Список литературы
1. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 180-185.List of references
1. Halperin M.V. Practical circuitry in industrial automation. - M .: Energoatomizdat, 1987, p. 180-185.

2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987, с. 278-284. 2. Shilo V.L. Popular digital circuits. Directory. - M .: Radio and communications, 1987, p. 278-284.

Claims (1)

Генератор прямоугольного напряжения, содержащий генератор с фазовой автоподстройкой частоты, включающий в себя фазовый компаратор, выход которого через фильтр низкой частоты подключен к входу генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен с вторым входом фазового компаратора, отличающийся тем, что указанный генератор прямоугольного напряжения выполнен N-канальным, каждый из N каналов содержит генератор с фазовой автоподстройкой частоты, компаратор с N резисторами и фазосдвигающее устройство, причем инвертирующий вход компаратора соединен через N-1 резистор с выходами остальных N-1 каналов и через N-й резистор - с выходом генератора, управляемого напряжением, а выход указанного компаратора через фазосдвигающее устройство подключен к первому входу указанного фазового компаратора, при этом выход генератора, управляемого напряжением, является выходом устройства. A square-wave voltage generator comprising a phase-locked loop generator including a phase comparator, the output of which is connected through a low-frequency filter to the input of a voltage-controlled generator, the output of which is connected to the second input of the phase comparator, characterized in that said square-wave generator is N -channel, each of the N channels contains a phase-locked oscillator, a comparator with N resistors, and a phase shifter, the inverting input the omparator is connected through the N-1 resistor to the outputs of the remaining N-1 channels and through the Nth resistor to the output of the voltage-controlled generator, and the output of the specified comparator is connected to the first input of the specified phase comparator through a phase-shifting device, while the output of the voltage-controlled generator is the output of the device.