RU2172062C2 - Digital pulse-width modulator - Google Patents
Digital pulse-width modulatorInfo
- Publication number
- RU2172062C2 RU2172062C2 RU99102750A RU99102750A RU2172062C2 RU 2172062 C2 RU2172062 C2 RU 2172062C2 RU 99102750 A RU99102750 A RU 99102750A RU 99102750 A RU99102750 A RU 99102750A RU 2172062 C2 RU2172062 C2 RU 2172062C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- trigger
- elements
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах передачи информации, а также ключевых усилителях мощности. The invention relates to a pulse technique and can be used in information transmission devices, as well as key power amplifiers.
Наиболее близким по технической сущности является цифровой модулятор (см. а. с. СССР N 1644371, опубл. в БИ N 15, 1991 г.), содержащий генератор прямоугольных импульсов, два счетчика, счетный триггер, триггер знака, три элемента ИЛИ, три триггера, инвертор, шесть элементов И, два мультиплексора, два формирователя импульсов, элемент И-НЕ, схему ограничения и схему сброса. The closest in technical essence is a digital modulator (see A.S. USSR N 1644371, published in BI N 15, 1991), containing a rectangular pulse generator, two counters, counting trigger, sign trigger, three elements OR, three a trigger, an inverter, six AND elements, two multiplexers, two pulse shapers, an NAND element, a limiting circuit, and a reset circuit.
Недостатком наиболее близкого цифрового широтно-импульсного модулятора является сложность его технической реализации. The disadvantage of the closest digital pulse width modulator is the complexity of its technical implementation.
Сущность изобретения заключается в том, что в цифровом широтно-импульсном модуляторе, содержащем генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, счетный триггер, триггер знака, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый и второй триггеры, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй мультиплексоры, формирователь импульсов, элемент И-НЕ, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом счетного триггера, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным входами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход - с выходом инвертора, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета второго счетчика, разрядные входы которого соединены с выходом схемы ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, разрядные входы первого счетчика соединены с общей шиной, а выход - с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчика и входом инвертора, выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента И, прямой выход первого триггера соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, а инверсный выход - со вторым входом первого и первым входом второго мультиплексоров, прямой выход триггера знака соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента И-НЕ и первыми входами третьего и четвертого элементов И соответственно, выход элемента И-НЕ соединен с первым входом второго триггера, инверсный выход которого соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход схемы сброса соединен со вторыми входами первого элемента И и второго триггера, выход второго счетчика соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход первого элемента И соединен со вторыми входами второго элемента И и первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого и вторым входом второго мультиплексоров, выход второго элемента И соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с четвертыми входами первого и второго мультиплексоров. The essence of the invention lies in the fact that in a digital pulse-width modulator containing a square-wave pulse generator, the first and second counters, the counting trigger, the sign trigger, the first, second and third OR elements, the first and second triggers, the inverter, the first, second, third and the fourth AND elements, the first and second multiplexers, a pulse shaper, an NAND element, a limiting circuit and a reset circuit, the generator output being connected to the first inputs of the first and second OR elements and the input of the counting trigger, the output of which is inen with a counting input of the first counter, the second inputs of the first and second OR elements are connected respectively to the direct and inverse inputs of the sign trigger, the first input of which is connected to the sign bus, and the second input is connected to the inverter output, the outputs of the first and second OR elements are connected respectively to the inputs direct and reverse counting of the second counter, the bit inputs of which are connected to the output of the limiting circuit, the bit inputs of which are connected to the input signal bus, and the sign input - to the sign bus, the bit inputs of the first counter and connected to a common bus, and the output to the first input of the first AND element, the output of which is connected to the information recording inputs of the first and second counter and the inverter input, the output of the third OR element is connected to the first input of the second AND element, the direct output of the first trigger is connected to the first the input of the third OR element, and the inverse output with the second input of the first and first input of the second multiplexers, the direct output of the sign trigger is connected to the third inputs of the first and second multiplexers, the outputs of which are connected to the first and second inputs the odes of the AND-NOT element and the first inputs of the third and fourth AND elements, respectively, the output of the AND-NOT element is connected to the first input of the second trigger, the inverse output of which is connected to the second inputs of the third and fourth AND elements, the output of the reset circuit is connected to the second inputs of the first AND element and the second trigger, the output of the second counter is connected to the second input of the third element OR, the output of which is connected to the first input of the first trigger, the output of the first element And is connected to the second inputs of the second element And and the first trigger ra, direct output of which is connected to a first input of a first and a second input of the second multiplexer, the output of the second AND element is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to fourth inputs of the first and second multiplexers.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить конструкцию цифрового широтно-импульсного модулятора. Significant differences are expressed in a new set of connections between the elements of the device. The specified set of connections allows us to simplify the design of a digital pulse-width modulator.
На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового модулятора, на фиг. 2 - функциональная схема схемы ограничения, на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства. In FIG. 1 is a functional diagram of a digital modulator, FIG. 2 is a functional diagram of a restriction circuit; FIG. 3 - time diagrams of the operation of the device.
Цифровой широтно-импульсный модулятор (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы 6, 7 и 8 ИЛИ, триггеры 9 и 10, инвертор 11, элементы 12, 13, 14 и 15 И, мультиплексоры 16 и 17, формирователь 18 импульсов, элемент 19 И-НЕ, схему 20 ограничения, схему 21 сброса, выходные шины 22 и 23, входную шину 24, шину 25 знака. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен с первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ, а также с входом счетного триггера 4. Выход счетного триггера 4 соединен со счетным входом счетчика 2, разрядные входы которого соединены с общей шиной. Вторые входы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 5 знака, первый вход которого соединен с выходом инвертора 11, а второй вход соединен с шиной 25 знака. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета счетчика 3, разрядные входы которого соединены с выходом схемы 20 ограничения. Разрядные входы схемы 20 ограничения соединены с входной шиной 24, а знаковый вход - с шиной 25 знака. Выход счетчика 2 соединен с первым входом элемента 12 И. Выход элемента 8 ИЛИ соединен с первым входом элемента 13 И. Прямой выход триггера 9 соединен с первым входом элемента 8 ИЛИ, первым входом мультиплексора 16 и вторым входом мультиплексора 17. Инверсный выход триггера 9 соединен с первым входом мультиплексора 17 и вторым входом мультиплексора 16. Прямой выход триггера знака соединен с третьими входами мультиплексоров 16 и 17, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента 19 И-НЕ и первыми входами элементов 14 и 15 И, соответственно. Выход элемента 19 И-НЕ соединен с первым входом триггера 10, инверсный выход которого соединен со вторыми входами элементов 14 и 15 И. Выход схемы сброса соединен со вторыми входами элемента 12 И и триггера 10. Выход счетчика 3 соединен со вторым входом элемента 8 ИЛИ. Выход элемента 12 И соединен с входом инвертора 11, а также с входами записи информации счетчиков 2 и 3 и вторыми входами триггера 9 и элемента 13 И. Выход элемента 13 И соединен с входом формирователя 18 импульсов, выход которого соединен с четвертыми входами мультиплексоров 16 и 17. Выходы элементов 14 и 15 И соединены соответственно с выходными шинами 22 и 23. The digital pulse-width modulator (Fig. 1) contains a
Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме 155 ЛА3 с кварцевой стабилизацией или с времязадающим конденсатором. Счетчики 2 и 3, например, на микросхемах К555ИЕ7, счетный триггер 4, триггер 5 знака и триггеры 9 и 10 могут быть выполнены на микросхемах К555ТМ2. Элементы 6, 7 и 8 на микросхеме К555ЛЛ1, элементы 12, 13, 14 и 15 на микросхеме К555ЛИ1. Элемент 19 И-НЕ может быть выполнен на микросхеме К555ЛА3, а формирователь импульсов - К555АГ3. Мультиплексоры могут быть выполнены на микросхеме К531КП2. The
Схема 20 ограничения (фиг. 2) содержит, например, группу 26 элементов ИЛИ, группу 27 элементов И, элемент 28 И-НЕ, элементы 29 и 30 ИЛИ, элемент 31 ИЛИ-НЕ и инвертор 32. The restriction circuit 20 (Fig. 2) contains, for example, a group of 26 OR elements, a group of 27 AND elements, an
В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, n-разрядные входы шины 24 разбиваются на две группы: с 1 до (n-m) и с (n-m+1) до n, причем m<n. Первая группа разрядов - с 1 до (n-m) соединена с первыми входами группы 26 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 27 элементов И, выходы которых являются (n-m) младшими разрядами выхода схемы 20 ограничения. Вторая группа разрядных входов шины 24 - c (n-m+1) по n - являются соответствующими разрядами выхода блока 20 ограничения. Они соединены с m входами элемента 28 И-НЕ и элемента 29 ИЛИ. Выход элемента 28 И-НЕ соединен с первым входом элемента 30 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы 27 элементов И. Выход элемента 29 ИЛИ соединен с первым входом элемента 31 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 32, а выход - со вторыми входами группы 26 элементов ИЛИ. Второй вход элемента 30 ИЛИ и вход инвертора соединены с шиной 25 знака. Depending on the value by which the input signal should be limited, the n-bit inputs of
Схема 21 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывод сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 21 сброса. The reset circuit 21, for example, can be made in the form of a series-connected resistor and capacitor, with the second output of the resistor connected to the power bus, and the second output of the capacitor to the common bus. The resistance terminal connected to the capacitor is the output of the reset circuit 21.
Цифровой широтно-импульсный модулятор работает следующим образом. Digital pulse width modulator operates as follows.
После включения напряжения питания схема 21 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние триггеры 9 и 10, стробирует через элемент 12 И счетчики 2 и 3, а также через инвертор 11 - триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 20 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или дополнительном (при отрицательном знаке сигнала) коде в счетчик 3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5 знака. After turning on the supply voltage, the reset circuit 21 generates a signal that sets the triggers 9 and 10 to its initial state, gates through the element 12 And the
В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой f0 (фиг. 3,а) проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный), либо элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход прямого счета, либо на вход обратного счета счетчика 3. В зависимости от величины N мантиссы входного сигнала на выходах переноса счетчика 3 через промежуток времени
где n - количество разрядов двоичного счетчика;
N - мантисса входного числа,
после начальной установки (стробирования) появится отрицательный импульс (фиг. 3,б).Depending on the sign of the input signal, the pulses of the
where n is the number of bits of the binary counter;
N is the mantissa of the input number,
after the initial installation (gating), a negative pulse will appear (Fig. 3, b).
Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 3, пройдя через элемент 8 ИЛИ, поступает на вход установки триггера 9. При этом на инверсном выходе триггера 9 появляется сигнал низкого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 17 и на второй вход мультиплексора 16, а на прямом выходе триггера 6 появляется сигнал высокого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 16, второй вход мультиплексора 17 и на второй вход элемента 8 ИЛИ. Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают также на вход счетного триггера 4, который производит деление частоты f0 на 2. Прямоугольные импульсы с частотой (фиг. 3,в) со счетного триггера 4 поступают на счетный вход счетчика 2. На выходе переноса счетчика 2 через промежуток времени
после начальной установки появляется отрицательный импульс (фиг. 3,г), который, пройдя через элемент 12 И, поступает на вход сброса триггера 9 и возвращает его в исходное состояние.This negative pulse from the output of the
after the initial installation, a negative pulse appears (Fig. 3, d), which, passing through the element 12 And, is fed to the reset input of trigger 9 and returns to its original state.
Отрицательный импульс с выхода счетчика 2 через элемент 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и через инвертор 11 - триггер 5 знака, после чего процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3, триггера 9, мультиплексоров 16 и 17 и элементов 14 и 15 И повторяется. При положительном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит сигнал с прямого выхода триггера 9 (фиг. 3,д), а на выход мультиплексора 18 - с инверсного выхода триггера 9. При отрицательном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит сигнал с инверсного выхода триггера 9, а на выход мультиплексора 18 - с прямого выхода триггера 9. В результате на выходных шинах 22 и 23 (фиг. 3,ж,з) цифрового широтно-импульсного модулятора при любом знаке входного сигнала получается прямая и инверсная широтно-модулированные последовательности импульсов скважностью
Элемент 13 И и формирователь 18 импульсов служат для формирования раздвижки фронтов прямой и инверсной широтно-модулированных последовательностей, что необходимо для защиты широтно-импульсного преобразователя, в составе которого предполагается работа модулятора, от сквозных токов при переключении транзисторов. Это достигается тем, что при переключении триггера 9 сигнал (фиг. 3,е) формирователя 18 импульсов блокирует работу мультиплексоров 16 и 17. При этом на выходе мультиплексоров 16 и 17, а также на выходе элементов 14 и 15 И и, соответственно, на выходных шинах 22 и 23 появляется сигнал низкого уровня длительностью равный длительности выходного импульса формирователя 18.The negative pulse from the output of counter 2 through element 12 AND gates the
Element 13 And and the pulse shaper 18 are used to form a sliding of the edges of the direct and inverse of the pulse-width modulated sequences, which is necessary to protect the pulse-width converter, which includes the operation of the modulator, from through currents when switching transistors. This is achieved by the fact that when the trigger 9 is switched, the signal (Fig. 3f) of the pulse shaper 18 blocks the operation of the multiplexers 16 and 17. At the same time, at the output of the multiplexers 16 and 17, as well as at the output of the elements 14 and 15 AND, respectively, output buses 22 and 23 there is a low level signal with a duration equal to the duration of the output pulse of the shaper 18.
Элемент 19 И-НЕ и триггер 10 служат для защиты широтно-импульсного преобразователя от возможных сбоев. При появлении сигналов высокого уровня одновременно на выходах мультиплексоров 16 и 17 на выходе элемента 19 И-НЕ появляется сигнал низкого уровня, который устанавливает на выходе триггера 10 сигнал низкого уровня. При этом происходит блокировка элементов 14 и 15 И и на выходных шинах 22 и 23 модулятора появляется сигнал низкого уровня. Element 19 AND-NOT and trigger 10 serve to protect the pulse-width converter from possible failures. When high-level signals appear simultaneously at the outputs of multiplexers 16 and 17, a low-level signal appears at the output of AND-NOT element 19, which sets a low-level signal at the output of trigger 10. When this occurs, the elements 14 and 15 are blocked, and a low level signal appears on the output buses 22 and 23 of the modulator.
Схема 20 ограничения предназначена для ограничения на определенном уровне входного сигнала с целью исключения возможности опрокидывания широтно-импульсной модуляции. The limiting circuit 20 is intended to limit at a certain level of the input signal in order to exclude the possibility of overturning pulse width modulation.
Таким образом, предложенный цифровой широтно-импульсный модулятор обеспечивает те же функции, что и прототип, при значительном упрощении устройства. Thus, the proposed digital pulse width modulator provides the same functions as the prototype, with a significant simplification of the device.
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99102750A RU99102750A (en) | 2001-02-20 |
RU2172062C2 true RU2172062C2 (en) | 2001-08-10 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597513C2 (en) * | 2014-07-10 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Digital modulator for power converter of electromagnetic bearing |
RU2603546C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Digital pulse-width modulator |
RU168842U1 (en) * | 2016-11-10 | 2017-02-21 | Закрытое акционерное общество "НПЦ СпецЭлектронСистемы" | Two-channel PWM with double regulating effect on ramp voltage slope |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597513C2 (en) * | 2014-07-10 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Digital modulator for power converter of electromagnetic bearing |
RU2603546C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Digital pulse-width modulator |
RU168842U1 (en) * | 2016-11-10 | 2017-02-21 | Закрытое акционерное общество "НПЦ СпецЭлектронСистемы" | Two-channel PWM with double regulating effect on ramp voltage slope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3139540A (en) | Asynchronous binary counter register stage with flip-flop and gate utilizing plurality of interconnected nor circuits | |
EP0084356A2 (en) | Pulse generator | |
RU2172062C2 (en) | Digital pulse-width modulator | |
RU2216850C1 (en) | Digital modulator for changing induction motor frequency | |
RU2597513C2 (en) | Digital modulator for power converter of electromagnetic bearing | |
RU2603546C2 (en) | Digital pulse-width modulator | |
RU2126198C1 (en) | Digital modulator for changing frequency of two-phase induction motor | |
SU1478316A1 (en) | Digital pulse-width modulator | |
SU1647881A2 (en) | Digital pulse-width modulator | |
SU1644371A2 (en) | Digital pulse-width modulator | |
SU799148A1 (en) | Counter with series shift | |
RU2214037C2 (en) | Storage location | |
RU2143140C1 (en) | Shift register | |
US3370237A (en) | Counting circuit employing three switching devices interconnected by particular logic circuit for operation in predetermined sequence | |
SU663096A1 (en) | Pulse duration selector | |
SU1133666A1 (en) | Pulse sequence frequency divider | |
SU1485408A1 (en) | Code-to-voltage converter | |
SU1262722A1 (en) | Multithreshold logic element | |
SU1659710A1 (en) | Digital data recorder | |
SU750566A1 (en) | Shift register | |
SU382146A1 (en) | DEVICE FOR SHIFT NUMBERS | |
RU2103813C1 (en) | Delay line | |
SU657604A1 (en) | Pulse-width modulator | |
RU2106744C1 (en) | Pulse counting device | |
SU1269251A1 (en) | Device for selecting channels |