10.4. Функциональные генераторы

Одним из основных устройств для рассматриваемого класса ЦПП является

функциональный генератор (ФГ). Применяется несколько разновидностей ФГ, в которых преобразование кода угла Ф реализовано с использованием управ­ляемых кодом трансформаторов, трансформаторно-резнстивных и резистивных делителей [22, 81]. Воспроизведение требуемых функциональных зависимостей производится с помощью нелинейных, кусочно-линейных и кусочно-гладких обратных связей умножающего ЦАП. Большие перспективы в интегральных ЦПП имеет применение ПЗУ.

Индуктивные ФГ на прецизионных тороидальных трансформаторах обеспе­чивают в сочетании с низкоомными в замкнутом состоянии коммутирующими ключами чрезвычайно высокую точность преобразования. Погрешности отдель­ных образцов не древышает 0,005%, они имеют высокую стабильность во вре­мени и при температурных изменениях. Комплекс из двух ФГ, включенных со­ответствующим образом, представляет синхромост, являющийся дискретным ана­логом СКВТ, имеющий высокие информационные емкость и способность. Поэто­му санхромосты обычно используются для калибровки я контроля ЦПП и элек­тромеханических следящих систем с СКВТ.

Особенности применения трансформаторных и трансформаторно-резистивных ФГ достаточно полно рассмотрены в [3, 22]. Основными недостатками таких ФГ являются переходные процессы, вызванные коммутацией индуктивных цепей, и трудности, связанные с миниатюризацией трансформаторов. С этой точки зрения более целесообразным является применение в миниатюрных ЦПП резистивных схем с различными законами аппроксимация требуемых функциональных зави-симостеи.

Увеличение числа участков для повышения точности не приносит сущест­венного эффекта, перегружая в то же время устройства дополнительной аппа­ратурой. В связи с этим дальнейшее повышение точности ФГ может базиро­ваться на применении новых зависимостей, дающих лучшие качественные харак­теристики устройств, построенных по новым структурным схемам.

Исследования [81] показали, что для повышения показателей ФГ не обя­зательно повышать точность синусно-косинусных функций. Важно соотношение двух этих функций. Это соотношение является тангенсной функцией, которая должна определяться с высокой точностью. Точность моста, содержащего два ФГ, необходима лишь тогда, когда цифровой эквивалент Ф сравнивается с В, Это имеет место, когдаили когда

Задача состоит в определении двух функции которые

удобно генерировать линейной схемой. Они должны удовлетворить условию Такими функциями являются

поскольку их соотношение равнокогдапринимает соответственно

значения 0, 45 и 90°, независимо -от значения К.

Задав К==0,006, аппроксимируем тангенсную функцию с точностьюпри изменении Ф от 0 до 90° (рис. 10.9). Поскольку

линейный резистивный мост заменяет генераторы синусной в коси­нусной функций. Для реализация такого устройства потребовалось лишь по одному прецизионному резистору в до одному ключу на каждый двоичный раз­ряд [81].

Почтя половину оборудования, необходимого для синусно-косянусного мо-ста, можно исключить, если генераторы синусной в косинусной функций заме­нить на тангенсный ФГ, который не превосходит их по сложности, если аргу­мент Ф изменяется от 0 до 45°. В этом диапазоне тангенс меняется от нуля до единицы. В этом случае только один выходной сигнал СКВТ преобразуется ФГ [81].

Использование арктангенсных ФГ позволяет построить циклические ЦПП прямого преобразования, обеспечивающие умеренное быстродействие. При их по­ строении используется принцип, положенный в основу АЦП, у которого выход­ной код пропорционален отношению входного сигнала к опорному. Если выход­ ные сигналы СКВТ, приведенные в первый октант СО, подключать соответствую­щим образом ко входам АЦП, то на выходе будет сформирован цифровой экви­ валент тангенса приведенного угла [17].

Для получения кода угла необходимо этот сигнал подать на арктангенсный ФГ. Наиболее распространенным методом преобразования является использова­ние функции линейного сегмента в сочетании с ШИМ реверсивного интегриро­вания. Такое построение обеспечивает преобразование с высокой точностью в (умеренным быстродействием 1000 преобразований в секунду) {81].

Преобразователь с более высоким быстродействием (до 10000 преобразова­ний в секунду) реализуется по схеме, представленной на рис, 10.10 [81],

Выходные сигналы СКВТ подаются на СО через два ключа Кл1 н Кл2, ко­торые управляются УВХ. Сигнальные выходыпредставляют собой импульсы напряжения постоянного тока, в амплитуде которых представлена информация о величинеприведенного в первый октант. Выход­ной сигнал УВХтактирует работу АЦП в соответствии. с частотой питания СКВТ. Изменения величин не влияет на выходной сигналАЦП, по­скольку эта изменения синхронны. Такой ЦПП обладает низкой чувствитель­ностью к синфазным шумам в

Для получения arctg необходим быстродействующий генератор линейного сегмента или ПЗУ. В качестве интегратора в ЦПП используется промежуточный регистр памяти на выходе АЦП с поразрядным уравновешиванием или на входе ФГ. Это обеспечивает хранение на выходе младших разрядов Ф, а три

старших разряда формируются СО.

Быстродействующий генератор функции линейного сегмента состоит из ПЗУ, одного 10-разрядного параллельного двоичного сумматора и умножителя 3-раз­рядного слова на 4-разрядное (рис. 10,10) [59].

Входной сигнал ФГ X подразделяется на семь старших разрядовкото­рые после кодирования определяют 128 точек изломов функция, и три младших разряда, определяющих приращениесемь старших разрядов отвыбирают по одному значению дляВыбранные значения запоми-

наются в ПЗУ. Как могут иметь 128 отдельных уровней.

ПЗУ представляет собой устройство, в котором информация хранится постоян­но н не нарушаясь. Запомненная информация может быть считана в любой мо­мент времени.

128 значений запоминаются в 2048-разрядном ПЗУ, где

представлено 10-раэрядными словами, а—4-разрядными словами, которые

умножаются затем на 3-разрядные слова в другом массиве ПЗУ за счет выборки одного из 128 (8-раэрядных) слов для формирования Па-

раллельный сумматор складывает величинудля образования

выходных сигналов

В заключение следует сказать, что рассмотренные в этом параграфе функ­циональные генераторы ФГ достаточно широко используются в современных ЦПП повышенной точности и устойчивости к внешним воздействиям. При уме­ренных требованиях к ЦПП в этой части возможно использование более про­стых разновидностей ФГ [17, 81].

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

ЦИКЛИЧЕСКИЕ ЦПП С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ