Чтобы быть полезными, нелинейные системы часто требуют линеаризации, и схема на Рисунке 1 формирует нелинейные пилообразные импульсы для ШИМ (широтно-импульсного модулятора), которые могут компенсировать нелинейность датчиков, контроллеров или систем. На каждый запускающий сигнал схема выдает линейный пилообразный импульс, квадратичный параболический импульс и кубический параболический импульс равной и постоянной ширины. Все импульсы имеют одинаковые пиковые амплитуды.
 | |
| Рисунок 1. | Запускаемая внешним сигналом схема выдает линейный пилообразный импульс, квадратичный параболический импульс и кубический параболический импульс, все из которых начинаются с 0 В и имеют одинаковые пиковые амплитуды. |
Схема включает в себя каскад из трех синхронно коммутируемых интеграторов. Ключ S2D2 микросхемы IC3 подключает вход интегратора на усилителе IC2D – первом в цепочке – к источнику опорного напряжения VREF. Третий интегратор, использующий усилитель IC2B, позволяет одновременно генерировать импульс в форме кубический параболы. Каждый интегратор управляется входным коммутатором и ключом сброса, подключенным параллельно соответствующему интегрирующему конденсатору.
Ключ S1AD1 микросхемы IC4 является ключом сброса для интегратора на усилителе IC2D. Ключ S1BD1 служит последовательным входным коммутатором для интегратора на усилителе IC2D. Аналогично, S2AD2 – это ключ сброса для интегратора на усилителе IC2C, а S2BD2 – входной коммутатор для интегратора на усилителе IC2C. Положения всех ключей на схеме показаны для «лог. 1» на всех управляющих входах: IN1-IN4 микросхемы IC3, IN1 и IN2 микросхемы IC4.
Кроме того, интеграторы IC2D и IC2C имеют ключи заземления – S1D1, и S3D3, соответственно (микросхема IC3). Заземляющие ключи гарантируют, что ошибка из-за токов утечки последовательных коммутаторов будет примерно на 50% меньше, чем в схеме без заземляющих ключей.
Логический сигнал ИНТЕГРИРОВАНИЕ управляет всеми последовательными коммутаторами. При высоком уровне этот сигнал включает все ключи сброса и заземления. Таким образом, интеграторы IC2B, IC2C и IC2D либо интегрируют соответствующие аналоговые входные сигналы, либо сбрасывают свои выходы в ноль. Вход интегратора IC2D подключен к прецизионному источнику опорного напряжения IC1 через ключ S2D2. Поэтому сигнал VOUTL представляет собой отрицательный пилообразный импульс. Закон изменения напряжения этого импульса в течение времени T1 описывается выражением
Инвертор IC2A меняет полярность этого импульса. Его коэффициент усиления по напряжению равен –1, поскольку положительные импульсы встречаются и используются чаще. Интегратор IC2B интегрирует пилообразный импульс VOUTL, поэтому IC2B выдает квадратичный параболический импульс:
Одновременно интегратор IC2B интегрирует этот импульс, формируя на своем выходе импульс, имеющий форму кубической параболы:
VOUTLPEAK, VOUTQPEAK и VOUTCPEAK – это положительные или отрицательные пиковые значения амплитуд импульсов на выходах соответствующих интеграторов, а T1 – ширина импульса интегрирования. Теоретически, для выполнения условия VREF = VOUTLPEAK = VOUTQPEAK = VOUTCPEAK, нужно, чтобы постоянные времени интегрирования соответствующих интеграторов соотносились как 1:1/2:1/3. Однако в данном случае VREF = 3 В, в то время как VOUTLPEAK = VOUTQPEAK = VOUTCPEAK = 5 В.
В цепочке соотношений длительностей 1 следует умножить на 3/5. С учетом постоянной времени интегратора IC2C, получим цепочку длительностей 6/5:1:2/3. При равных сопротивлениях резисторов интеграторов RIL = RIQ = RIC это соотношение справедливо для номиналов соответствующих интегрирующих конденсаторов. В схеме используются высококачественные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа. CIQ имеет емкость 2.3692 нФ. Для достижения необходимой точности CIL собран из включенных параллельно конденсаторов емкостью 2.4016 нФ, 343 пФ и 79 пФ. CIC образован параллельным соединением 1067 пФ и 499 пФ.
 | |
| Рисунок 2. | В середине импульса уровень напряжения квадратичного параболического импульса (розовая кривая) составляет ровно одну четвертую от его пикового уровня. |
По нарастающему фронту на входе запуска уровень сигнала ИНТЕГРИРОВАНИЕ становится низким, ключи сброса и заземления размыкаются, а последовательные коммутаторы включаются. Интегрирование продолжается до тех пор, пока VOUTQPEAK не достигнет 5 В, вследствие чего на выходе IC5 установится низкий уровень, который, в свою очередь, установит высокий уровень на линии ИНТЕГРИРОВАНИЕ. Тогда последовательные коммутаторы будут разомкнуты, а ключи сброса и заземления замкнуты. Схема остается в этом устойчивом состоянии до прихода следующего нарастающего фронта импульса на входе запуска. Аналоговые коммутаторы ADG1213 и ADG1236 хорошо работают в этой схеме благодаря низкой инжекции заряда в канал, не превышающей 1 пКл. Показанные на Рисунке 2 импульсы линейной и квадратично-параболической формы иллюстрируют высокую точность схемы.