CN104035746B - 简易对数变化电压发生电路 - Google Patents

Abstract

简易对数变化电压发生电路，涉及电子电路技术领域，解决现有技术在输出电压更新速率高的情况下对数模转换器及相关控制器性能参数要求及费用高的问题，本发明设置多通道RC充放电电路的充电时间常数和充电电压，通过选择不同通道不同时段信号作为输出信号，以拟合所需的随时间呈对数变化的电压信号，其中多通道RC充放电电路的充电时间常数、充电电压和多通道RC充放电电路输出信号输出时刻由参与拟合的多通道RC充放电电路输出信号与所需的随时间呈对数变化的电压信号之间的关系决定。本发明可以根据输出电压及系统精度要求，通过上位机配置参与拟合的RC充放电电路通道数目、参数，以较低成本获取所需的随时间呈对数变化的电压信号。

Description

简易对数变化电压发生电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种简易的对数变化电压发生电路。

背景技术

产生对数变化电压的方法之一是采用对数放大器，但该方法需在电路输入端产生随时间线性变化的电压，而线性变化电压可由数模转换器产生；第二种方法是事先建立与对数变化电压相对应的控制字，由数模转换器直接产生对数变化电压，省去了对数放大器。上述两种方法在输出电压更新速率较低时是可行的，随着输出电压更新速率的提高，对数模转换器及相关电路的性能要求会很高。例如：当输出电压更新速度达到1GHz时，要求数模转换器采样频率要达到1GSPS，与其配套的控制器工作频率需达到数GHz或者十几GHz，难度增大的同时，费用也大大提高。

发明内容

本发明为解决现有技术在输出电压更新速率高的情况下对数模转换器及相关控制器性能参数要求及费用高的问题，提供一种简易的对数变化电压发生电路。

简易的对数变化电压发生电路，包括控制器、多路可变电源模块、多路RC充放电电路模块、编码单元和多路模拟通道选择模块，所述控制器控制多路可变电源模块为多路RC充放电电路模块提供充电电压；所述控制器通过改变多路RC充放电电路模块中的电阻值和/或电容值改变对应各路RC充放电电路的充电时间常数；所述控制器控制编码单元更新编码信息的时间，并将输出的编码信息作为多路模拟通道选择模块中选择通道的输入信号，选择多路RC充放电电路模块输出信号中的一路作为多路模拟通道选择模块的输出信号，拟合所需的随时间呈对数变化的电压信号。

本发明的有益效果：本发明所述的简易对数变化电压发生电路的核心思想是设置多通道RC充放电电路的充电时间常数和充电电压，通过选择不同通道RC充放电电路的不同时段信号作为系统输出信号，以拟合所需的随时间呈对数变化的电压信号。采用本发明的简易对数变化电压发生电路，可以根据输出电压及系统精度要求，通过上位机软件配置参与拟合的RC充放电电路通道数目、参数，以较低成本获取所需的随时间呈对数变化的电压信号。

附图说明

图1为本发明所述的对数变化电压发生电路的结构示意图；

图2为编码单元工作时序图；

图3为多路模拟通道选择模块原理示意图；

图4为采用本发明所述简易对数变化电压发生电路产生的输出电压与理想输出电压曲线。

图中：1、控制器，2、多路可变电源模块，3、多路RC充放电电路模块，4、编码单元，5、多路模拟通道选择模块，6、非易失性存储器；7、通信接口，8、单路可变电源，9、单路RC充放电电路，10、RC充放电控制开关电路。

具体实施方式

简易对数变化电压发生电路，通过选择多路不同RC充放电电路的不同时段信号来拟合随时间呈对数变化的电压信号，通过上位机软件设置参与拟合的RC充放电电路的通道数及各通道对应的充电电压和充电时间常数。包括控制器1、多路可变电源模块2、多路RC充放电电路模块3、编码单元4、多路模拟通道选择模块5、非易失性存储器6、通信接口7及RC充放电控制开关电路10。多路可变电源模块2分别为其对应的多路RC充放电电路模块3提供充电电压，改变多路可变电源模块2各路输出电压可改变其对应RC充放电电路的充电电压，通过改变多路RC充放电电路模块3中的电阻值，或电容值，或电阻值和电容值来控制其对应RC充放电电路的充电时间常数。控制器1产生控制信号控制RC充放电电路开关电路8，以控制多路RC充放电电路处于充电状态或放电状态，同时为编码单元4提供计时启动信号。编码单元4依据上位机设置的参与拟合的通道数及各通道的切换时间，在特定时刻输出指定的编码信号作为多路模拟通道选择模块中选择通道的输入信号，以选择指定RC充放电电路输出信号作为系统输出信号。各路RC充放电电路充电时间常数、充电电压及编码单元输出各编码信号的时刻由所需的对数变化输出电压与各RC充放电电路输出信号之间的关系决定。所述控制器通过通信接口7与上位机软件连接，由上位机软件将各路RC充放电电路充电时间常数所对应的电阻值或电容值、充电电压及编码单元输出各编码信号的时刻等信息发送给控制器。所述控制器将接收到的信息存储在非易失性存储器6中，以便在后续上电后能自动读取，无需上电后参数再次设置。

本实施方式所述的控制器1选择FPGA或DSP或ARM等微处理器。

本实施方式所述的多路可变电源模块2包括多个单路可变电源8，所述单路可变电源8可选择数模转换器或数字电位计配合可调稳压器实现。

本实施方式所述的多路RC充放电电路模块3包含多个单路RC充放电电路9，所述单路RC充放电电路9中的电阻可选择固定阻值电阻或数字电位计，电容可选择固定容值电容或电容阵列配合模拟开关阵列实现。

本实施方式所述的编码单元4选择FPGA或CPLD等可编程逻辑器件，结合图2，充电使能信号为高电平时，多路RC充放电电路模块3开始充电，编码单元4内部具有高速计时电路，计时时钟频率选取百兆量级，当内部计数器计数值达到指定通道切换时刻对应计数值时，编码单元4输出编码值进行累加，该信号送入多路模拟通道选择模块5的选择通道，进行信号通道的切换。

本实施方式所述的多路模拟通道选择模块5由模拟开关电路组成，结合图3，多路模拟通道选择模块5包含2N个信号通道IN[0]～IN[2N-1]、N个选择通道ENCODE[0]～ENCODE[N-1]及一个输出通道OUT，三者之间数学关系表达式为OUT＝IN[ENCODE(N-1:0)]。

本实施示例中，当N＝1时，为得到如下关系表达式的输出电压：

V_{Desired_Out＝}0.163×[0.6·lg(0.029)+1.2·lg(t)]

可选择通道0RC充放电电路充电电压为1.3156V，充电时间常数为930ns；通道1RC充放电电路充电电压为1.5V，充电时间常数为2400ns。两通道之间的切换时刻选取为4940ns，即当t<4940ns时，选取通道0RC充放电电路输出信号作为系统输出信号；当t≥4940ns时，选取通道1RC充放电电路输出信号作为系统输出信号，即实际输出信号表达式如下：

具体实现时，编码单元4内部高频计数器时钟选取为100MHz，结合图2，D[1]选为494，当内部计时值达到D[1]值时，通道0和通道1RC充放电电路充电时间达到4940ns，在0～4939ns时间范围内，通道0RC充放电电路输出信号作为系统输出信号；从4940ns开始切换到通道1RC充放电电路输出信号作为系统输出信号。结合图4，得到的实际输出电压曲线和理想电压曲线非常接近。利用本发明所述的简易对数变化电压发生电路可获得满意的输出电压曲线。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.简易对数变化电压发生电路，包括控制器(1)、多路可变电源模块(2)、多路RC充放电电路模块(3)、编码单元(4)和多路模拟通道选择模块(5)；其特征是，所述控制器(1)控制多路可变电源模块(2)为多路RC充放电电路模块(3)提供充电电压；

所述控制器(1)通过改变多路RC充放电电路模块(3)中的电阻值和/或电容值改变对应各路RC充放电电路的充电时间常数；

所述控制器(1)控制编码单元(4)更新编码信息的时间，并将输出的编码信息作为多路模拟通道选择模块(5)中选择通道的输入信号，选择多路RC充放电电路模块(3)输出信号中的一路作为多路模拟通道选择模块(5)的输出信号，拟合所需的随时间呈对数变化的电压信号。

2.根据权利要求1所述的简易对数变化电压发生电路，其特征在于，所述多路可变电源模块(2)包含多个单路可变电源(8)，多路RC充放电电路模块(3)包含多个单路RC充放电电路(9)，所述单路可变电源(8)为对应的单路RC充放电电路(9)提供充电电压。

3.根据权利要求2所述的简易对数变化电压发生电路，其特征在于，多路RC充放电电路模块(3)的充电电压、充电时间常数以及编码单元(4)更新编码信息时刻由参与拟合的各单路RC充放电电路(9)与所需的随时间呈对数变化的电压信号之间的关系决定。

4.根据权利要求3所述的简易对数变化电压发生电路，其特征在于，还包括非易失性存储器(6)和通信接口(7)；所述控制器(1)通过通信接口(7)接收上位机传送的参与拟合的RC充放电电路通道数、各单路RC充放电电路(9)的充电电压及充电时间常数及编码单元(4)更新编码信息时刻的信息，并将所述信息存储在非易失性存储器(6)中。

5.根据权利要求4所述的简易对数变化电压发生电路，其特征在于，还包括RC充放电控制开关电路(10)，用于决定所有单路RC充放电电路(9)处于充电状态或放电状态，同时为编码单元(4)内部高频计数提供启动信号。

6.根据权利要求5所述的简易对数变化电压发生电路，其特征在于，所述多个单路可变电源(8)选择数模转换器或数字电位计配合可调稳压器实现；所述单路RC充放电电路(9)中电阻选择固定阻值电阻或数字电位计，电容选择固定容值电容或电容阵列配合模拟开关阵列实现。