JPS60103732A - アナログ信号の対数化及びデイジタル化のための回路装置 - Google Patents

アナログ信号の対数化及びデイジタル化のための回路装置

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JPS60103732A
JPS60103732A JP59214068A JP21406884A JPS60103732A JP S60103732 A JPS60103732 A JP S60103732A JP 59214068 A JP59214068 A JP 59214068A JP 21406884 A JP21406884 A JP 21406884A JP S60103732 A JPS60103732 A JP S60103732A
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JP
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circuit
converters
converter
signal
circuit arrangement
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JP59214068A
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ロルフ・デイーデリヒス
エルンスト・フライツ
ヴアルター・モール
ヴイルフリート・ピース
ノルベルト・シユレーダー
ベルント‐ヨアヒム・ヴエルナー
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Krautkraemer GmbH
Original Assignee
Krautkraemer GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/36Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type
    • H03M1/361Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type having a separate comparator and reference value for each quantisation level, i.e. full flash converter type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の産業上の利用分!11F この発明は、ディジタル化されるべぎ信号が、それぞれ
並列方式で動作する複数のA−D変換器に供給され、且
つA−D変換器の前に増幅器が接続されている、アナロ
グ信号の対数化及びゲイジタル化のだめの回路装置に関
する。この発明は更にこの種の回路装置の非破壊材料試
験用超音波装置への使用に関する。
従来技術の説明 この種の回路装置としては例えばDE−O829396
17が知られている。複数のA−D変換器を用いてアナ
ログ信号をディジタル化することによって、実用上任意
の大ぎさのダイナミックレンジ(ディジタル化されるべ
き最大信号の最小信号に対する割合)Kついてディジタ
ル化を行うことができる。その場合増幅器は個個のA−
D変換器のできるだけ等しい変調を実現するようにする
この既知の回路装置の場合には1個個のA−D変換器の
量子化段が線形的にではなく対数曲線に従って段階を付
けられていることによって対数化が行われている。
この既知の回路装置の場合の欠点は特にこの種の直接デ
ィジモル化A−D変換器の価格が比較的高いことである
。その理由は、線形段階式のA −D変換器とは対照的
に、高い変換速度で(すなゎち、100MHz 領域の
走査周波数で)動作する対数式A−D変換器は市販で入
手することができず、それぞれの使用目的に対し−て特
別に製造されなければならないからである。
従来特に非破壊A′A旧試験用超音波装置に使用される
回路装置においては、最大変換速度が信号周波数(数M
Hz)の程度であった。それにもかかわらずそれ自体と
しては低すぎる変換速度で動作し得るために、アナログ
信号の走査を時間的に制御して、それぞれ信号半波の波
高値がディジタル化されるようにしていた。この時間制
御の正確さは信号形態に依存しており且つしばしば不十
分であった。
khJ4)、を高い変換速度にもかかわらずアナログ信
号の対数化とディジタル化とを行い、そのさいダイナミ
ックレン:〉及7、ノ【分解能を既知の(しかも実質的
により高価な)回路装置のものに匹敵させるようにする
ことを簡単且つ安価な方法で可能にする回路装置を作る
という課題がこの発明の基礎1’Lなっていた。
発明の概要 この課題はこの発明に従って特許請求の範囲第1項の特
徴記載部分の諸特徴によって解決される。
すなわち、購入可能な線形段階式A−D変換器を用いて
まずアナログ信号のディジタル化が行われ、そしてこれ
に続いて符号器を用いてデ・rジメ・し1言号が対数化
される。更に詳細に説明するように、この発明シ′コよ
る回路装置の分解能は、個個の増幅器の増幅度を選択し
てA −D変換器のダイナミックレンジが重なり合って
接続さゼることによって、対数段階式A−D変換器の分
解能と同等になる。
この発明((よる回路装置を用いて、高周波信号のA−
D変換を少なくとも80 aBのダイナミックレンジを
持って100 MHz領域の変換速度で実赫することが
可能である。それと同時に、通常の回路装置においてア
ナログ信号の走査の時間制御のために必要とされる費用
が除外される。
この発明による回路装置は超音波装置に特に有利に使用
することができる。そのり由は、ダイナミックレンジが
太きいために入力信号の手動1/ベル調整を省略するこ
とができるからである。それと同時に、特に超音波裟装
置において必要とされるような、データ検出装置及びデ
ータ評価装置の完全な自動化のための重要な前提が満た
される。
この発明は更に、モノリシック集積回路の形幅をした市
販の線形A−D変換器を使用することができるという利
点を提供する。そのために機能装置全体の構成は非常に
小形になって、二倍大ヨーロッパ判カー ト” (Do
ppe l −Eur opa −Kar te ) 
K収容され得る。モノリシック変換器は既にそれ自体千
切にされ且つ正確に加工されているので、回路の平衡は
著しく簡単化される。
モノリシック技術の諸利点(すべての回路素子が一つの
結晶上で共通の製造工程で製作される)、例えば等しい
温度経過及びその他の同じ傾向の公差などがこの場合完
全に持ち込まれるので、達成された正確さ及び直線性は
、アナログ形対数増幅器又は普通に構成された対数段階
式A−D変換器により達成可能なものよりも著しく高く
なっている。
線形A−D変換器の使用は更に、可視表示装置上での図
式形態による表示の際に望まれるように。
ディジタル化信号を線形段階形態で更に利用することを
可能にする。対数段階式変換器は対数値の線形値への計
算による再変換によって不十分な方法でしかこの可能性
を提供しない。この場合線形目盛において達成可能な分
解能は、対数段階距離に制限されるので、非常に粗い。
この発明の回路装置は非破壊材料試験用の超音波装置及
び超音波施設に特に有利に使用される。
その他の詳細事項及び利点は次に実施例について第1図
ないし第7図を用いて詳細に説明される。
第1図にはパルス発生器1が示されており、これは導線
2を介してプローブ(探触子)3に接続されている。プ
ローブ3は試験されるべき加工片4上にあり、この加工
片には欠陥5が存在している。プローブ3には又受信増
幅器6が接続されており、これの後には導線7Vc、よ
り、受信エコー信号のディジタル化及び対数化のだめの
回路装置8が接続されている。回路装置8の信号値は導
線9を経て評価装置10に達する。
この種の回路装置の動作方法は既知であるので、次には
ただ簡単にこれを説明する。
発生器]Kよって周期的に発生されたパルスはプローブ
3を励振し、プローブ3は対応した超音波パルスを発生
する。この超音波・ξルスは試験されるべき加工片4に
達し、欠陥5により反射されて、再びプローブ3に達し
、対応する電気的パルスに変換される。この電気的パル
スは受信増幅器6で増幅され、続いて回路装置8でディ
ジタル化され且つ対数化されて次にその後の評価のため
に装置10に供給される。導線[1を経て回路装置8に
ストローブ信号が達するが。
この信号はディジタル化された値を一時的に記憶してい
る回路装置8の中間記憶装置を、記憶値が評価装置10
に転送され次第消去させるものである。
第2図はこの発明による回路装置8の第1の実施例を示
している。この回路装置は普通に市販されているA−D
変換器800ないし804(シーメンス社(Firma
 Siemens)の型式番号5DA501()yrA
−D変換器が特に有利であることが実証されている)を
含んでいる。
これらのA−D変換器のそれぞれのものの前にはl増幅
器810〜814が接続されており、これの入力は導線
7に接続されている。A−D変換器の出力は優先論理回
路820及び場合によっては最大値識別のための回路装
置830を経て符号器840に接続されている。この符
号器840を用いて(線形)ディジタル化値の対応対数
値への変換が行われる。導線833を通して線形ディジ
タル化値を取り出して、これを評価装置10によって更
に処理するか又は図式表示のために図示していない可視
表示装置に供給することもできる。
導線822,832及び834は、導線821,831
及び833上にある信号を取り出すことかできることを
それぞれ後置の回路装置に伝える解放信号の転送に役立
つ。
第3図はA−D変換器800の既知の回路構成図を示し
ている。A−D変換器は実質上一連の比較器900,9
01などからなっている。比較器の第1人力は導線70
に接続されており、この導線を介してディジタル化され
るべきアナログ信号が供給される。比較器の各第2人力
には、電圧源9200基準電圧Uref、から抵抗91
0,911などを用いて取り出された比較電圧が存在す
る。抵抗910,911などはすべて同じ抵抗値を持っ
ているので、比較器900 。
901などにおける比較電圧は線形的に減小する(線形
A−D変換器)。
比較器900,901などの出力はDフリップフロップ
930 、931などに接続されている。Dフリップフ
ロップは中間記憶装置として役立ち、その出力は優先符
号器940に接続されている。この符号器は比較器状態
を対応する二進符号に変換する。次に導線941を通し
て対応する二進数が回路装置8(第2図)の優先論理回
路820に転送さされる。やはり優先論理回路820に
接続されている導線942上には、導線70上の電圧が
大ぎくてこれが比較器900における比較電圧を越える
場合常((、〕ξルス(論理値1)が現れる(いわゆる
、あふれビット)。
次に第4図、第5図及び第6図を用いて第2図によるこ
の発明の回路の動作方法を詳細に論述する。
A−D変換器としては前述のシーメンス社の6ビント変
換器を使用すればよく、この変換器には64の比較器(
段)が設けられている。この発明に従って増幅器810
ないし814の増幅度は個々のA−D変換器のダイナミ
ックレンジが重なり合うように選択される。これは第4
図に示されている。
垂直の直線12はディジタル化されるべぎ総合電圧範囲
(ダイナミックレンジ)を百分率で示している。垂直の
直線13ないし17は、個個のA−D変換器800ない
し804が前置接続の増幅器810ないし814との関
係において動作するべき電圧範囲を示している。第4図
から知られるように、変換器800ないし804の動作
範囲は重なっている。それゆえ導線7を経て到来する電
圧が増大すると、最初にA−D変換器804の比較器が
ディジタル出力呟を発生する。入力電圧がA−D変換器
804の比較器55の比較電圧を越えると、A−D変換
器803が同時に動作し始める。なぜなら、変換器80
3の第1比較器の比較電圧も又越えられるからである。
熱論A−D変換器803によるディジタル信号の発生は
回路装置8の全体的なディジタル化過程には影響を及ぼ
さない。A−D変換器804の比較器64が導線950
を介して1受光論理回路820にあふれ信号を与えたと
ぎに初めて導線821土に、上漱器803のその時存在
する比較器状態に対応するディジタル値が発生する。導
線821上にはそれゆえ最初に、A−D変換器804の
比較器工ないし64の状態に対応するディジタル値が現
われる。続いて、A−D変換器803の比較器10ない
し64の状態に対応するディジタル値が現われる(以下
同様)。
A−D変換器800ないし804の重なり合った動作範
囲の選択によって大きいダイナミックレンジにおける十
分に高い分jv「能が(対数化する)回路装置8を用い
て達成される。なぜならば、変換器の下方の段、従って
特に比較器1ないし10の状態が回路装置8全体の分解
能を実質上決定するからである。これを2′!5図を用
いて説明する。
垂直な直線120はディジタル化されるべき全体の電圧
範囲(ダイナミックレンジ)をデシベルで示している。
垂直な直線130ないし170はやはり線形A−D変換
器の動作範囲(ダイナミックレンジ)を示している。こ
の場合個個の段に対応する電圧値がデシベルで(従って
、対数目盛で)記入されている。さて図から知られるこ
とであるが、それぞれA−D変換器の最初の10段は既
に20dBのダイナミックレンジを覆っている。
これに対して残りの54段は16dB のダイナミック
レンジのために使用されており、従って段階、すなわち
対数目盛における個個の段の間隔はこの場合には実質上
最初のlOの比較器の間の段階よりも細か(なっている
。個個の段の間隔はこの場合段数字(比較器数字)の増
大と共(減小している。
例えば、第1段から第2段までの距離は6 aBの電圧
変化に対応し、第2段から第3段までの距離は3.5 
aB K対応している。回路装置8の電圧変化(分解能
)を例えば1段当り0.8aBより小さくしたい場合に
は、ディジタル化が第12段から初めて行われることが
必要である。なぜならば、第11段から第12段までの
距離が初めて0.8dB よリモ小さい電圧変化を生じ
させるからである。
実際には回路装置80分解能は非常に小さい電圧値(雑
音信号)に対しては6dBより悪くてもさしつがえない
ので、ディジタル化が第12段から初めて行われるとい
う条件をA−D変換器800ないし803だけが満たし
ていれば十分である。A −D変換器804はその場合
既に第1段から有効にディジタル化を行うことができる
第6図には第2図によるこの発明の回路装置8の別の実
施例が80で示されている。実質上両者の回路装置は、
第2図においては増幅器810ないし814が異なった
増幅度を備えているのに対し、第6図においてはすべて
の増幅器810ないし818が同じ増幅度を持っている
という点で異なっているだけである。このため((、増
幅器は第2図の場合とは異なって入力側で相互に接続さ
れず直列に接続されている。A−D変換器800ないし
8o4.優先論理回路820、装置830及び840に
ついては第2図に示されたものと同様である。
個個のダイナミックレンジを重ね合わせて0.8aB以
下の分解能が生じるようにするため((、それぞれ16
 aBの増幅度を持った増幅器810,815ないし8
18が使用された。
ディジタル式最大値検出器830は、ここで詳細に説明
される必要のない既知の回路装量である。
実質上最大値検出器はデータ圧縮を実施するという役割
だけを持っている。それは多(の場合省略することがで
き、この発明の要件ではない。
前述の回路装置を用いて、80dBのダイナミックレン
ジについて100MI−(z領域の変換速度で高周波信
号のA−D変換を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による回路装置が使用されている超音
波装置の構成図である。 第2図はこの発明による第1回路装置の構成図である。 第3図は既知のA−D変換器の構成図である。 第4図及び第5図は第2図によるこの発明の回路装置の
動作方法を説明するだめの細口である。 第6図はこの発明による第2回路装置の構成図である。 これらの図面において、8,80はディジタル化及び対
数化のための回路装置、800〜804はA−D変換器
、810〜814は増幅器、815〜818は増幅器(
同一増幅度)、840は符号器で示す。 (外5名) FIG、3 第1頁の続き @発明者 ヴアルター〇モール ド @発 明 者 ヴイルフリート・ピー トス ヒ o発 明 者 ノルベルト・シュレー ドダー ン 0発 明 者 ベルントーヨアヒム・ ドヴエルナー 
ン イツ連邦共和国5014 ケルペン、ヘーアシュトラー
セ少弼 イツ連邦共和国5042 エルフシュタットーレヒエニ
、アム・クアレンブルク お イツ連邦共和国 5024 プルハイム 3.アム・ゾ
ンネハンク 5 イツ連邦共和国 4000 デュッセルドルフ 30.
ヨルダシュトラーセ 31

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)ディジタル化されるべぎ信号が、それぞれ並列方式
    で動作する複数のアナログ・ディジタル変換器(A−D
    変換器)に供給され、且っA−D変換器の前に増幅器が
    接続されており、且っa)個々の増幅器(810〜81
    4,810,815〜818)の増幅度が適当に選択さ
    れて、A−D変換器(800〜804)のダイナミック
    レンジが回路装置(8,80) の所与の分解能に対応
    して重なり合って互いに接続していること、 b)線形段階の量子化段を備えたA−D変換器(SOO
    〜804)が使用されていること、C)信号値の対数化
    がA−D変換器(800〜804)の後に接続された符
    号器(840)を用いて行われること。 を特徴とする、アナログ信号の対数化及びディジタル化
    のための回路装置。 2)それぞれ隣接したA−D変換器(800〜804)
    が増幅器(815〜818)を介して互いに接続されて
    いること、及びすべての増幅器(815〜818)が同
    じ増幅度を持っていること、 を特徴とする特許請求の範囲第1項に8鍬の回路装置。 3)モノリシック集積回路の形態をしたA−D変換器(
    800〜804)が使用されていること、を特徴とする
    特iI/I′請求の範囲第1項に記載の回路装置。 4)非破壊材料試験用超音波装置にり使用されることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項又は第3項に
    記載の回路装置。
JP59214068A 1983-10-12 1984-10-12 アナログ信号の対数化及びデイジタル化のための回路装置 Pending JPS60103732A (ja)

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DE3337041.9 1983-10-12
DE3337041A DE3337041C1 (de) 1983-10-12 1983-10-12 Schaltungsvorrichtung zur Logarithmierung und Digitalisierung analoger Signale

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