SU1193693A1 - Логарифмический аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий ключ, включенный между информационным входом преобразовател  и первым входом компаратора, соединенного вторым входом с выходом источника порогового напр жени  компаратора, причем первый вход компаратора через параллельно включенные запоминающий конденсатор и разр дный pealicтор подклю |ен к шине нулевого потенциала, управл ющий вход ключа подключен к входу записи реверсивного счетчика, соединенного с входом запуска преобразовател , и генератор тактовых импульсов, отличающийс  тем, что, с целью расщирени  динамического диапазона, в него введены регистр кода порогового напр жени  компаратора и управл емый источник тока, включенный между щиной нулевого потенциала и первым входом компаратора, соединенного инвертирующим выходом с управл ющим входом управл емого источника тока и вычитающим входом реверсивного счетчика, сумм (фующий вход которого соединен с пр мым выходом компаратора и входом останова генератора тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с входом запуска преобразовател , а выход генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу ре версиБного счетчшса, установочный вход которого подключен к выходу регистра кода порогового напр жени  компаратора.

Description

Изобретение относитс  к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано дл . 1феобразовани  электрических сигналов с широким диапазоном изменени  уровней. Цель изобретени  - расширение динамиfiecKoro диапазона логарифмического аналогоцифрового прео азовател  (ЛАЦП) путем . создани  полной шкалы, имеющей начальный участок квантовани  малых уровней с различной функциональной зависимостью. На фиг. 1 приведена функциональна  схема логарифмического аналого-цифрового преобразовател ; на фиг. 2 - временные диаграммы логарифмического аналого-цифрового преобразовател ; на фиг. 3 - вариант в полнени  генератора тактовых импульсов. Логарифмический аналого-цифровой преобр зователь содержит информационный вход 1, ключ 2, вход 3 запуска, запоминающий конденсатор 4, разр дный резистор 5, управл емый источник 6 тока, компаратор 7, источник 8 порогового напр жени , генератор 9 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 10, регистр 11 кода порогового напр жени  компаратора. Генератор тактовых импульсов содержит RS-триггер 12, генератор 13 стабильных импульсов , элемент ИЛИ-НЕ 14, элемент И 15, элемент 16 задержки, делитель 17 частоты, коммутатор 18. Логарифмический АЦП работает следуюг щим образом. В -исходном состо нии ключ 2 замкнут и запоминающий конденсатор 4 зар жен до на пр жени  источника преобразуемого сигнала на информационном входе I 1 . После прихода импульса запуска с входа запуска 3 ключ 2 размыкаетс , а в реверсивный . счетчик 10 по сигналу на установочном его входе из регистра 11 заноситс  ко порогового напр жени  компаратора NO , пропорциональный уровню источника порогового напр жени  компаратора 8 (J, .С м мента 4,р размыкани  ключа 2 в зависимости от соотношени  величин (J и И о начинаетс  зар д запоминающего конденсатор 4 от управл емого источника 6 тока или ра р д его через разр дный резистор 5. Рассмотрим процессы в схеме ЛАЦП дл  случаев Ux Uo и О li о При и X, и о компаратор 7 имеет на инвертирующем выходе нащ) жение логической единицы, которое подключает управл емый источник 6 тока (, к запоминающему конденсатору 4 дл  его зар да и по вычитающему входу переводит реверсивный счетчик 10 в режим вьпитани . В тот же момент времени т. импульсом пуска с 3. входа 3 по входу записи реверсивного счетчика 10 заноситс  код порогового напр жени  NO из регистра 11 и запускаетс  по входу запуска генератор 9 тактовых импульсов с периодом следовани  импульсов Т С выхода генератора 9 тактовых импульсов тактовые импульсы поступают на счетный вход реверсивного счетчика 10 и происходит вычитание этих импульсов из кода N Этот процесс продолжаетс  до момента t, j когда напр жение на запоминающем конденсаторе 4 и с достигает величины напр жени  источника 8 порогового напр жени  („ (фиг. 2, крива  1). Когда Uc U,, . происходит срабатывание компаратора 7 и на его инвертирующем выходе по вл етс  напр жение логического нул , выключающего источник 6 тока, а на пр мом выходе по вл етс  напр жение логической единицы, останавливающее по входу останови генератор 9тактовых импульсов. В реверсивном счетчике будет записано число Njj где N, - число импульсов генератора 9 с периодом повторени  , прошедших на счетный вход счетчика 10 за врем  TX t, - ij . Число MX, св зано определенной функциональной св зью с величиной преобразующего сигнала U , При УХ и о компаратор 7 находитс  в состо нии, когда на его пр мом выходе- напр жение логической единицы, которое по суммирующему входу реверсивного счетчика 10переводит его в режим суммировани . При этом источник 6 тока напр жением логического нул  на инвертирующем выходе компаратора 7 выключен. После прихода импульса пуска с входа 3 ключ 2 размыкаетс , в реверсивный счетчик Ю заноситс  от регистра 11 код NO и запускаетс  генератор 9 тактовых импульсов с периодом повторени  Т . С момента времени t конденсатор . 4 начинает разр жатьс  через разр дный резистор 5 по экспоненциальному закону (фиг. 2, крива  2). Этот разр д продолжаетс  до момента времени i когда Up -УдИ компаратор 7 выработает перепад напр жени  из логической единицы в логический нуль, который остановит генератор 9 тактовых импульсов. В реверсивном счетчике 10 будет записано число Njf tNotNj, где N5 - число импульсов генератора 9 с периодом повторени  TQP , прощедщих на счетный вход счетчика 10 за врем  . Число Nхг (1) св зано с величиной преобразуемого сигнала на участке между Ухг и о логарифмической зависимостью. Определим функциональные возможности предлагаемого устройства.

На начальном участке шкалы АЦП, когда х 0 напр жение зар жаемого током (

i, запоминающего конденсатора, как известно , определ етс  выражением

t ( гДе-г-Я-с dl R Преобразу  (1), получим dUc RIo-Lic Rio-и с Интегриру  (3) по част м, получим SehiRIo-UeVt+S где - константа, которую легко опре делить из начальных условий t О и Uc Ux,, (Ri,-u,,), что дает . IJo TX, -t, Поскольку NX, N- N, ,aN, IOA OA ( фиг.2, крива  1) где ,Tx -t,-tp;ri ПОЛЗЧИМ . N.,«. (4) Тол-ЧКГо-исГ Из выражени  (4) можно найти величи ну кода NC , использу  очевидное уело вие, что при U), - 0) NX, - О , а момен времени {, ( соответствует (J - U : Rio (5) о и ол .VXiп и, Из (3) следует Ji(RIo-Uc переход  от дифференциалов к конечным ращени м: J{J 1 квант напр жени  оА дискрет времени, получим («1о-ио) Дл  того, чтобы полна  шкала ЛАПЦ имели разрывов, в выражение (6) иеобхо МО установить такую величину тока 1 чтобы первый квант логарифмического уч ка шкалы Ь (выше (1д ) был равен последнему кванту начального участка НА ( ниже Uf, ).

Дл  логарифмического участка шкаль ЛАПЦ, когда U Uo , известно (1)

(usr

(7) где В - относительна  погрешность преобразовани  логарифмического участка шкалы. Очевидно, , Uo(A+8) где К ( максимальный код логарифмического участка шкалы, который определ етс , как en(U8) Первый квант логарифмического учас1ка из (7) равен Ье Н 8Гио-(и5)и„.8и„. (9) Дл  логарифмической шкалы также известно , что Т, 12-1о Ц гЕпN - Р г .NX,--en-j г ол о Также очевидно, что м махсЧ-е«1 Из (8) и (10) получим ,/еп(ь8). Приравн в Ьд h в точке шкалы ЛАЩ U, U о получим из (6), (9) .-M.BU.; r(«lo-Men tS ) ос Обозначив I ое запишем 9 , sai ALi 1 ft L 9 en(u8)J Поскольку дл  современных АПП величина относительной погрешности выбираетс  менее 10%, то S 6 0,1 и величина 8/Еп(1+ S)- 1, что позвол ет записать of. М l vlПодставл   в (5) выражени  (11) и (13), имеем г.:BnfQtl,С) een{HS) 5 Подставл   в (4) выражение (14) получим окончательно функциональную св зь кода NH (на начальном участке шка- лы ЛАЦП) с величиной преобразуемого напр жени  Г. , . . /. 9Uv . een(,-7s)hl(), Таким образом, из выражени  (15) следует , что, варьиру  величину отношени  пер одов повторени  тактовых импульсов генератора 9 и завис щую от нее по формуле (13) величину тока 1 , можно получить большое количество различных функциональных шкал на начальном участке и X и о . При этом на участке U , U характер шкалы остаетс  логарифмическим. Др  получени  различных значений 9 и тем самым изменени  вида шкалы на начальном участке генератор тактовых импульсов работает следуюшим образом. После прихода импульса пуска со входа 3 триггер 12 по 5 -входу устанавливаетс  на выходе в состо ние логической един цы и элемент И-НЕ 14 разрешает прохождение импульсов генератора 13 (с периодом повторени  Тдд , либо непосредственно к входу коммутатора 18, либо через делитель 17 частоты. Если на пр мом выходе компаратора 7 - логический ноль (т.е. (,), то импульсы генератора 13 непосредственно проход т коммутатор 18 к счетному входу реверсивного счетчика 10. Если на пр мом выходе компаратора 7 - логическа  единица (Ll)(U(,), то к счетHov .y входу реверсивного счетчика 10 подключаетс  через коммутатор 10 выход дел тел  17 частоты и период повторени  тактовых импульсов равен Т . Величина Т а значит и отношение 9 , зависит от коэффициента делени  делител  17. По каждому изменению состо ни  пр мого вы хода компаратора 7 осуществл етс  остановка генератора 9 с помощью элемента И 15, подключенного своим выходом к R-входу триггера 12 (устанавливающего триггер в ноль), и элемента 16 задержки, состо щего, например, из интегрирующей цепи R1 С ( . При каждой смене состо 3 6 ни  компаратора 7 на выхо;;с элемента И 15 вырабатываетс  импульс, сбрасывающий триггер 12 и тем самым запрещающий с помощью элемента И-НЕ 14 прохождение импульсов генератора 13. Рассмотрим возможность получени  линейного начального участка в предлагаемом логарифмическом АЦП. Из выражени  (1) следует, что дл  получени  линейной шкалы, т.е. линейной зависимости напр жени  на конденсаторе 4 от времени Uc-lo-t/c(16) I необходимо, чтобы ток источника тока зависел от времени по закону т т о i . Дл  обеспечени  равенства квантов линейного и логарифмического участков щкалы h - Н g в точке U, -Ug -U найдем величины кванта линейной шкалы из выражени  (16) , U UQ IO QA-NO loTon ЩГ так как в этом случае t - Тдд N Q . Использу  (9) и (17), получаем величину тока источника 6 тока . 8U,.c ° Таким образом, показани  реверсивного счетчика 10 на логарифмическом участке шкалы равны .Ti7 где N -- количество квантов на ли BU(, 8 нейном участке шкалы. На линейном участке шкалы показани  счетчика 10 определ ютс , как г U, Ux и, «. N«-;r ; S 8Uo 8Uo Ид поскольку i (j

Claims (1)

1. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий ключ, включенный между информационным входом преобразователя и первым входом компаратора, соединенного вторым входом с выходом источника порогового напряжения компаратора, причем первый вход компаратора через параллельно включенные за- поминающий конденсатор и разрядный резистор подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход ключа подключен к входу записи реверсивного счетчика, соединенного с входом запуска преобразователя, и генератор тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены регистр кода порогового напряжения компаратора и управляемый источник тока, включенный между шиной нулевого потенциала и первым входом компаратора, соединенного инвертирующим выходом с управляющим входом управляемого источника тока и вычитающим входом реверсивного счетчика, сум- § мируюший вход которого соединен с прямым выходом компаратора и входом останова генератора тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с входом запуска преобразователя, а выход генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен к выходу регистра кода порогового напряжения компаратора.