SU1656563A2 - Логарифмический аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройству преобразовани  аналоговой формы информации в цифровую, может быть использовано в автоматике, измерительной, преобразовательной и вычислительной технике , а также в системах управлени  Цель изобретени  - расширение области применени . Цель достигаетс  тем, что в логарифмическийаналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорных напр жений, два коммутатора, генератор экспоненциального напр жени , два счетчика, первый аналоговый компаратор , элемент И, одновибратор, два D-тригге- ра,блок синхронизации, регистр цифровой компаратор, цифроаналоговый преобразователь , интегратор, генератор опорных импульсов , введены второй и третий аналоговые компараторы, выходы которых  вл ютс  соответственно выходами заема и переноса устройства, а между входом установки в Г второго D-триггер и входом установки в О первого D-триггера включен элемент ИЛИ. Устройство может быть применено в составе широкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразовател  и позвол ет расширить область функционировани  при входных напр жени х , превышающих верхнюю м ани- цу опорного напр жени . 1 ил ё

Description

Изобретение относитс  к устройствам преобразовани  аналоговой формы информации в цифровую, может быть использовано в автоматике, измерительной, преобразовательной и вычислительной технике , а также в системах управлени  и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт. св. ISfc 1481803

Цель изобретени  - расширение области применени .

На чертеже представлена функциональна  схема логарифмического аналого-цифрового преобразовател  (ЛАЦП).

ЛАЦП содержит источник 1 опорных напр жений , первый коммутатор 2, генератор

3 экспоненциального напр жени  (ГЭН) с регулируемой посто нной времени экспоненты , первый 4 и второй 5 счетчики первый аналоговый компаратор 6, элемент Л 7, одновибратор 8, два D-триггера 9 и 10 блок 11 синхронизации, регистр 12, цифровой компаратор 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, интегратор 15. генератор 16 опорных импульсов, второй коммутатор 17, аналоговый вход 18, цифровой вход 19 задани  начального кода цепи регулировки посто нной времени экспоненты, цифровой выход 20 устройства, второй 21 и третий 22 аналоговые компараторы, выход 23 заема, выход 24 переноса и элемент ИЛИ 25

ЛАЦП работает следующим образом.

На аналоговый вход 18 устройства поступает измер емое напр жение Ux. на цифровой вход 19 посто нный код NKO- По импульсу запуска от блока 11 синхрониза- ции ГЭН 3 зар жаетс  до своего максимального напр жени  1)э.

По окончании этого импульса с момента Т2 начинаетс  формирование экспоненциального напр жени . Импульсом сброса осуществл етс  сброс счетчиков 4 и 5 и предустановка D-триггеров: триггер 9 устанавливаетс  в О, а триггер 10 - в 1, если они находились в других состо ни х (сразу после включени ).

За счет нулевого кода на управл ющих входах первого 2 и второго 17 коммутаторов включаютс  их первые каналы, так что на выход первого коммутатора 2 поступает первое опорное напр жение Uo1 с его пер- вого входа. Это напр жение и экспоненциально спадающее напр жение с ГЭН 3 подаютс  на входы компаратора 6 и сравниваютс  в нем. Пока Uo1 меньше напр жени  ГЭН, на выходе аналогового компаратора 6 присутствует О. В этом состо нии на информационном входе триггера 9 действует 1 с выхода второго коммутатора 17, а на информационном входе триггера 10 присутствует О с выхода старшего разр да калиб- ровочного счетчика 4.

В момент ТЗ экспоненциальное напр жение становитс  меньше опорного U01 и на выходе аналогового компаратора 6 формируетс  положительный перепад, кото- рый, поступа  через элемент И 7 на тактовые входы триггеров 9 и 10. приводит к их опрокидыванию в соответствии с сигналами на их информационных входах. Необходимо учесть, что на втором входе элемента И 7 все это врем  находитс  1, поскольку одновибратор 8 имеет инверсный выход. Таким образом, на пр мом выходе первого триггера 9 формируетс  передний фронт измерительного временного интер- вала Ти, а на инверсном выходе второго триггера 10 - калибровочного интервала Т. Оба счетчика 4 и 5 по сигналам разрешени  счета с триггеров 9 и 10 начинают считать импульсы опорной частоты с генератора 16.

Сигнал 1 с инверсного выхода триггера 10 воздействует на входы управлени  младшего разр да коммутаторов 2 и 17 и переключает их на вторые каналы, в результате чего на второй вход аналогового компаратора 6 поступает измер емое напр жение Ux, а на информационный вход D-триггера 9 - сигнал О. Если Ux Uo1. то

в момент Т4 аналоговый компаратор 6 возвращаетс  в О.

В момент Т5 экспоненциальное напр жение становитс  меньше измер емого и компаратор 6 вырабатывает второй положительный перепад, который приводит к опрокидыванию в исходное нулевое состо ние триггера 9 в соответствии с сигналом на его информационном входе. Формирование измерительного интервала заканчиваетс .

Длительность измерительного интервала

Ти Т5 - ТЗ тэ In .

Ux

где тэ - посто нна  времени экспоненциального напр жени  ГЭН. Выходной код счетчика 5 U0 1

Nn fori ТТЭ In

U

Входной триггер 10 в момент времени Т5 остаетс  в состо нии О, поскольку на его информационном входе действует О начина  с момента Т2 до момента Т6. В момент времен Т6 на выходе старшего разр да счетчика 4 по вл етс  1. Это приводит к переключению коммутаторов 2 и 17 на третьи каналы и подключению к второму входу компаратора 6 второго опорного напр жени  Uo2 (Uo2 Uo1). Выходной сигнал компаратора устанавливаетс  в О. Таким образом, схема ЛАЦП подготавливаетс  к фиксации окончани  калибровочного интервала .

Рассмотренный интервал времени Т6 - Т2, которому соответствует некоторый диапазон изменени  выходного напр жени  ГЭН, определ ет диапазон преобразовани  Ои входного напр жени , который св зан с разр дностью п счетчиков 4 и 5 и разрешающей способностью h ЛАЦП следующим образом:

0И .

В момент Т7 экспоненциальное напр жение ГЭН 3 становитс  меньше второго опорного напр жени  Uo2, при этом на компараторе 6 формируетс  положительный перепад , который приводит к опрокидыванию второго триггера 10 (так как сигнал на его информационном входе изменилс  в момент Т6), формировани  калибровочного интервала Тк заканчиваетс :

Тк Т7 - Т2 - гэ In 4r4- Jo

на счетчике 4 устанавливаетс  код U01

NK fon ТЭ In

U02

(2)

который сравниваетс  на цифровом компараторе 13 с посто нным начальным кодом

NKO.

С момента Т7 до момента Т8 происходит установление на выходах цифрового компаратора 13 результата сравнени  кодов. В момент Т8 импульсом с выхода блока 11 синхронизации производитс  запись информации в регистр 12 и ЦАП 14. В регистре 12 фиксируетс  код N4 измер емого напр жени , т.е. происходит обновление результатов преобразовани . В ЦАП 14 запоминаетс  результат сравнени  кодов - разностный код (NK-NKO), который сохран етс  в нем в течение одного периода преобразовани .

Аналоговое двупол рное напр жение с выхода ЦАП 14, соответствующее разностному коду, поступает на интегратор 15 и далее с выхода интегратора 15 на вход управлени  посто нной времени экспоненциального напр жени  ГЭН 3.

Посто нную времени интегратора 15 выбирают такой, чтобы за врем  спадающего участка экспоненциального напр жени  изменение выходного напр жени  интегратора 15 не превышало величины, эквивалентной 0,5 единицы счета кода М.

Таким образом, код счетчика 4 поддерживаетс  равным номиналу:

NK Мко(3)

с погрешностью, не превышающей единицы счета, поскольку сравнение осуществл етс  в цифровой форме цифровым компаратором 13. Из формул (1)-(3) находим

. 20 ig-rrr

NM NKO rfV И)

откуда видно, что выходной код АЦП пропорционален логарифму отношени  измер емого и опорного напр жений.

При увеличении гэ (во врем  переходных процессов при включении питани ) калибровочный интервал ограничен сверху значением (Т9-ТЗ) импульсом предустановки триггеров 9 и 10. При чрезмерном уменьшении гэ ниже минимально допустимой величины третий положительный перепад на выходе компаратора 6 отсутствует, поэтому калибровочный интервал Тк ограничиваетс  снизу отрицательным импульсом с выхода одновибратора 8 через элемент И 7 с тем, чтобы исключить инверсию знака обратной св зи по цепи регулировки гэ.

Оперативна  проверка работоспособности ЛАЦП осуществл етс  путем сн ти  входного напр жени .

Положительный перепад в момент зре- мени Т5 при этом отсутствует, а выходное напр жение компаратора б равно нулю

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вплоть до момента Т7, т.е. первый триггер 9 срабатывает одновременно с вторым триггером 10 в момент Т7 и измерительный интервал становитс  равным калибровочному Ти Тк. При этом выходной код ЛАЦП Ыи NKO, что и  вл етс  критерием работоспособности всего устройства.

При выходе преобразуемого напр жени  их за нижнюю границу Uo2 диапазона преобразовани  1 с выхода третьего аналогового компаратора 22 поступает на выход переноса ЛАЦП.

При выходе преобразуемого напр жени  Их за верхнюю границу U01 диапазона преобразовани  1 с выхода второго аналогового компаратора 22 поступает на выход заема ЛАЦП, Этим же сигналом через элемент ИЛИ 25 первый триггер 9 удерживаетс  в состо нии О, что обеспечивает Ми 0, при этом расшир етс  область правильного функционировани  ЛАЦП в сторону напр жений, превышающих Uo1, а в составе широкодиапазонного ЛАЦП исключаютс  резкие выбросы цифрового кода, ве- личина которых при использовании известного устройства сотавл ет в течение нескольких периодов преобразовани  пор дка NKQ.

При выборе параметров ЛАЦП следует учесть, что величина кода NKo определ етс  диапазоном опорных напр жений

n on i U° 1 DK 20 lg требуемой разрушающей способностью h

м ° Мко т.

а посто нна  времени экспоненты св зана с опорной частотой соотношением (2). которое с учетом (5) и (6) дает

20 ig e

Гэz;-(.

п Топ

Величина гэ определ ет быстродействие преобразовател .

Практически при величине опорной частоты в несколько мегагерц и требуемой разрешающей способности, например, h 0,01 дБ достигаютс  быстродействие в доли миллисекунды и погрешность, не превышающа  сотых долей децибела.

Таким образом, изобретение при высокой точности преобразовани  расшир ет область применени  предлагаемого ЛАЦП за счет исключени  значительных (пор дка NKO) выбросов выходного кода при кратковременных выходах преобразуемого напр жени  за верхнюю границу Ко1 диапазона преобразовани  и обеспечени  его работы в составе широкодиапазонного ЛАЦП формированием сигналов переноса и заема.

(5)

(6)

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Логарифмический аналого-цифровой преобразователь по авт. св. № 1481803, о т- личающийс  тем, что, с целью расширени  области применени , в него введены второй и третий аналоговые компараторы, а между входом установки в 1 второго D- триггера и входом установки в 0й первого D-триггера включен элемент ИЛИ, причем первые входы второго и третьего аналоге

   вых компараторов объединены с вторым информационным входом первого коммутатора , информационный вход которого объединен с вторым входом второго, а третий информационный вход - с вторым входом третьего аналогового компараторов, выход которого  вл етс  выходом переноса устройства, выход второго аналогового компаратора  вл етс  выходом заема устройства и соединен с вторым входом элемента ИЛИ.