SU955110A1 - Логарифмический аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразовател м (АЦП) с

логарифмированием, и может примен тьс  дл  измерени  напр жений или токов в широком динамическом диапазоне, а также дл  измерени  амплитуды импульсов напр жени  или тока.

Известен логарифмический АЦП, со ,держащий две параллельные RC-цепи, усилитель, компаратор, устройство управлени  и регистрации и ключи. Этот логарифмический АЦП использует экспоненциальный разр д конденсатора от напр жени , равного входному, до опорного напр жени х подсчетом вре мени этого разр да l.

Логарифмический АЦП, построенный по этому принципу, имеет недостаточно широкий динамический диапазон ,. входного сигнала, который ограничен снизу величиной опорного напр жени , а она, в свою очередь, ограничена разрешающей способностью компа-. ратора.

Наиболее близким по технической .сущности к изобретению  вл етс  логарифмический АЦП, содержащий последовательно соединенные усилители с управл емыми коэффициентами усилени , выход последнего из которых подключен к первому входу компаратора,

Claims (2)

10 второй вход которого подключен к ис-. точнику опорного напр жени , и блок управлени , вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы - к выходным клеммам разр дов логарифми15 ческого АЦП и к управл ющим входам соответствующих усилителей с управл емыми коэффициентами усилени . Блок управлени  содержит триггеры, инверсный С- и -S-входы каждого из кото20 рых объединены и подключен к соответствующим выходам сдвигового регистра , D-входы всех триггеров объединены и  вл ютс  входом блока уп3 равлени , выходы триггеров  вл ютс  выходами блока управлени  23Этот логарифмический АЦП имеет широкий динамический диапазон и ста бильность, определ емую стабильностью коэффициентов усилени  усилителей . Однако наличие большого коли чества усилителей (по числу разр до логарифмического АЦП) делает его весьма сложным и недостаточно эконо мичным. Цель изобретени  - упрощение лог рифмического аналого-цифрового пре образовател . ПоЬтавленна  цель достигаетс  тем, что в логарифмический аналого ,цифровой преобразователь, содержащи усилитель с управл емым коеффициентом усилени , вход которого  вл етс  входом преобразовател , масштабный усилитель, компаратор и источник опорного напр жени , выход кото рого подключен к одному вхоДу. компаратора , другой вход которого подключен к выходу масштабного усилите введены генератор импульсов, реверс ный счетчик и управл емый aтYeнюaтор , информационный вход которого подключен к выходу усилител  с упра л емым коэффициентом усилени , а вы ход подключен к входу масштабного усилител , выход генератора импульсов подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, вход сложени -вычитани  которого подключен к выходу компаратора, выход старшего разр да реверсивного счетчика подключен к управл ющему входу усилител  с управл емым коэффициентом ус лени , остальные разр ды реверсивного счетчика подключены к группе управл ющих входов управл емого аттенюатора, разр дные выходы реве сивного счетчика  вл ютс  разр дным выходами преобразовател . На чертеже представлена функциональна  схема логарифмического АЦП. Схема включает вход 1 преобразовател , усилитель 2 с управл емым коэффициентом усилени , выход которого через последовательно соединенные управл емый аттенюатор 3 и масштабный усилитель подключен к одному входу компаратора 5 на другой вход которого подано опорное напр жение Ug, реверсивный счетчик 6, к тактовому входу которого подключен генератор 7 импульсов, вход 04 сложени -вычитани  реверсивного счетчика 6 подключен к выходу компаратора 5. Выходы реверсивного счетчика подключены к выходу 8 соответствующих разр дов логарифмического АЦП. Кроме того, старший разр д реверсивного счетчика 6 подключен к управл ющему входу усилител  2, а остальные разр ды подключены к соответствующим управл ющим входам аттенюатора . 3. На чертеже обозначен источник 9 опорного напр жени . Все значени  коэффициентов усилени  и ослаблени , а также величина динамического диапазона выражаютс  здесь в децибеллах. Если минимальный коэффициент усилени  от входа 1 до компаратора 5 09Б, а шаг квантовани  равен КддБ, то -К.- ,(2«-1), где D динамический диапазон логарифмического АЦП; мак симальнъ1й коэффициент усилени  от входа 1 до компаратора 5; N - число разр дов логарифмического АЦП, равное числу разр дов реверсивного счетчика 6. Усиление усилител  2 с управл емым коэффициентом усилени  в зависимости от величины управл ющего сигнала - старшего разр да реверсивного счетчика 6 - может принимать значение ОЭВ или К , причем К выбирают равным, КГК„

2. Тогда максимальное затухание К аттенюатора 3 и коэффициента усилени  Kj усилител  А должны быть выбраны следующими . 1. К, К,( 1). Минимальное затухание аттенюатора 3 должно быть . 09Б. При изменении кода на управл ющих входах аттенюатора 3 вносимое им затухание измен етс  от К -Ко ( 1) до kj. ОЗВ с шагом KQ, а при изменении всего выходного кода реверсивного счетчика 6 общий коэффициент усилени  от входа 1 до компаратора 5 измен етс  в пределах от 03Б до Кп, х Ко() с шагом Ко. 5 Например, при и ,5 9Б по лучаем D ;Кпад 127,5 ЗБ; К -63,53В; ,5ЭБ. Логарифмический, АЦП работает сле дующим образом. После включени  питани  реверсив ный счетчик 6 может установитьс  вл бое положение, которому соответству ет некоторый коэффициент усилени  Kj К (в децибеллах), обеспечи ваемый усилителем 2, аттенюатором 3 и масштабным усилителем k. Входной сигнал со входа 1, усиленный этим коэффициентом усилени , поступает н один из входов компаратора 5 и срав ниваетс  с опорным напр жением LL , поданным на его другой вход. Величи на Ugpвыбираетс  равной максимально му значению входного сигнала, при котором при общем коэффициенте усилени  09Б оба усилетел  работают линейном режиме. Если величина сигнала на первом входе компаратора 5 превышает U, то на выходе компарат ра 5 по вл етс  напр жение логической единицы, которое управл ет рабо той реверсивного счетчика 6 таким о разом, чтобы он обеспечил изменение выходного кода, привод щее к уменьш нию общего коэффициента усилени . Это продолжаетс  до тех пор, пока н пр жение на первом входе компаратора 5, уменьшающеес  при уменьшении общего коэффициента усилени , сравн  етс  с опорным напр жением Ц. Скорость изменени  коэффициента усилени  задаетс  тактовой частотой генератора 7 импульсов и выбираетс  с учетом максимальной скорости изменени  входного аналогового сигнала 11 --г- где f - частота следовани  импульсов генератора 7; V.- максимальна  скорость изменени  входного аналогового сигнала, 3 Б/с. .В случае, если напр жение на первом входе компаратора 5 окажетс  мен ше Upf, , происходит процесс, обратный описанному, т.е. общий коэффициент усилени  увеличиваетс  до сравнени  напр жени  на первом входе компарато ра 5 с опорным напр жением ILf,. Если управл ющие входы усилител  2 и аттенюатора 3 выполнены таким образом, что при увеличени  числа, определ емого выходным кодом ревер106 сивного счетчика о, они уменьшают общий коэффициент усилени  (это вызываетс  увеличением входного сигнала), то установившеес  на выходе 8 логарифмического АЦП число п , приведенное в-дес тичную системусчислени , равно , ОП1 0 п ..I5n k k о, 0 где Ug напр жение на входе 1, Выходное число п оказываетс  пропорциональным логарифму приведенным к началу координат, т.е. при 10- - нижней границе динамического диапазона, и п -55 1 при Ug верхней границе динамического диапазона. Внутри этого диапазона зависимостьп от 1 U вх 9 Ъоп линейна. Данный логарифмический АЦП обеспечивает преобразование аналоговой величины в код более простыми средствами , так как в нем используетс  всего два уси-лител , один из которых  вл етс  неуправл емым. В прототипе количество переключаемых усилителей равно количеству разр дрв логарифмического АЦП. Следует заметить , что в данном логарифмическом АЦП количество усилителей может быть сокращено,до одного масштабного в. том случае, если нижн   граница требуемого динамического даипазона достаточно велика и не предъ вл етс  высоких требований к шумам усилителг.. Тогда вход логарифмического АЦП подключаетс  непосредственно к входу аттенюатора, а количество разр дов управл ющих входов аттенюато-ра определ етс  динамическим диапазоном и шагом квантовани . Введение в схему логарифмического АЦП управл емого аттенюатора, который может быть выполнен на пассивных элементах (резистивных делител х и ключах), позволило устранить из нее N-2 усилител  (N - число разр дов логарифмического АЦП), Это дало возможность выполнить логарифмический АЦП более дешевым, малогабаритным и экономичным, расширить область его применени , в частности применить егс в мобильной аппаратуре приема и цифровой обработки импульсных сигналов с амплитудой, измен ющейс  в широком диИамическом диапазоне. Формула изобретени  Лбгарифмический аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель 79 с управл емым коэффициентом усилени , вход которого  вл етс  входом преобразовател , масштабный усилитель , компаратор и источник опорного напр жени , выход которого подклю чен к одному входу компаратора, дру гой вход которого подключен к выходу масштабного усилител , о т л ич а ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени , в него введены генератор импульсов, реверсивный счетчик и управл емый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу уси лител  с управл емым коэффиц| гентом усилени , а выход подключен к входу масштабного усилител , выход генератора импульсов подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, вход сложени -вычитани  которого подключен к выходу компаратора, выход стар;шего разр да реверсивного счетчика подключен к управл ющему входу усилител  с управл емым коэффициентом усилени , остальные разр ды реверсивного счетчика подключена к группе управл ющих входов управл емого :аттенюат6ра, разр дные выходы ревер-i сивного очетчика  вл ютс  разр дными выходами преобразовател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 675598, кл. Н 03 К 13/17, 1978. г. Патент США № i 106010, кл. , опублик, 1978 (прототип ).