Логарифмический аналого-цифровой преобразователь
Союз Соввтсиик
Социаиистичвсиик
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13. 01. 81 (2! ) 3238586/18-24 с присоелинением заявки рв (51)И. Кл.
G 06 G 7/24
G 06 J 3/00
3Ъеударственный коинтет
СССР ао делаи нэобретеннй н отнрытнй (23) Приоритет
Опубликовано 30. 08. 82 ° Бюллетень Я 32
Дата опубликования описания 30. 08. 82 (53) УДК 681. 335 (088.8) (72) Авторы изобретения
С. Ф. Алаухов, В. Н. Наумов и Н. Н. Токаре (7l ) Заявитель (54) ЛОГАРИФИИЧЕСКИЙ АНАЛОГО"ЦИФРОВОЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналоt-o-цифровым преобразователям (АЦП) логарифмированием, и может применяться для, измерения напряжений или токов в широком динамическом диапазоне, а также для измерения амплитуды импульсов напряжения или тока.
Известен логарифмический АЦП, со,держащий две параллельные RC-цепи, усилитель, компаратор, устройство управления и регистрации и ключи.
Этот логарифмический АЦП использует экспоненциальный разряд конденсатора от напряжения, равного входному, до опорного напряжения,с подсчетом времени этого разряда (1)..
Логарифмический АЦП, построенный по этому принципу, имеет недостаточно широкий динамический диапазон,. входного сигнала, который ограничен снизу величиной опорного напряжения, а она, в свою очередь, ограни2 чена разрешающей способностью компа ратора. .Наиболее близким по технической .сущности к изобретению является логарифмический АЦП, содержащий последовательно соединенные усилители с управляемыми коэффициентами усиления, выход последнего из которых подключен к первому входу компаратора, то второй вход которого подключен к ис-. точнику опорного напряжения, и блок управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы - к выходным клеммам разрядов логарифми15 ческого АЦП и к управляющим входам соответствующих усилителей с управляемыми коэффициентами усиления ° Блок управления содержит триггеры, инверсный С- и -S-входы каждого из которых объединены и подключены к соответствующим выходам сдвигового регистра, 0-входы всех триггеров объединены и являются входом блока уп9551 равления, выходы триггеров являются выходами блока управления (21.
Этот логарифмический АЦП имеет широкий динамический диапазон и стабильность, определяемую стабильностью коэффициентов усиления усили" телей. Однако наличие большого коли" чества усилителей (по числу разрядов логарифмического АЦП) делает его весьма сложным и недостаточно эконо- 1© мичным.
Цель изобретения - упрощение логарифмического аналого-цифрового преобразователя.
Поставленная цель достигается 1$ тем, что в логарифмический аналого,цифровой преобразователь, содержащий усилитель с управляемым коеффициентом усиления, вход которого являет:ся входом преобразователя, масштаб" ро ный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход кото-. рого подключен к одному входу. компаратора, другой вход которого подключен к выходу масштабного усилителя,ц введены генератор импульсов, реверсивный счетчик и управляемый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход подключен к входу масштабного усилителя, выход генератора импульсов подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, вход сложения-вычитания которого подключен к выходу компаратора, выход старшего разряда реверсивного счетчика подключен к управляющему входу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, остальные разряды реверсивного счетчика подключены к группе управляющих входов управляемого аттенюатора, разрядные выходы реверсивного счетчика являются разрядными выходами преобразователя.
На чертеже представлена функциональная схема логарифмического АЦП.
Схема включает вход 1 преобразователя, усилитель 2 с управляемым коэффициентом усиления, выход которого через последовательно соединенные управляемый аттенюатор 3 и масштабный усилитель 4 подключен к одному входу компаратора 5, на другой вход которого подано опорное напряжение U>, реверсивный счетчик
6,. к тактовому входу которого подключен генератор 7 импульсов, вход
10 ф сложения-вычитания реверсивного счетчика 6 подключен к выходу компаратора 5 ° Выходы реверсивного счет -, чика подключены к выходу 8 соответствующих разрядов логарифмического
АЦП. Кроме того, старший разряд реверсивного счетчика б подключен к управляющему входу усилителя 2, а остальные разряды подключены к соответствующим управляющим входам аттенюатора.3. На чертеже обозначен источник 9 опорного напряжения.
Все значения коэффициентов усиления и ослабления, а также величина динамического диапазона выражаются здесь в децибеллах. Если минимальный коэффициент усиления от входа 1 до компаратора 5 К д ОдБ, а шаг квантования равен КОВ Б, то где О " динамический диапазон логарифмического АЦП;
К - максимальный коэффициент
1пах усиления от входа 1 до компаратора 5; и -.число разрядов логарифмического АЦП, равное числу разрядов реверсивного счетчика 6. !
Усиление усилителя 2 с управляемым коэффициентом усиления в зависи. мости от величины управляющего сигнала " старшего разряда реверсивного,счетчика б - может принимать значение ОЭБ или К, причем К выбирают равным в
N-1
К„=- Ко 2
Тогда максимальное затухание К аттенюатора 3 и коэффициента усиления К усилителя 4 должны быть выбраны следующими
Н- (К )=t =K - К-К (2-1).
2юах $ вах о
Минимальное затухание аттенюатора 3 должно быть K „.= ОдБ. При изменении кода на управляющих входах аттенюатора 3 вносимое им затухание к-1 изменяется от К = -Кд(2 - 1) до
К,= ОЗБ с шагом К, а при измене.. гм о нии всего выходного кода реверсивного счетчика 6 общий коэффициент усиления от входа 1 до компаратора
5 изменяется в пределах от ОдБ до
К,„= К (2 -1) с шагом Ко.
5 9551
Например, при N=8 и К =0,5 оБ получаем 0 =К„,„=1 27, 5 3 Б; К = 64 Э 6;
K) „ = -63,5дБ; K)=63,5 д Б °
Логарифмическйй, АЦП работает следующим образом. S
После включения питания реверсивный счетчик 6 может установитьоя в любое положение, которому соответствует некоторый коэффициент усиления
К + К + К (в децибеллах), обеспечиваемый усилителем 2, аттенюатором 3 и масштабным усилителем 4. Входной сигнал со входа 1, усиленный этим коэффициентом усиления, поступает на один из входов компаратора 5 и сравнивается с опорным напряжением U<>, поданным на его другой вход. Велйчина Uù выбирается равной максимальному значению входного сигнала, при котором при общем коэффициенте уси- 20 ления 03Б оба усилетеля работают в линейном режиме. Если величина сигнала на первом входе компаратора 5 превышает U „, то на выходе компаратора 5 появляется напряжение логической единицы, которое управляет работой реверсивного счетчика 6 таким об" разом, чтобы он обеспечил изменение выходного кода, приводящее к уменьше" нию общего коэффициента усиления. 30
Это продолжается до тех пор, пока напряжение на первом входе компаратора 5, уменьшающееся при уменьшении общего коэффициента усиления, сравня. ется с опорным напряжением U . Ско- Зу рость изменения коэффициента усиления задается тактовой частотой генератора 7 импульсов и выбирается с учетом максимальной скорости изменения входного аналогового сигна- щ ла
IvI
f 2 ==-=1 о где f - частота следования импульсов генератора 7;
v. — максимальная скорость изменения входного аналогового сигнала, о Б/с.
° В случае, если напряжение на первом входе компаратора 5 окажется мень ше 0 „, происходит процесс, обратный Ю описайному, т.е. общий коэффициент усиления увеличивается до сравнения напряжения на первом входе компаратора 5 с опорным напряжением U,„.
Если управляющие входы усилителя
2 и аттенюатора 3 выполнены таким образом, что при увеличении числа, определяемого выходным кодом ревер"
Ф /
10 сивного счетчика о, они уменьшают общий коэффициент усиления (это вызывается увеличением входного сигнала), то установившееся на выходе 8 логарифмического АЦП число n, приведенное в десятичную систему счисления, Равно 1:, 201
""«а . 9 ЬЭ
ko ko где U „- -напряжение на входе 1.
Выходное число и оказывается пропорциональным логарифму U>„è приведенным к началу координат, т.е. n=0 при U 9 — нижней границе
Вх оп 20 ма динамического диапазона, и и = -;о =
2 — 1 при U = U - верхней граниВ ОП це динамического диапазона. Внутри этого диапазона зависимость и от
Uex
1g ---- линейна. ооп
Данный логарифмический АЦП обеспечивает преобразование аналоговой величины в код более простыми средствами, так как в нем используется всего два усилителя, один из которых является неуправляемым. В прототипе количество переключаемых усилителей равно количеству разрядрв логарифмического АЦП. Следует заметить, что в данном логарифмическом
АЦП количество усилителей может быть сокращено, да одного масштабного в. том случае, если нижняя граница требуемого динамического даипазонз дос-: таточно велика и не предъявляетсR высоких требований к шумам усилите,ã..
Тогда вход логарифмического АЦП подключается непосредственно к входу аттенюатора, а количество разрядов управляющих входов аттенюатора определяется динамическим диапазоном и шагом квантования.
Введение в схему логарифмического
АЦП управляемого аттенюатора, который может быть выполнен на пассивных элементах (резистивных делителях и ключах), позволило устранить из нее
N-2 усилителя (й - число разрядов логарифмического АЦП). Это дало воэ- . можность выполнить логарифмический
АЦП более дешевым, малогабаритным и экономичным, расширить область его применения, в частности применить егс в мобильной аппаратуре приема и цифровой обработки импульсных сигналов с амплитудой, изменяющейся в широком динамическом диапазоне.
Формула изобретения
Логарифмический аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель
Составителв Т. Сапунова
Редактор C. Тараненко - Техред Т.Иаточка . Корректор Г. Решетник
Заказ 6440/56 Тираж 731 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий
113035., Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
7 9551 с управляемым коэффициентом усиления, вход которого является входом преобразователя, масштабный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход которого подклю- 5 чен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения, s него введены генератор импульсов, реверсивный счетчик и управляемый аттенюатор, информационный вход которого подклячен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход подключен к входу масштабного усилителя, выход генератора импульсов подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, вход, сложения-вычитания которого подключен к выходу компаратора, выход стар. шего разряда реверсивного счетчика подключен к управЛяющему входу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, остальные разряды реверсивного счетчика подключены к груп" пе управляющих входов управляемого аттенюатора, разрядные выходы ревер-; сивного вчетчика являются разрядными выходами преобразователя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 675598, кл. Н 03 K 13/17, 1978.
2. Патент США М 4106010, кл. 340-347, апублик, 1928 (прототип).
