Способ логарифмического преобразования напряжений в двоичный код Советский патент 1980 года по МПК G06J3/00 G06G7/24 

I

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, в частности, в цифровых, анализаторах спектра для логарифмического преобразования аналоговых сигналов в двоичный код с заданньгм значением абсолютной погрешности во всем динамическом диапазоне изменения сигнала.

Известен способ логарифмического преобразования напряжения в двоичный код, основанный на том, что под воздействием входного сигнала формируют экспоненциально спадающее напряжение, которое затем сравнивают с ряДом пороговых напряжений. Временной интервал от начала исследования процесса до момента сравнения с м порогом анализируют и формируют двоичный код, соответствующий логарифму входного сигнала l1.

Известен также способ логарифмического преобразования аналоговых величин в двоичный код, основанный на формиро-

вании изменяющегося напряжения н подсчете, начиная с некоторого фиксированного момента времени и до момента вре мени совпадения линейно изменяющегося напряжения и входного напряжения, импульсов, частота следования которых обратно пропорциональна входному сигналу 2,

Известные способы преобразования позволяют формировать двоичный код с

10 постоянной относительной погрешностью преобразования и не позволяет обеспе.чить во всем динамическом диапазоне Изменения входных сигналов постоянство абсолютной погрешности преобразования.

5

Наиболее близким к изобретению является способ логарифмического преобразования напряжения в двоичный код, основанный на сравнении входного напряжения с рядом основных опорных напря20жений, величины которых постоянны, и формировании по результатам сравнения кода характеристики логарифма, преобразовании полученного кодя характерис 7 ТИКИ в напряжение и формировании раз нсюти между полученным напряжением и задержанным во времени входным напряжением, усилении; полученного разност ного напряжения и его сравнения с рядом дополнительных опорных напряжений, формируемых в соответствии с полученным кодом характеристики, и формировании по результатам этого сравнения кода мантиссы логарифма, причем полученные коды характеристики и мантиссы представляют собой окончательный результат логарифмического преобразования входного напряжения в двоичный код З. Данный способ позволяет выполнить кодирование с постоянной относительной погрешностью во всем диапазоне изменений входных сигналов, однако для ис ключения потерь информации при цифровой o6pa6oTiie сложных сигналов, напри мер, при спектральном анализе дально- мерных частот в локации с непрерьюным или квазинепрерывным излучением и линейной частотной модуляцией, когда может возникнуть ситуация наложения на интенсивный отраженный сигнал слабого (с большей дальности) сигнала, требуется обеспечивать постоянство абсолютной погрешности преобразования во всем динамическом диапазоне входных сигналов. Рассмотренные способы логарифмическоГо преобразования не удовлетворяют данному требованию. Цель изобретения - стабилизация вели чины абсолютной погрешности преобразов ния во всем динамическом диапазоне изменения входного напряжения. С этой целью в способе логарифмичес кого преобразования напряжения в двоичный код, основанном на сравнении входного напряжения с рядом основных опорных напряжений и формировании по резуль татам сравнения кода характеристики ло« гарнфма, преобразовании полученного ко«« да характеристики в напряжение и формировании разности между этим напряжением и задержанным во времени входным напряжением, усилении полученного разно стного напряжения и его сравнении с рядом дополнительных опорных напряжений формируемых в соответствии с получен ным кодом характеристики, и формироварии по результатам этого сравнения кода мантиссы логарифма, входное напряжение предварительно сравнивают с рядом поро- говых напряжений по числу поддиапазонов изменения входного напряжения, по резул т&гвчА сравнения формируют сигнал масш74абирования соответствующего поддиапаона, пропорциональный отрицательной целой степени основания логарифма, и по этому сигналу масштабирования формируют основные опорные напряжения, а сформированный выходной код нормализуют. На чертеже представлен вариант технической реализации способа. Способ логарифмического преобразования напряжения в двоичный код определяется следующей последовательностью действий: входное напряжение сравнивают с рядом пороговых напряжений по . числу поддиапазонов изменения входного напряжения и по результатам сравнения формируют сигнал масштабирования соответствующего поддиапазона, пропорциональный отрицательной целой степени основания логарифма; по этому сигналу масштабирования вырабатывают основные опорные напряжения; входное напряжение сравнивают с рядом основных опорных напряжений и формируют по результатам сравнения код характеристики логарифма; преобразуют полученный код характеристики в напряжение и формируют разность между этим напряжением и задержанным во времени входным напряжением; усиливают полученное разностное Напряжение и сравнивают его с рядом дополнительных опорных напряжений, формируемых в соответствии с полученным кодом характеристики, и формируют по результатам этого сравнения код мантиссы логарифма; результат получаемого логарифмического преобразования корректируют путем переноса запятой в выходном коде влево на соответствующее число разрядов. Условия разбиения динамического диапазона изменения входного напряжения на поддиапазоны, формирование сигналов масштабирования и опорных напряжений устройств сравнения определяется следующим образом. Обозначим входной сигнал U ь . ил.я лД получения кода X величины К, &о§А,,где UQ - эталонное напряжение, при заданном динамическом диапа. зоне входного сигнала вх max максимально допустимой абсолютной погрешности квантования -U гдеДу пс Х|и ирЬ I , Логарифмическан масштабная шкала строится так, что К , если Usik Uo Единица этой шкалы - е . Тогда выкодной код преобразования соответствует этой шкале, т. е. X. записан в масштабе с единицей Q , Из диапазона изменений входного сигнала выбирается участок, на котором код (, для масштабной единицы 6-1 дает абсолютную погрешность 0-1 , при выбранной схеме преобразования амплитуды в код, числе устройства сравнения Ц для мантиссы, не превышает заданную величину . При этом выбранном участке. Если |UB-), то переходим к другой логарифмической шкале с масштабной единицей (& , где аз-Ъ , Л)2 - натуральное число Поскольку 65 е. , то код числа Х.2. записывается в виде12,2 где ч- число целых единиц & на шка ле логарифмов с масштабной единицей 62 j - число, характеризующее мантиссу и соответствующее количеству полных l|(-«--i частей единицы 6 Р при выбранном числе устройство сравнения мантиссы ,П абсолютная погрешность для фикси рованного Ug в коде „ меньше, чем в коде, л- . Находим значение Е„ такое что 2. сЯз при |ивч.1 Аналогично получаем, что весь диапазон изменений сигнала разбивается на -fc поддиапазонов с Е , Е , Е , . . , , fc / Bxmaik|K t соответствующих логарифмических шкал с масштабными единицами ©-( , вг , . . , , Q, причем вк кед. ау;-Ъ при QI 1. При этом на-каждом поддиапазоне код Яц записывается в виде 1 , jV Очевид но, чтод .1 р . -V K JKT SKлллТогда X , или в коде Хц- для получения кода л запятая переносится влево на Оу; позиций. Если в коде Я) характеристика имеет значение 1, то максимальная погрешность для такой характеристики имеет значение й,.,-ъ- - °ч -ь „ъ -а;.е„,/ При этом на каждом поддиапазоне V- J - H e/ Обозначим m ma X л «, сУ сУд. Тогда выбираем Cmкv), где К 1, 2, ... -Ь Обозначим Л v- w л к rf /(5.Тогдачис ГГТ ) , - ло устройств сравнения для характеристи ки на этом поддиапазоне .Л|# Для последнего поддиапазона . , где - целая часть числа. На чертеже изображена блок-схема устройства, представляющего вариант технической реализации предлагаемого способа. Вход устройства подключен к входу блока 1 селекции и через элемент 2 за- держки связан с первым входом преобразователя 3 аналог-код. Второй вход преобразователя 3 соединен с первым выходом блока 1, второй выход которого связан с входом блока 4 формирования опорных напряжений. Первый выход блока 4 подключен к третьему входу преобразователя 3 аналог- ;од, а второй выход связан с первым входом блока 5 оценки, второй вход которого соединен с вьосодом преобразователя 3, а выход блока 5 является выходом устройства. Работа устройства заключается в следующем. Входной сигнал в блоке 1 селекции сщенивается, к какому поддиапазону он принадлежит. Затем формируется соответствующий коэффициент 01ц , поступающий в блок 4 формирования опорных напряжений. Из блока 4 в преобразователь 3 аналог-4сод поступает опорное напряжение, поставленное в соответствие с козффтщиентом Входное напряжение с выхода блока 1 селекции преобразуется в логарифмический двоичный код, формируется значение характеристики и записывается в блок 5 оценки. Аналогично кодируется задержанное входное напряжение с выхода элемента 2 задержки, формируется код мантиссы и записывается в блок 5 оценки. Кодовая последовательность , записанная в блок 5 оценки, по частной логарифмической шкале нормируется за счет переноса влево запятой на позиций. По сравнению с известными предложенный способ логарифмического преобразования напряжения в двоичный код г позволяет сохранить во всем диапазоне изменений входного сигнала заданную величину абсолютной погрешности, что, в свою очередь, дает возможность исключить потери информации при цифровой многолэовнавой обработке сложных сигналов. Формула изобретения Способ логарифмического преобразования напряжения в двоичный код, /осног ванный на сравнении входного напряжения с рядом основных опорных напряжеаий и формировании по результатам сравнение кода характеристики логарифма, преобразовании полученного кода характеристики в напряжение и формировании разноств между полученным напряжением в задержанным во времени входным напряжением, усилении полученного разнос него напряжения и его сравнении с рядом дополнительных опорных напряжений, формируемых в соответствии с полученным кодом характеристики, и формировании по результатам этого сравнения кода мантиссы логарифма, отличающийся тем, что, с целью стабилизации величины абсолютной погрешности преобразования во всем динамическом диапазоне изменения входного напряжения, входное напряжение предварительно сравнивают с рядом пороговых напряжений по числу поддиапазонов изменения входного напряжения, по результатам сравнения формируют сигнал масштабирования соответствующего под- диапазона, пропорциональный отрицательной целой степени основания логарифма, и по этому сигналу масштабирования формируют основные опорные напряжения, а рформированный выходной код нормализуют.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №277418, кл. Н ОЗ К 13/175, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР

№ 512475, кл. G 06 G 7/24, 1973. 3. Авторское свидетельство СССР №601818, кл. Н 03 К 13/17, 1976 (прототип).

S