Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого цифрового преобразования Советский патент 1982 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к области автоматики и.измерительной техники. Известен быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с логарифмической характеристикой, содер жащий п-каскадный усилитель, выходы которого подключены к h+ 1 устройствам выборки и хранения I. Однако такой преобразователь достаточно сложен, так как требует п + 1 устройство выборки и хранения. Известен аналого-цифровой преобра зователь, содержащий блок г1Мплитудно свертки, в виде п-каскадного усилителя, на выходе которого включен узкодиапазонный аналого-цифровой преоб разователь, а на входе - набор компа раторов 2 . Однако такое устройство не позволяет получить логарифмического преобразования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем го. в устройстве широкодиайазонного погарйфмического аналого-цифрового 11реобра 5овАния, содержащем компарагоры, дешифратор, п-каскадный усилитель узкодйапазонный логарифмический аналого-цифровой преобразователь введены яыпрялштель, блок выборки и хранения вычитатель, два ключа, элемент ИЛИ, фиксирукнцие триггеры, элемент четности, инвертор, причем первые выходы каждого каскада п-каскадного усилителя подключены к первым вхсщам соответствующей пары компараторов, выходы которых через соответствующие элемент ИЛИ и фиксирующий триггер подключены к соответствуюае м входам дешифратора и элемента четности, выход которого соединен с .управляющим входом первого ключа, а через инвертор - с управляющим входом второго ключа,при этом выход пкаскадного усилителя через выпрямитель подключен к первому входу блока выборки и :фанения, выход которого подключен к первому входу вычитателя, к через второй ключ - ко входу узкодиапазонного лoгapиф личecкoгo аналого цифрового преобразователя, второй вход вычитателя подключен к шине первого источника опорного напряжения, а его выход через первый ключ подключен ко входу узкодиапазонного логарифмического анашого-цифрового преобразователя, .причем выходы дешифратора соединены с шинами выхода кода старших разрядов, а выходы узкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразователя соединены с umnat-m выхода кода младших разрядов, при этом вторые входы компараторов подключены соответственно ко второму положительному и третьему отрицательному источникам опорных напряжений, а вторые входы фиксиругадих триггеров и управляющий вход блока выборки и : хранения соединены с шиной синхронизации. .

На фиг,1 приведена блок-схема устройства широкодиапаэонного логарифмического аналого-цифрового преобразования. ; на фиг,2 - амплитудная характеристика п-касксщного усилителя с амплитудной сверткой.

Устройство содержит шину 1,источника входного сигнала п-каскадный усилитель 2,включающий каскады 3-13-п,усилители-ограничители 4-1-4-п, линейные усилители 5-1-5-п, сумматоры 6-.1-6-П, компараторы 7-1-7-п, элементы ИЛИ 8-1-8-п, фиксирующие триггеры 9-1-9-п, элемент 10 четности, дешифратор 11, выпрямитель 12, блок 13, выборки и хранения, вычитатель 14 ключи 15 и 16, узкодиапазонный логарифмический аналого-цифровой, преобразователь (АЦП) 17,инвертор 18,соответственно шины второго положительного и третьего отрицательного источника 19 и 20 опорного напряжения, шину 21 синхронизации, шину 22 первого источника опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом,

При изменении входного сигнала

ДО .rnax напряжение на

от U:

BK.mm

п-каскадного усилителя с амплитудной сверткой изменяется (Фиг.2 при этом компараторы 7-1 - 7-п определяют тот участок, в пределах которого в данный момент времени находится преобразуемый При преобразовании двухполярных сигналов на выходе компараторов включают элементы ИЛИ 8-1 - 8-п, а на соответствующие вторые входы компараторов 7-17-п подают напряжение от источников 19 и 20 положительного и отрицательного опорных напряжений. Для устранения неопределенности считывания с компараторов 7-1 - 7-п включают фиксирую1цие триггера 9-1 - 9-п. Когда число сработавших компараторов 7-1 - 7-п - четное (.О - число четвое ), это означает, что преобразуемый сигнал находится на участке амплитудной характеристики усилителя 2 с положительной крутизной (aB,cd), при этом на выходе лвмента четности логический нуль. Когда число сраротавших компараторов 7-1 - 7-п- не ётное то преобразуег/ый сигнал находится на участке амплитудной характеристики с отрицательной крутизной С bc,de) , при йтом на выходе элемента четности - логическая единица. С помощью деиифратора 11 единичный код состояния триггеров 9-1 - 9-п преобразуется в двоичный код, и на выходе появляется информация старших разрядов кода преобразуемого сигнала, i Таким образом, определяется грубое значение преобразуемого сигнала в пределах одного участка формируемой характеристики усилителя 2 с амплитудной сверткой. Один из вариантов усилителя с амплитудной сверткой содержит п-одинаковых каскадов 3-1 - 3-п, которые в свою очередь содержат усилители-ограничители 4 с коэффициентом передачи на линейном участке kg , линейный усилитель 5 и сумматор.6. При этом при формировании участка с положительной крутиэной коэффициент пеоеяачн каскада 3 равен KO - If 3 при формировании чучастка с отрицательной крутизной коэффициент передачи каскада 3 ра-. вен - 1. Для п-каскадного усилителя 2 коэффициент передачи на участке аЬ (фиг;2)(Ко- if на участке bt - (ka - 1) ,на участке а:с -(k--П - и тТд.

Сигнал с выхода усилителя 2 преобразуется в однополярный сигисш с помощью выпрямителя 12 с целью упрошен дальнейшего преобразования,и по синхроимпульсу блок 13 выборки и хранен запоминает мгновенное значение вътряленного сигнала.Если мгновенное значние сигнала находится на участках noжительной крутизны гмплитудной характеристики усилителя 2f сигнал с выхода блока 13 выборки и хранения проходит через ключ 16 на вход узко даапазонного логарифмического преобразователя 17,.так как в этом случае на выходе элемента 10 четностилогический нуль, а на выходе инвертора 18 - логическая единица/ключ 15 разомкнут, а ключ 16 замкнут. Узкодиапазонный логарифмический АЦП преобразует сигнал, находя1дийся в пределах одного участка аЬ, be, cd и т.д.более точно, чем это осуществляют компараторы 7-1 - 7-п Уэколиапазонный логарифмический АЦП 17 нмее шкалу, определяемую из соотношения

. и Uimin (1 . где-и - преобразуемый сигнеш-,

Uj .- минимальное напряжение на входе преобразователя 17,

равное , (фиг. 2), 6- относительная погрешность

преобразования,

N - цифровой зквивгшент, представленный/ напримерт двоичшлм кодом.

Если | гновенное значение сигнала находится на участках отрицательной крутизны, то в этом случае ключ 15 зa acнyт, а ключ 16 - разомкнут, сигнал на илходе вычитателя 14 рав

и

где Ej

U

ЕО+ и

Bbit.min

BX

1 ъ к-гт1а11

напряжение на шине первого источник 22 опорного напряжения , и к узкодиапазонному АЦП 17 подведено напряжение, codTBetcTByraaee логарифмической шкале входного -сигнала.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства удается преобразовывать сигналы в широком динамичеком диапазоне и о логарифмическим законом преобразования для двухполя ных входных сигналов и тем самым расширяются функциональные возможности .

Формула изобретения

Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразования, содержащее компа- раторы, деишфратор, п-каскадный усилитель, узкодиапазонный логарифмический аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональ№ х возможностей, введены выпрямитель, блок выборки и хранения, вычитатель, два ключа, элемент ИЛИ, фиксирующие триггеры, элемент четности, инвертор, причем первые выходы каждого каскада п-каскадного усилителя подключены к первым входа Jсоответствующей пары компаратсч ов, выходы которых через соответствующие элемент ИЛИ и фиксирукнций триггер подключены к соответствую1дим входам дешифратора и элемента четности, выход которого соединен с

управляквдим входом первого ключа, а через инвертор с управляющим входом второго ключа, при этом выход .1-1 аскадного усилителя через выпрямитель подключен к первому входу блока выборки и хранения, выход :{оторого подключен к первому входу аычитателя и через второй ключ ко входу узкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразователя, второй вхол вычитателя подключен к шине fiepBoro источника опорного напряжения, а его- выход через первый ключ подключен ко вход узкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразователя, причем выходы дешифратора соединены с шинами выхода кода старших разряков, а выходы узкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразователя соединены с шинами выхода кода младших разрядов, при этом вторме входы компараторов подключены соответственно ко второму полоткительному и третьему отрицательному источникам опорных напряжений, а вторые входы фиксирующих триггеров и управляющий вход блока выборки и хранения соединены с шино синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Приборы и техника эксперимента, 1979, I, с.79-82.

2. Автометрия, 1978, 4, с.50-58.

Z2

0да

%«/Mi

wititfr -