Логарифмический аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/24 G06J3/00 

1

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) с

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 напряжениях подсчетом вре мени этого разряда l.

Логарифмический АЦП, построенный по этому принципу, имеет недостаточно широкий динамический диапазон ,. входного сигнала, который ограничен снизу величиной опорного напряжения, а она, в свою очередь, ограничена 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,

10 второй вход которого подключен к ис-. точнику опорного напряжения, и блок управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы - к выходным клеммам разрядов логарифми15ческого АЦП и к управляющим входам соответствующих усилителей с управляемыми коэффициентами усиления. Блок управления содержит триггеры, инверсный С- и -S-входы каждого из кото20рых объединены и подключен к соответствующим выходам сдвигового регистра, D-входы всех триггеров объединены и являются входом блока уп3равления, выходы триггеров являются выходами блока управления 23Этот логарифмический АЦП имеет широкий динамический диапазон и ста бильность, определяемую стабильностью коэффициентов усиления усилителей. Однако наличие большого коли чества усилителей (по числу разрядо логарифмического АЦП) делает его весьма сложным и недостаточно эконо мичным. Цель изобретения - упрощение лог рифмического аналого-цифрового пре образователя. ПоЬтавленная цель достигается тем, что в логарифмический аналого,цифровой преобразователь, содержащи усилитель с управляемым коеффициентом усиления, вход которого является входом преобразователя, масштабный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход кото рого подключен к одному вхоДу. компаратора, другой вход которого подключен к выходу масштабного усилите введены генератор импульсов, реверс ный счетчик и управляемый aтYeнюaтор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя с упра ляемым коэффициентом усиления, а вы ход 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 ус ления, остальные разряды реверсивного счетчика подключены к группе управляющих входов управляемого аттенюатора, разрядные выходы реве сивного счетчика являются разрядным 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 подключен к одному входу компаратора 5 на другой вход которого подано опорное напряжение Ug, реверсивный счетчик 6, к тактовому входу которого подключен генератор 7 импульсов, вход 04 сложения-вычитания реверсивного счетчика 6 подключен к выходу компаратора 5. Выходы реверсивного счетчика подключены к выходу 8 соответствующих разрядов логарифмического АЦП. Кроме того, старший разряд реверсивного счетчика 6 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 09Б, а шаг квантования равен КддБ, то -К.- ,(2«-1), где D динамический диапазон логарифмического АЦП; мак симальнъ1й коэффициент усиления от входа 1 до компаратора 5; N - число разрядов логарифмического АЦП, равное числу разрядов реверсивного счетчика 6. Усиление усилителя 2 с управляемым коэффициентом усиления в зависимости от величины управляющего сигнала - старшего разряда реверсивного счетчика 6 - может принимать значение ОЭВ или К , причем К выбирают равным, КГК„2. Тогда максимальное затухание К аттенюатора 3 и коэффициента усиления Kj усилителя А должны быть выбраны следующими .1. К, К,( 1). Минимальное затухание аттенюатора 3 должно быть . 09Б. При изменении кода на управляющих входах аттенюатора 3 вносимое им затухание изменяется от К -Ко ( 1) до kj. ОЗВ с шагом KQ, а при изменении всего выходного кода реверсивного счетчика 6 общий коэффициент усиления от входа 1 до компаратора 5 изменяется в пределах от 03Б до Кп,ях 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 включения питания реверсив ный счетчик 6 может установиться вл бое положение, которому соответству ет некоторый коэффициент усиления Kj К (в децибеллах), обеспечи ваемый усилителем 2, аттенюатором 3 и масштабным усилителем k. Входной сигнал со входа 1, усиленный этим коэффициентом усиления, поступает н один из входов компаратора 5 и срав нивается с опорным напряжением LL , поданным на его другой вход. Величи на Ugpвыбирается равной максимально му значению входного сигнала, при котором при общем коэффициенте усиления 09Б оба усилетеля работают линейном режиме. Если величина сигнала на первом входе компаратора 5 превышает U, то на выходе компарат ра 5 появляется напряжение логической единицы, которое управляет рабо той реверсивного счетчика 6 таким о разом, чтобы он обеспечил изменение выходного кода, приводящее к уменьш нию общего коэффициента усиления. Это продолжается до тех пор, пока н пряжение на первом входе компаратора 5, уменьшающееся при уменьшении общего коэффициента усиления, сравня ется с опорным напряжением Ц. Скорость изменения коэффициента усиления задается тактовой частотой генератора 7 импульсов и выбирается с учетом максимальной скорости изменения входного аналогового сигнала 11 --г- где f - частота следования импульсов генератора 7; V.- максимальная скорость изменения входного аналогового сигнала, 3 Б/с. .В случае, если напряжение на первом входе компаратора 5 окажется мен ше Upf, , происходит процесс, обратный описанному, т.е. общий коэффициент усиления увеличивается до сравнения напряжения на первом входе компарато ра 5 с опорным напряжением ILf,. Если управляющие входы усилителя 2 и аттенюатора 3 выполнены таким образом, что при увеличения числа, определяемого выходным кодом ревер106сивного счетчика о, они уменьшают общий коэффициент усиления (это вызывается увеличением входного сигнала), то установившееся на выходе 8 логарифмического АЦП число п , приведенное в-десятичную системусчисления, равно , ОП1 0 п ..I5n k k о, 0 где Ug напряжение на входе 1, Выходное число п оказывается 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 используется всего два уси-лителя, 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,до одного масштабного в. том случае, если нижняя граница требуемого динамического даипазона достаточно велика и не предъявляется высоких требований к шумам усилителг.. Тогда вход логарифмического АЦП подключается непосредственно к входу аттенюатора, а количество разрядов управляющих входов аттенюато-ра 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 (N - число разрядов логарифмического АЦП), Это дало возможность 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 диИамическом диапазоне. Формула изобретения Лбгарифмический аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель 79 с управляемым коэффициентом усиления, вход которого является входом преобразователя, масштабный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход которого подклю чен к одному входу компаратора, дру гой вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения, в него введены генератор импульсов, реверсивный счетчик и управляемый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу уси лителя с управляемым коэффиц| гентом 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 подключена к группе управляющих входов управляемого :аттенюат6ра, разрядные выходы ревер-i сивного очетчика являются разрядными выходами преобразователя. Источники информации, принятые 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).