Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого цифрового преобразования

(21) (22) (46) (72) (53) (56) И 90 4397163/24-2425,03.8815,06.90. Бюл. Р 22А.Д.Самойленко681325 (088.8)Авторское свидетель440, кл. Н 03 М 1/6 о СССР1980. реобразуемыхешности прен ной ая хек. ав я в нейб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к автоматике, вычислительной, преобразовательной и измерительной технике иможет быть использовано в различныхустройствах измерения и допусковогоконтроля уровней напряжения, амплитудно-частотных характеристик в логарифмическом масштабе. Цель изобретения - расширение области применения эа счет увеличения динамического Изобретение относится к автоматике, вычислительной, преобразователь змерительнои технике и может быть использовано в различных устрои-.ствах (в, том числе селективных, спреобразованием частоты) полуавтоматического и автоматического измере и допускового контроля уровней нап жения, амплитудно-частотных характ ристик в логарифмическом масштабе широком динамическом диапазоне уров с малой погрешностью и улучшенной ра решающей способностью.Цель изобретения - расширение о ласти применения за счет увеличени диапазона преобразуемых сигналов,уменьшение погрешности преобразования, увеличение разрешающей способности. Укаэанная цель достигаетсятем, что устройство содержит входнойкодоуправляемый и каскадный усилитель, функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь, аналоговый Функциональный преобразователь,первый, второй и третий регистры,первый, второй, третий, четвертый ипятый сумматоры, блок элементов И,элемент ИЛИ, переключатель кодов,блок управления и узкодиапаэонный логарифмический преобразователь аналог - код. Выходы функциональногоумножающего цифроаналогового преобразователя и третьего регистра являют-чся соответственно выходными аналоговой и цифровой шинами. 2 з.п.ф-лы,6 динамического диапазона сигналов, уменьшение по образования, увеличение раэрешающеиспособности.На Фиг.1 представлена структурнсхема устройства; на фиг.2 и 3 - смы соответственно входного кодоупрляемого и-каскадного усилителя ифункционального умножающего цифроаналогового преобразователя, примеры исполнения; на Фиг.4 - структурная схема узкодиапазонного логарифмическогопреобразователя аналог - код; нафиг.5 - временные диаграммы работы19 15 каскада усиления (каскада усиления с малым смещением)в области малых затуханий отключением первого каскада усиления и применением интегральных ЦАП, погрешность преобразования в области больших затуханий уменьшена переводом работы .устройства в режим с автоматической дискретной регулировкой уровня и на входе устрой,ства благодаря чему шумовые выбросы входного напряжения ц устройства расположены симметрично относительнодинамического диапазона устройства.Устройство позволяет преобразо,вывать переменные, разнополярные и ,однополярные постоянные напряженйя, ,может быть применено в качестве широкодиапазонного устройства дискретной ,автоматической регулировки уровня ,(съем аналогового сигила с выхода 24) а также в сочетании с преобразователем частоты оно может быть ос,новой широкодиапазонных (как по частотному, так и по динамическому диапазону) селективных микровольтметров,. анализаторов спектра, измерителей АЧХ и т.д.формула изобретения1. Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразования, содержащее входной и-каскадный усилитель, информационный вход которого является гходной шиной, блок выборки и хранения, управляющий вход которого. соединен с первым выходом блока управления, узкодиапазонный логарифмический преобразователь аналог - код, элемент ИЛИ и аналоговый функциональный преобразователь, выход которого соединен с информационным входом блока выборки и хранения, о т л и ч а ю щ е е с я, тем,.что, с целью расширения области применения за счет увеличения динамического диапазона преобразуемых сигналов, уменьшения погрешности преобразования и увеличения разрешающей способности, в нем входной и-каскадный усилитель выполнен кодо- управляемым и введены Функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь, первый, второй и третий регистры, первый-пятый сумматоры, блок элементов И и переключатель кодов, причем выход входного кодоуправляемого и-каскадного усилителя сое 71763 20динен с входом аналогового сигналафункционального умножающего цифроаналогового преобразователя, вылод ко 5 10 15 20 25 30 35 40 торого является выходной аналоговой шиной и соединен с входом аналогового Функционального преобразователя, выход которого подключен к информационному входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с информационным входом узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог - код, тактовый вход которого подключен к второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены с входами записи соответственно первого, второго и третьего регистров, первый вход является шиной "Установка нуля", информационный вход первого регистра соединен с выходом третьего сумматора, выходы младших. разрядов соединены с соответствующими входами младших разрядов перзой группы входов третьего и четвертого сумматоров и с входом цифрового сигн;.-.а Функционального умножающего цифроаналогового преобразователя, а выходы старших разрядов первого регистра соединены непосредственно с соответствующими управляющими входами входного кодо- управляемого д-каскадного усилителя и входами старших разрядов первой группы входов четвертого сумматора и через первый сумматор с соответствующими входами старших разрядов первой группы входов третьего сумматора, входы второй группы которого через блок элементов И соединены с соответствующими выходами второго сумматора, первые входы которого являются первой шиной управления, а вторые входыобъединены с соответствующими входами второй группы четвертого сумматора и подключены к соответствующим информационным выходам узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог - код, первый и второй управляющие выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами первого сумматора и блока управления, четвертый .вход которого соединен с выходом конец преобразования узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог - код, шестой выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого является второй шиной управления, а выход подключен к второму входу блока эле22 717 бЗ 51 О 2115 ментов И и четвертому входу первого сумматора, при этом выход четвертого сумматора соединен с соответствующим информационным входом второго регистра и первым входом пятого сумматора,выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, а второй вход подключен к выходу переключателя,кодов, первый информационный вход которого является шиной задания фиксированного кода, второй информационный вход соединен с выходом второго регистра, а управляющий вход является шиной режима измерения, выход третьего регистра является выходной цифровой шиной. 2, Устройство по п.1, о т л и - ч:а ю щ е е с я тем, что узкодиапазонныйлогарифмический преобразовател аналог - код выполнен на аналоговом компараторе, регистре последовательного приближения, источнике опорного напряжения, дискретно управляемом аттенюаторе, буферном регистре и.первом и втором цифровых компараторах, выходы которых являются соответственно первым и вторым управляющими выходами преобразователя, информационным и тактовым входами которого являются соответственно первый вход аналогового компаратора и тактовый вход регистра последовательного приближения, вход управления вводов данных которого подключен к собственному выходу готовности данных, который является выходом "Конец преобразования" и соединен с входом записи буферного регистра, информационный вход которого объединен с управляющим входом дискретно управляемого аттенюатора и подключен к информационному выходу регистра последовательного приближения, выходы буферного регистра являются информационными выходами преобразователя и соединены с первыми входами первого и второго цифровых компараторов, выход аналогового компаратора подключен к информационному входу регистра последовательного приближения, а второй вход - к выходу дискретно управляемого аттенюатора, информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, вторые входы первого и второго цифровых компараторов соединены 15 20 ь 25 30 35 40 45 50 55 соответственно с первой и второй шинами задания фиксированных кодов.3. Устройство по и. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на тактовом генераторе, первом - пятом триггерах, первом и втором распределителях импульсов, элементе задержки, первом и втором элементах И, элементе ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входа" ми блока, первым и четвертым входами которого являются соответственно С-вхсды второго и первого триггеров,С-вход первого триггера объединен сС-входом третьего триггера и первымвходом второго распределителя импульсов, К-вход соединен с первым выходом первого распределителя импульсов,а инверсный выход - с первым входомпервого распределителя импульсов,второй вход которого подключен черезэлемент задержки к выходу тактовогогенератора, который является вторымвыходом блока, первым и третьим выходами которого являются второй итретий выходы первого распределителяимпульсов, четвертый выход которогосоединен с К-входом четвертого иС-входом пятого триггеров, 0-вход которого соединен с выходом элементаИЛИ, а инверсный выход соединен спервым входом второго элемента И, второй вход которого объединен с вторымвходом второго распределителя импульсов и подключен к инверсному выходутретьего триггера, 0-вход которогосоединен с прямым выходом второготриггера, а К-вход объединен с К-входом второго триггера и подключен квыходу первого элемента И, которыйявляется четвертым выходом блока, пятым выходом которого является выходвторого элемента И, третий вход которого соединен с пятым выходом первого распределителя импульсов, шестойвыход которого соединен с первым входом первого элемента И; второй входкоторого соединен с выходом второгораспределителя импульсов, прямой выход третьего триггера соединен сС-входом четвертого триггера, прямойвыход которого. является шестым выходом блока, Л-входы первого, второгои четвертого триггеров подключены кшине соответствующего потенциала.1571763 Составитель В,СолодоТехред М.Дидык тор Л,Патай Редакто К а Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород агарина, 10 Заказ 1521 Тираж бб 7 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5устройства, на фиг.6 " схема блокй управления, пример исполнения.Устройство содержит вхбдной кодо- управляемый и-каскадный усилитель 1, входную шину 2, узкодиапазонный логарифмический преобразователь 3 аналог " код, блок 4 выборки и хранения, выходную цифровую шину 5, Функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, аналоговый функциональный преобразователь 7, с первого по третий регистры 8-10, с первого по пятый сумматоры 11-15, блок 16 элементов И, элемент ИЛИ 17, переключатель 18 кодов, блок 19 управления, шину 20 "Установка нуля", первую 21 и вторую 22 шины управле-. ния, шину 23 режима изменении выходную аналоговую шину 24 и шину 25 задания фиксированного кода.Усилитель 1 (фиг.2) имеет информационный вход 26, выход 27, управляющие входы 28 и включает фильтры 29, первый каскад 30, усиления, последующие каскады 30-30 з усиления, цифровой компаратор 31, сумматор 32, дешифратор 33, повторитель 34. напряжения, при этом первый каскад 30, усиления содержит два синхронного уп равляемых аналоговых мультиплексора 35, и 35 и усилитель 36 с Фиксированным коэффициентом усиления, шину 37 задания кода, первый 38 и второй 39 входы сумматора 32, выход 40 сумматора, каждый последующий каскад усиления, начиная с второго 30может быть выполнен на соединеннйх по схеме с усилением интегральном умножающем цифроаналоговом преобразовате ле код - ток и преобразователе ток - напряжение, инверторе, вход которого соединен с управляющим входом каскада, и шине логической единицы, шине логического нуля, при этом каждый цифровой вход интегрального умножа" ющего цифроаналогового преобразователя код - ток соединен либо с управляющим входом каскада, либо с шиной логической единицы, либо с шинои ло .гического нуля, либо с выходом инвертора.Функциональный умножающий ЦАП 6 (фиг.3) содержит каскады 41 преобразования каждый из которых выполненУ55 на соединенных по схеме с ослаблением. интегральном умножающем ЦАП 42 код - ток и преобразователе 43 ток - напряжение, вход 44 аналогового сигнала,выход 45, и входов 46 (464646) цифрового сигнала, п инверторов 47 (47,47 47), шины 48 управления (481 48,48;. 48,48 ь 1 484848 ,4848 ,), шину 49 логической единицы, шину 50 логического нуля, при этом все каскады 41 соединены по аналоговому сигналу последовательно, входы инверторов 47, (1=1,2 п) соединены с соответствующими входами 46;, шины управления с 1-й (48) по п-ю (48) соединены с соответствующими входами 46., шины управления 48 ,; (1=1,2, ,и) с (и+1)-й 48по 2-ю (48) соединены с выходами соответствующйх инверторов 47, шина 48 и+1 управления соединена с источником 49 логической единицы, шина 48 , управления соединена с источником 50 логическогонуля, каждый цифровой вход каждогоцифроаналогового преобразователя 41код - напряжение соединен одной изшин 48 управления.Узкодиапазонный логарифмическийпреобразователь 3 (Фиг.4) содержитрегистр 51 последовательного приближения (РПП), аналоговый компаратор52, источник 53 опорного напряжения, дискретно управляемыи аттенюатор 54, буферный регистр 55, первый 56 и второй 57 цифровые компараторы, информационный вход 58, тактовый вход 59, информационный выход 60, выходы 61 "Конец преобразования", первый 62 и второй 63 управляющие выходы преобразователя и шины 64 задания фиксированного кода.На временных диаграммах работыустройства (Фиг.5) диаграмма 65 иэображает Фронты тактовой частоты, поступающей с второго выхода блока 19 управления (Фиг.1) на тактовый вход 59 (фиг.4) узкодиапазонного логарифмического преобразователя 3 (фиг.1), диаграмма 66 изображает импульсы,поступающие с выхода 61 "Конец преобраэования" (фиг.4) преобразователя 3(Фиг.1) на четвертый вход блока 19управления (Фиг.1); диаграмма 67 изображает импульсы, поступающими стретьего выхода блока 19 управления (Фиг,1) на вход записи первого регистра 8; диаграмма 68 изображает импульс Установка нуля", поступающий с одноименной шины. 20 устройства (фиг. 1) на первый вход блока 19 управления диаграмма 69 изображает1763 6вый 1 и третий,13 сумматоры, по от"ношению к младшим разрядам (коду Н)- через третий сумматор 13,5Преобразователь 3 работает в режиме непрерывного преобраэования,тактируется фронтами с второго выходаблока управления (диаграмма 65 нафиг.5) и синхронизирует работу блокаО управления импульсами "Конец преобразования" (диаграмма 66 на фйг,5),а также вырабатывает код Ь,пропорциональный логарифму его входного напряжения п, и сигналы выхода 625макс ) (3)и выхода 63 5 57импульс, поступающий с шестого выхода блока 19 управления (фиг.1) напервый вход элемента ИЛИ 17; диаграмма 70 изображает импульс записи, поступающий с четвертого выхода блока .19 управления (фиг.1) на вход записивторого регистра 9; диаграмма 71 изображает импульсы записи, поступающиес пятого выхода блока 19 управления Г(фиг.1) на вход записи третьего регистра 10.Моменты времени (фиг.5); Т - передний фронт; Т- задний фройт импульса "Установка нуля"; Т - передний фронт импульса диаграммы 69; Тмомент записи кода в первый регистр 8,Ту - окончание импульса диаграммы 69;Т-Т- окончание переходных процессов после записи нового кода в регистр 8 в. усилителе 1 и преобразователь б и 7; Т -Т- запись новогозначения напряжения в блок 4; Т,-Т-преобразование нового значения входного напряжения преобразователем 3Т - появление на четвертом выходе3блока 19 управления импульса записиво второй регистр 9; " - запись нового значения кода в третий регистр 10.На входную шину 2 поступает переменное напряжение фиксированной части, изменяющееся в широком динамическом диапазоне уровней,Коэффициент усиления усилителя 1,выраженный в логарифмических единицах, в зависимости от кода управленияусилителем может принимать дискретныезначения(4) Р. = Р(Ь(Ь, )э где Ь,Ьмн- коды, определяющиедиапазон точного логарифмирования преобраэователя 3.Таким образом, диапазон, макс Ьмнн(2) А = ПА - КАМА,50 где И с,Иу- максимально и минимально допустимые коды управления для усилителя 1 (фиг. 1) .55. Таким образом, согласно (3) первый сумматорпри Р , =0 формирует ,коды(7) И +с шагом (разрешающей способностью) ЕЗатухание ЦАП 6 в зависимости от кода управления И А может принимать дискретные значениягде КА - разрешающая способностьЦАП б;В - динамический диапазон переАпадов затухания ЦАП 6.Текущие значения кодов управления1 у и Мхранятся соответственно встарших и младших разрядах первогорегистра 8, Первый регистр 8 охваченобратной связью: по отношению к старшим разрядам (коду И) - через перКод Ь поступает на четвертый сумматор (полностью) и на второй сумматор (только те разряды, веса которых не ниже К ),Код на выходе первого сумматора логические переменныефна выходе 62на выходе 63;на выходе элемента ИЛИ 17.Р формируются в первом11: Рмакс =ПРИ у = Мумакс Р мин = 1 при Иу = 1 у минь(12) 55 в зависимости от переменных на выходах 62 и 63 с учетом ограничений Третий сумматор 13 формирует код В Н - + К +(Ь-Ь,)-",Р (9) Ку г Хъ 1 К 4 о К ИПИ 1 Осм .-М+ Ы 10КиМАЕЮ; К Я мйксф,разрешающая способностьпреобразователя. 3код йа шине 21;результат вычитания сумматором 12; Множитель г/К 1 означает, что в 25 кодах Ь и Ь в (5) используются разряды, имеющие вес К 4 и .вьппе.Разрешающие способности Ку, К, г могут быть выбраны.удовлетворяющйми двоичному ряду, поэтому умножениеКу г на соответствующие множители - ,Кд Кд :может быть осуществлено просто подачей кодов на соответствующие разряды третьего сумматора.С учетом (6) выходной код третьего35 сумматора (без учета ограничений (4) и (6) И =И+(РР,-Р Р) Рипа - + 40 45Результаты преобразования входного напряжения усилителем 1, преобра 4зователями 6 и 3 учитываются в выходном коде. четвертого сумматора 14 (коэффициенты, передачи преобразовате 50 ляи блока 4.без потери общности можно считать 1 авными единице) Во втором регистре 9 может быть записан код Исс=Ис(Ь), соответствующий выбранному уровню,Выходной код пятого сумматора (после записи в третий регистр 10 он же является и выходным кодом устройства) ф 1,с "оо (13)(где И - значение кода И , соответствующее заданному входному уровню ц , например цр =0,775 В) при логическом нуле на шине 23: В первом случае - (13) - результат логарифмировайия дается относительно фиксированного уг," .я, а во втором случае - (15) - относительно любого выбираемого произвольного уровня (например, вершины АЧХ фильт" ра).Итак, усилитель 1 и преобразова" тель 6 охвачен обратной связью через блок 4, преобразователи 7 и 3, сумматоры 11 и 13, регистр 8 либо через блок 4, преобразователи 7 и 3, сумматоры 12 и 13, блок 16 и регистр 8 в зависимости от режима работы,1. Режим преобразования при больших входных уровнях входного сигнала характерен значением Р =О.В этом режиме согласно (5) третий сумматор 13 не изменяет выходной код первого сумматора 11, а первый сумматор 11 согласно (4) воздействует на старшие разряды регистра 8, т.е. на код И по командам Ро Р а коэффициент передачи ЦАП 6 не меняется.Таким образом, в совокупности усилитель 1, преобразователи 6,7 и 3, блок 4, сумматор 11 и регистр 8 образуют следящий логарифмический аналого-цифровой преобразователь, имеющий по отношению к аналоговому сигналу на шине 24 разрешающую способность К , а результат грубого логарифмического входного сигнала отражается величиной кода ИУстойчивость системы обеспечивается тем, что запись нового кода в регистр 8 (фиг.1) осуществляется в дис9 15 кретные моменты времени (диаграмма 67 на фиг.5), и кроме того тем, что шаг квантования К усилителя 1 (фиг.1) и динамический диапазон 01 (5) преобразователя удовлетворяет со- отношению П 2 В,(17) так что при очередном изложении кода Н на единицу (и соответствующем ему изменении К ) новое значение входного напряжения преобразователя 3 будет таково, что(18) и.в последующем периоде преобразования гарантированно выполняется Р=О;(19) О. В стационарном состоянии выполняется (19), следовательно, входное напряжение преобразователя 3 таково, что(20) 1.н (1, (1. и преобразуется им в код 1 с разрешающей способностью г,Запись результата логарифмирования в третий регистр осуществляетсяпоследовательностью на диаграмме 71(Фиг. 5)2. Режим "Установка нуля" являетсяустановочным режимом (при относительных измерениях). При этом производится принудительная установка коэффици-.ентов передачи усилителя 1 и ЦАП 6с таким расчетом, чтобы по окончанииустановки нуля (при неизменном входном уровне устройства) входное напряжение преобразователя 3 соответствовало его коду Ь=1 О, и запись соответтвующего этому ур кода 1 вовторой регистр 9, благодаря чему после установки нуля диапазон затуханиявходных уровней, в пределах которогоможно измерить их с малой погрешностью и хорошей разрешающей способностью, определяемыми только параметрами преобразователя 3, составит от1. ц до 1 макс 1 ю протяженностьюмин0. Это имеет особо важное значение, 71763 10 канчиваются переходные процессы вблоках усилителя 1 и преобразователяхби 7.Вторая Фаза Т-Т, . С момента Т 30 до Т в блоке 4 запоминается новоезначение выходного напряжения преобразователя 7С момента Т 7 до Тпреобразователь 3 преобразовывает новое значение его входного напряженияи в момент Т выдает новое значениекода(21) 40 В момент Т 9 на четвертом выходе блоке 19 управления появляется одиночный импульс (диаграмма 70 на фиг.5), по переднему Фронту которого производится запись кода И во второй регистр 9, если при этом Р к 1, выходной код устройства, записываемый втретий регистр 10 в момент Т (диаграмма 71 на фиг.5) согласно (15),равен нулю. При последующих измене"ниях входного уровня отсчеты происходят относительно уровня, зафиксиро 50 ванного при установке нуля, а при Ря =0 - относительно фиксированногоуровня, однако значение кода Мпри этом сохраняется.3. Режим измерений при малых уров-нях (больших затуханиях). например, при измерении ЛЧХ фильтров,когда неравномерность в полосе пропускания и границы полос пропускания 5по уровню 3 или 6 дБ необходимо измерить с малой погрешностью и высокойразрешающей способностью (без переключения усилителя 1).Установка нуля осуществляется задве фазы.Первая Фаза - Т -Т (фиг.5). Послеприхода на вход 20 импульса "Установка нуля" (диаграмма 68 на фиг,5) длительностью Т-Т положение фронтовкоторого на временной оси может бытьпроизвольным, на шестом выходе блока19 управления формируется импульс(диаграмма 69.на Фиг,5), фронты кото"рого жестко связаны с импульсами по следовательности, представленной надиаграмме 65, так что на выходе элемента ИЛИ 17 с момента Т по Т . ГИ,=1.В момент Т соответствующим импульсом последовательности диаграммы 25 67 (Фиг,5) производится запись новыхзначений И и И в регистр 8 согласно (11), а до момента Т (фиг.5) за(22) 11157В этом режиме на вход 22 подаетсялогическая единица, поэтому(25) 11 у 1 уо 176312При Б ) В, включается первый кас"кад 30, а сумматор 32 уменьшает входной код дешифратора на Иу,:Наличие мультиплексоров, отключающих первый каскад усиления, позволяет10 расширить динамический диапазон уси"лителя в сторону больших напряжений,наличие усилителя 36 - в сторону малых напряжений (чему также способствует наличие фильтров 29), а работа15 большей части каскадов с унитарнымкодом позволяет уменьшить погрешностьпереключения усиления до величиныпорядка 0,02 дБ,ЦАП 6 (фиг,3) работает следующим20 образом,Соответствующие разряды кода управления М поступают на входы 46,Входное напряжение подается на-.вход 44,Затухание от входа 44 до выхода25 45 равно(где Б , - код, заданный на втором входе компаратора 31), на выходе комПаратора присутствует логический нуль, первый каскад 30 усиления выКлючен, аналоговый сйгнал проходит через мультиплексоры 35 непосредственно на вход второго каскада 30усиления, минуя малошумящий усилитель 45 36, имеющий небольшой динамический ,циапазон. Код И проходит на выход сумматора 32 и без изменения подается на вход дешифратора 33, который преобразует, например, двоичный код И 50 В унитарный код. Таким образом, при увеличении кода и от 0 до ио последовательно включактся каскады усилеНия 30 30 ,Это обеспечивает малую погрешность пере ючения Одной 55 Ступени усиления, что также достига-ется и применением в указанных каскадах интегральных ЦА 11, включенных по схеме с усилением. 40.ь 1 Устройство превращается в широкодиапазонное устройство дискретной автоматической регулировки уровня (по отношению к напряжению иа шине 24) с разрешающей способностью К. При этом на шину 21 должен быть йодан код 1. = - 201 д ------ "- (23)цьмакс+ц 3 м Н и г 2 ц бУ соответствуюплй середине (в линейном масштабе) динамического диапазона преобразователя 3.Достоинством такого режима является то, что среднее значение напря,жения на входе аналого-цифрового преобразователя поддерживается в середине его динамического диапазона, а размах шумовой составляющей может ,достигать величины 0 при этом дополЬ нительная погрешность, которая могла бы быть из-за кратковременных выходов и, за пределы цне возЬминф Ь маке.нйкает.Усилитель 1 (фиг.2) работает слеующим Образом. Преобразуемое напряение поступает на вход 26, а код управления И - на вход 28. Пока А = ,т А =- 201И+ Х 1; И; + . (1-1, ) Ин 1 ;1 ;цИь 1 о 11 н+11 +1 -1 ф и н 1 затухание 1-го каскада 4 1; количество каскадов 41; номер входа 46 (1=1 соответствует младший разряд), вес входов цифрового сигнала =20 каскада 41, соединенных с (2 )-й шиной, управле. ния; с/ вес входов цифрового сигнала каскада 41, соединенных с (2 , )-й шиной управления;бит, соответствующий 1-му входу 46ВЕС ВХОДОВ ЦИФРОВОГО СИГ- нала 1-го каскада, соединенных с 1-й шиной управления;вес входов цифрового сигнала 1-го каскада, соединенных с (п+1)-й шиной управления;2 -1 = суммарный вес входов цифрового сигнала каскада 41, Ь - его разрядность.(36) 3На примере одного иэ многочисленных частных случаев покажем линейнуюзависимость затухания (26) от кодауправления М,:ЬИ , 1,Ь (28)1где Ь - весовые коэффициенты кодаМДля этого потребуем, чтобы всЕЙ; =0 (отсутствуют соединения входовдарового сигнала каскада 4 1 с выходами инверторов) и небыло соединенийукаэанных входов разных каскадов 41с одной и той же шиной управления,кроме (2 )-й и (2 , )-й,В этих предположениях имеем нз(26) и (27) соответственно для .1-гокаскада Но = Нн + Нь + КН, (30) ю н ЬПосле умножения числителя и знаменателя дроби в (29) на Мн+ХИ с учетом (30) исходное (нерегулируемое) затухание1-го каскада; И . +1,М,1нА. = -201 я3 Р юЬ затухание каскада, зависящее от бита1 57 1 763 14 диапазон 1-го каскада,величина перепада затухания 1-го ЦАПпри изменении -го бита 1ВыбереМР Ар = В 1 - К 1 1 ф 1 рэгде парциальный код, поступающий на,1-йкаскад.Возвращаясь к (31), имеем для.1-го каскада 25 А.=А +В -К И(40) 1 Дю 1 Л р Суммируя по 1, получаем для ЦАП б В другом частном случае ЙИ =О11аналогично Узкодиапазонный логарифмическийпреобразователь аналог - код (фиг.4)работает следующим образом. РПП 51тактируется с входа 59 тактовой40 частотой (диаграмма 65.на фиг.5) иработает в режиме непрерывного преобразования. РПП последовательно подает единицы на аттенюатор 54, а результат сравнения его выходного на 45 пряжения с входным напряжением к входу 58 последовательно записываетсяв РПП.Затухание аттенюатора 54 аналогично (42):(в (43) опущено для простоты фикси- .рованное затухание Аю, поскольку оно 55 может быть учтено соответствующим выбором опорного напряжения источника 53).В конце преобразования выходноенапряжение аттенюатора 54")етгисг, а с се)на Выхо и ): т) "о брз Г) 1,-.компаратор ОВ .) 6 и:э,НЛИ 1 т с. ).тп, с, а ВЬ)ХО 11 ХГт 1 с ЕтПЫ п)1 стнт)с,Ь, т т;0; П,;1 СОГП;и О П К. О. ). р а1БЛО 1 УПВВВ)тЕН.)Я СОГЕ)З)ст Г 1, О 1:Г. О, ВЕТЫ.1 Эс ГЛ: т) )- ,")т ,) ; -артый 90):51 ТЬЕйт 9 ., .;то,)о. втт)тИ 9,) И 1 гЕС. ОИ 9) ",Ь 1 КО:,Ь) ТаКТ;ЭЫ 1 Г ОНЕР ТОР 1.,т) С 1 сЕРВОГО По П 5 Т:тт ТР тггс - 102 и второй ) 03 распре.,еплтелп ПмПуГЬСЗВ, ЭЛЕ 1 снв 1 т Эт 1; 10 1- а таКХГЕ х 1 ервый 10,: и Бтсосй 106 э 1 е)тенты ) тпэ;:1."-: В О а ь.ь)а 6 6;1 а 1 Г, 5 Г) 5 )ОБ)э е) 1 е 1 НО ИЗОбраЖа". т Ст.П ,а ПЕДВОМ В)т 1 ХС" де 93 блока ъ гравленя, коорый с тОЧПОСтт)Ю ДО ЗаДЕРИКИ СОВПсацаЕТ сигналом иа четверто: -Оде 88 б.ока управления.Диаграммы 72-8 Изображают си на - ль 1: 72 - на инверсном нь)ходе первого триггера 96, 73 - па Втором нььходе распоеделителя 10)2 и пульсон 11)2,;74 - на гьетс сз 1.: и:.Ггп:. Оп, )10.,п.втт ст . ЛЯ 1 01 /" сс). 515 Г, О."д ВЫХ., П Е Гс 1 СБ телстетс 1 т 12: Г) " ттст ттт) пс О),1 ттт, х э)т второго триггера 97.,; 77 - на пря том выходе третьего тр:,)ггера 98, 78 на ВнхОДе В" ОООГО Рссс .Репе 1 итГ )51 1 Оо ИМпупт.СОН ".) - Еа Н).ОД8 .ЛИ г) ) ) эле 1 епта )1 Л 1 т 1 1 0-" = слеч", втт)О;а и инверсном Вьходе п,1 Т 01" 0 г 1)игге)а 100 ДЛЯ ЭТОГО С)пт)тс 151;, 81 " На т 15 дгом ЗЕтХГ)- дЕ блоКа "стгтЗанЛЕНИЯ Етпя ЗТОГО СЛ)71763 16На фиг.5 осьдана для моментовВремени Т,-Т 1 ось 1: -для моментоввремени Т, -Т,.И 01 енты времени Т -Т, соответствуют; Т, - фронт оцного из импульсов"1 сопец преобраэонания" (диаграммабб) - появление на одном из выходов62 или 63 преобразователя 3 логической единицы для случая;егистр 10 (фиг.1) Т - момент пеГ) сз 1 ттЮ)ттетттн 51 УС ИЛЕИЯ УСИЛИТЕЛЯ 1(В 1 Г.1) импульсом 56 (фиг.5), Т 2 т) появление логического нуля на инверсном Вы;:0)1 е пятого т,)иггера 100;ОКОПЧаьпа ПэрЕХОД 11 ЬГ ПрОДЕССОВЛна Входе т.Особ) с 3 Онагеля 3 ) Т .) -ТЗалнс т 0)тОГО Виана)нта ВЬ)ХОД 01)Опрях:ения;.реобразана геля . а блок ч;Т 1 - прГ)0;),азова)1)еобраз,) ) -ТЕЛЕМ ПОВОГО Зтас)ЕПИ;. НаПРЯжЕНИЯзго входе. Т,. -Т - отсутствие1;. К)у).)т,.а 3 1 П 11 Стт . Г.1")Й,ЕГИСГр 20 .тп 1 Выхо,"е 91 (фиг с 6) элемента И 106Т :" переключение в исходпое состо, 11япие пятого триггера 100 Т - очеоред.ой импульс записи н третий реГистр 10 (О)иг.) после переключенияусилтГеля 1,Бло 1 Г 19 управления (фиг.6) работает следугцим образом.Фронты тактовой астоты с выходатактового генератора 95 (диаграмма ,т 0 65 па фиг.5) поступают на второй вы, ход 92 (для тактирования преобразователя 3) и через элеменг 101 задерж 1 и на тактоВый Вход распределителя02 импульсов. Б исходном состояниион обнулен потенцсталом единицы с инверсного зыхода первого триггера 96.:о приходу фронга пловец преобразоВан.:15" 6 (фиг.5) 1 ьа четВертый ВХОД88 олока 19 первый тр)Ггер .переходитн п 1" (диаграмма 72), разрешает работу распределителя 102, который нырабатынает серию импульсов, сдвинутыхпа период тактовой частоты (диаграммы 66,7374,67 и 75 на фиг.5).Рсзсп 1)еделител)т 102 (фиг.6) пРекРа)гает работу послепоявления логической единицы на од 1 н)м его выходе (непоказан), после чего первый триггер96 и распределитель обнуляются.7 15Импульсы с остальных выходов распределителя 102 соответственно поступают на первый выход 93 блока 19, .напервый вход элемента И 105, на третий вход элемента И 106, на третийвыход 89 блока 9, на К-вход четвертого триггера 99 и С-вход пятоготриггера 100.При поступлении положительногоперепада на первый вход 85 блока 19второй триггер 97 переходит в "1" вмомент Т (диаграмма 76), а, третийтриггер 98 переходит в "1" в моментТ (диаграмма 77 на фиг.5).По положительному перепаду с прямого выхода третьего триггера 98 переходит в "1" также и триггер 99(момент Ть, диаграмма 69 на фиг.5),сигнал с прямого выхода которого поступает на шестой выход 94. Третийтриггер 98 разрешает работу второмураспределителю 103 импульсов.В момент Т (диаграмма 78 нафиг,5) на выходе распределителя 103появляется потенциал логической единицы, который разрешает прохождение импульса на четвертый выход 90. Импульсом с выхода 90 (момент Т, диаграмма 70 на фиг.5) обнуляется второй 97 и третий 98 триггеры, и распределитель 103 приходит в исходное состояние.Пятый триггер 100 (фиг.б) формирует команду (диаграмма 80 на фиг.5) логического нуля, запрещающую по первому входу второго злемента И 106 (фиг.б) прохождение импульсов с выхода распределителя 102. на пятый выход 91 для предотвращения записи в третий регистр 10 (фиг,1) кодов, соответствующих переходным процессам после появления команд Р =1 йли Р= (диаграмма 79 на фиг.5) и при последующем переключении усилителя, так что импульс записи в третий регистр 10 (фиг.1) в момент Т на диаграмме 81 (фиг.5) отсутствует.Усилитель 1 может быть реализован с применением, например, ЦАП К 572 ПА 1 А и.операционных усилителей КР 544 УД 2 А в каскадах усиления, начиная с второго, и малошумящего операционного усилителя типа К 1407 УД (предусматривается регулировка его коэффициента усиления в небольших пределах), при этом погрешность переключения одной ступени усилителя при ее величине 10,24 дБ составляет 0,02-0,03 дБ, а8 7763 грешностью переключения только одного 50 каскада усилителя (исключение составляет точка, где включается первыйкаскад усиления, в этой точке стыковка осуществляется регулировкой усиления первого каскада в узких преде лах с учетом конкретных значений усиления соответствующих каскадов),Динамический диапазон расширен .в области больших затуханий благодаря наличию фильтров, малошумящего 5 10 15 20 25 30 35 40 45 динамический диапазон - 130-140 дБ на рабочей частоте до 100 кГц.Преобразователь 5 (фиг.) может быть реализован с применением ЦАП К 572 ПА 1 А и ОУКР 544 УД 2 А. При этом его погрешность преобразования кода в напряжение не превышает (при весе старшего разряда 5,12 дБ) 0,02 дБ на частотах до 100 кГц.Аттенюатор 54 (фиг.4) в преобразователе 3 может быть реализован с применением ЦАП К 572 ПА 2 А н ОУК 140 УД 17 А.В преобразователе 3 (фиг.4) могут быть применены РПП типа К 564 ИР 13, а в качестве компаратора - например, операционный усилитель типа КМ 551 УД 1. При этом достижима погрешность преобразования 0,02 дБ в диапазоне 20,46 дБ и время преобразования, исчисляемое долями миллисекунды, разрешающая способность 0,01 дБ.Погрешность преобразования устройства уменьшена путем применения усилителя 1, преобразователей б и 3, каскадов усиления (затухания), содержащих интегральные ЦАП.Малая погрешность преобразования и высокая разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя реализуется (при измерениях вершины АЧХ фильтра) путем сдвига динамического диапазона устройства за счет изменения затухания, т.е, "привязки" динамического диапазона устройства к заданному уровню введением режима Установка нуля".Улучшение разрешающей способности во всем динамическом диапазоне устройства достигается последовательным включением каскадов усиления усилителя с ростом затухания входного напряжения благодаря наличию в нем дешифратора двоичного кода в унитарный код, что обуславливает постепенное накопление погрешности каскадов усилителя, так что разрешающая способность устройства становится соизмеримой с по