Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Т АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ ОГО иству нфор- зоваьной, й техЦель риме- логаовой очник тся к устройствам вой формы инфорт быть использоваизмерительной, числительной техуправления и являем изоб етения по ена функционалького аналого-циф- ЛАЦП), ник 1 опорных наутатор 2, генератор ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1481803, кл, 6 06 6 7/24, 1987.(54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к устропреобразования аналоговой формы имации в цифровую, может быть испольно в автоматике, измерителпреобразовательной и вычислительнонике, а также в системах управления.изобретения - расширение области инения. Цель достигается тем, что врифмический аналого-цифрпреобразователь, содержащий ист Изобретение относипреобразования аналогомации в цифровую, можено в автоматике,преобразовательной и вынике, а также в системахется усовершенствовани рввт. св, М 1481803.Цель изобретения - расширение облсти применения,На чертеже предста влная схема логарифмичесрового преобразователя (ЛАЦП содержит источпряжений, первый комм Ы 1656563 А 2 5 6 06 С 7(24, Н 03 М 1I опорных напряжений, два коммутатора, генератор экспоненциального напряжения, два счетчика, первый аналоговый компаратор, элемент И, одновибратор, два О-триггера, блок синхронизации, регистр, цифровой компаратор, цифроаналоговый преобразователь, интегратор, генератор опорных импульсов, введены второй и третий аналоговые компараторы, выходы которых являются соответственно выходами заема и переноса устройства, а между входом установки в "1" второго О-триггера и входом установки в "0" первого О-триггера включен элемент ИЛИ. Устройство может быть применено в составе широкодиапазонного логарифмического аналого-циФрового преобразователя и позволяет расширить область функционирования при входных напряжениях, превышающих верхнюю границу опорного напряжения, 1 ил,3 экспоненциального напряжения (ГЗН) с регулируемой постоянной времени экспоненты, первый 4 и второй 5 счетчики, первый аналоговый компаратор 6, элемент И 7, одновибратор 8, два О-триггера 9 и 10, блок 11 синхронизации, регистр 12, цифровой компаратор 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, интегратор 15, генератор 16 опорных импульсов, второй коммутатор 17, аналоговый вход 18, цифровой вход 19 задания начального кода цепи регулировки постоянной времени экспоненты, цифровой выход 20 устройства, второй 21 и третий 22 аналоговые компараторы, выход 23 заема, выход 24 переноса и элемент ИЛИ 25.ЛАЦП работает следующим образом.На аналоговый вход 18 устройства поступает измеряемое напряжение Ох, нацифровой вход 19 - постоянный код око. Поимпульсу запуска от блока 11 синхронизации ГЭН 3 заряжается до своего максимального напряжения Оэ,По окончании этого импульса с моментаТ 2 начинается формирование экспоненциального напряжения, Импульсом сбросаосуществляется сброс счетчиков 4 и 5 ипредустановка О-триггеров; триггер 9 устанавливается в "0", а триггер 10 - в "1", еслиони находились в других состояниях (сразупосле включения).За счет нулевого кода на управляющихвходах первого 2 и второго 17 коммутатороввключаются их первые каналы, так что навыход первого коммутатора. 2 поступаетпервое опорное напряжение Оо 1 с его первого входа. Это напряжение и экспоненциально спадающее напряжение с ГЭН 3подаются на входы компаратора 6 и сравниваются в нем, Пока Оо 1 меньше напряженияГЭН, на выходе аналогового компаратора 6присутствует "0". В этом состоянии на информационном входе триггера 9 действует"1" с выхода второго коммутатора 17, а наинформационном входе триггера 10 присутствует "0" с выхода старшего разряда калибровочного счетчика 4,В момент ТЗ экспоненциальное напряжение становится меньше опорного Оо 1 ина выходе аналогового компаратора 6 формируется положительный перепад, который, поступая через элемент И 7 натактовые входы триггеров 9 и 10, приводитк их опрокидыванию в соответствии с сигналами на их информационных входах, Необходимо учесть, что на втором входеэлемента И 7 все это время находится "1",поскольку одновибратор 8 имеет инверсныйвыход. Таким образом, на прямом выходепервого триггера 9 формируется переднийфронт измерительного временного интервала Ти, а на инверсном выходе второготриггера 10 - калибровочного интервалаТк. Оба счетчика 4 и 5 по сигналам разрешения счета с триггеров 9 и 10 начинают считать импульсы опорной частоты сгенератора 16. Сигнал "1" с инверсного выхода триггера 10 воздействует на входы управления младшего разряда коммутаторов 2 и 17 и переключает их на вторые каналы, в результате чего на второй вход аналогового компаратора 6 поступает измеряемое напряжение Ох, а на информационный вход О-триггера 9 - сигнал "0". Если ОхОо 1, то в момент Т 4 аналоговый компаратор 6 возвращается в "0".В момент Т 5 экспоненциальное напряжение становится меньше измеряемого и5 компаратор 6 вырабатывает второй положительный перепад, который приводит к опрокидыванию в исходное нулевое состояниетриггера 9 в соответствии с сигналом на егоинформационном входе, Формирование из 10 мерительного интервала заканчивается.Длительность измерительного интервалаОо 1Ти=Т 5 - ТЗ = Tэ 1 ПОх15 где хэ - постоянная времени экспоненциального напряжения ГЭН,Выходной код счетчика 5Оо 1Йи=1 оп Гэ ПОхВходной триггер 10 в момент времениТ 5 остается в состоянии "0", поскольку наего информационном входе действует "0"начиная с момента Т 2 до момента Тб. Вмомент времеи Т 6 на выходе старшего разряда счетчика 4 появляется "1". Это приводит к переключению коммутаторов 2 и 17 натретьи каналы и подключению к второмувходу компаратора 6 второго опорного напряжения Оо 2 (О 02Оо 1). Выходной сигнал30 компаратора устанавливается в "0". Такимобразом, схема ЛАЦП подготавливается кфиксации окончания калибровочного интервала,Рассмотренный интервал времени Тб -35 Т 2, которому соответствует некоторый диапазон изменения выходного напряженияГЭН, определяет диапазон преобразованияОи входного напряжения, который связан сразрядностью и счетчиков 4 и 5 и разреша 40 ющей способностью и ЛАЦП следующим образом;Ои= Ь 2" 1,В момент Т 7 экспоненциальное напряжение ГЭН 3 становится меньше второгоопорного напряжения Оо 2, при этом на компараторе 6 формируется положительный перепад, который приводит к опрокидываниювторого триггера 10 так как сигнал на егоинформационном входе изменился вмомент Т 6), формирования калибровочного интервала Ткзаканчивается;Тк =Т 7 - Т 2 =Тэ1 ПОо "на счетчике 4 устанавливается код55Оо 1Йк топ тэфпОо 2(2)который сравнивается на цифровом компараторе 13 с постоянным начальным кодомЙкоС момента Т 7 до момента Т 8 происходит установление на выходах цифрового компаратора 13 результата сравнения кодов, В момент Т 8 импульсом с выхода блока 11 синхронизации производится запись информации в регистр 12 и ЦАП 14, В регистре 12 фиксируется код ч 4 измеряемого напряжения, е. происходит обновление результатов преобразования, В ЦАП 14 запоминается результат сравнения кодов - разностный код (йк - йко), который сохраняется в нем в течение одного периода преобразования.Аналоговое двуполярное напряжение с выхода ЦАП 14, соответствующее разностному коду, поступает на интегратор 15 и далее с выхода интегратора 15 на вход управления постоянной времени экспоненци,ального напряжения ГЭН 3,Постоянную времени интегратора 15 выбирают такой, чтобы эа время спадающего участка экспоненциального напряжения изменение выходного напряжения интегратора 15 не превышало величины, эквивалентной 0,5 единицы счета кода М.Таким образом, код счетчика 4 поддерживается равным номиналу;чк = чко (3) с погрешностью, не превышающей единицы счета, поскольку сравнение осуществляется в цифровой форме цифровым компаратором 13, Из формул (1)-(3) находим,20 ц"Йи= Йко (4)20 д откуда видно, что выходной код АЦП пропорционален логарифму отношения измеряемого и опорного напряжений.При увеличении гэ (во время переходных процессов при включении питания) калибровочный интервал ограничен сверху значением (Т 9 - ТЗ) импульсом предустановки триггеров 9 и 10, При чрезмерном уменьшении э ниже минимально допустимой величины третий положительный перепад на выходе компаратора 6 отсутствует, поэтому калибровочный интервал Тк ограничивается снизу отрицательным импульсом с выхода одновибратора 8 через элемент И 7 с тем, чтобы исключить инверсию знака обратной связи по цепи регулировки тэ.Оперативная проверка работоспособности ЛАЦП осуществляется путем снятия входного напряжения.Положительный перепад в момент времени Т 5 при этом отсутствует, а выходное напряжение компаратора 6 равно нулю10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вплоть до момента Т 7, т.е, первый триггер 9 срабатывает одновременно с вторым триггером 10 в момент Т 7 и измерительный интервал становится равным калибровочному Ти =- Т, При этом выходной код ЛАЦП йи= чко, что и является критерием работоспособности всего устройства,При выходе преобразуемого напряжения О эа нижнюю границу Оо 2 диапазона преобразования "1" с выхода третьего аналогового компаратора 22 поступает на выход переноса ЛАЦП.При выходе преобразуемого напряжения О за верхнюю границу О,1 диапазонапреобразования "1" с выхода второго аналогового компаратора 22 поступает на выходзаема ЛАЦП, Этим же сигналом через элемент ИЛИ 25 первый триггер 9 удерживается в состоянии "0", что обеспечиваетйи = О, при этом расширяется область правильного функционирования ЛАЦП в сторону напряжений, превышающих Оо 1, а всоставе широкодиапазонного ЛАЦП исключаются резкие выбросы цифрового кода, величина которых при использованииизвестного устройства сотавляет в течениенескольких периодов преобразования порядка Мо,При выборе параметров ЛАЦП следуетучесть, что величинакода Ио определяетсядиапазоном опорных напряженийО=20 д2 (5)Оо 2и требуемой разрушающей способностью 6Йко = - ,ОкЬ(6) а постоянная времени экспоненты связана,с опорной частотой соотношением (2, которое с учетом (5) и (6) дает20 д етз =Величина тэ определяет быстродействие преобразователя,Практически при величине опорной частоты в несколько мегагерц и требуемой разрешающей способности, например,Ь = 0,01 дБ достигаются быстродействие в доли миллисекунды и погрешность, не превышающая сотых долей децибела,Таким образом, изобретение при высокой точности преобразования расширяет область применения предлагаемого ЛАЦП за счет исключения значительных (порядка йко) выбросов выходного кода при кратковременных выходах преобразуемого напряжения за верхнюю границу Оо 1 диапазона преобразования и обеспечения его работы в составе широкодиапазонного ЛАЦП формированием сигналов переноса и заема,1656563 Формула и зоб ретен и я Составитель В. СолодоваТехред М.Моргентал Корректор Т. Мал Редактор А. Огар3 аказ 2054 Тираж 401 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар Логарифмический аналого-цифровой преобразователь по авт. св, М 1481803, о тл ич а ю щий ся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй и третий аналоговые компараторы, а между входом установки в "1" второго О- триггера и входом установки в "0" первого .О-триггера включен элемент ИЛИ, причем первые входы второго и третьего аналоговых компараторов объединены с вторым информационным входом первого коммутатора, информационный вход которого обьединен с вторым входом второго, а тре тий информационный вход - с вторым входом третьего аналогового компараторов, выход которого является выходом переноса устройства. выход второго аналогового компаратора является выходом заема устройст ва и соединен с вторым входом элементаИЛИ.