Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

.01.81 (2 ) 3238586/18 22)Закале 51) И. 6 С 7/24 6 ) 3/00 с присоелинением заявки рв вауаарственный коинт СССРубликовано 30 ата опубликова аи изобретенн отнрцтнй 2. Бюллетень Я 32 1описания 30. 08. 2) Авторы изобретени С. ф Наумов Ток ухов,71) Заявителй с Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к анало" го-цифровым преобразователям (АЦП) с логарифмированием, и может применять" ся для. измерения напряжений или токов в широком динамическом диапазоне, а также для измерения амплитуды импульсов напряжения или тока.Известен логарифмический АЦП, содержащий две параллельные ВС-цепи, усилитель, компаратор, устройство управления и регистрации и ключи.Этот логарифмический АЦП использует экспоненциальный разряд конденсатора от напряжения, равного входному, до опорного напряжения,с подсчетом времени этого разряда 1 . ностью комп ена разрешаато а,д" строенныйедостаточапазон ,.ограничен апряже, ограниЛогарифмический АЦП, попо этому принципу, имеет нно широкий динамический дивходного сигнала, которыйснизу величиной опорного нния, а она, в свою очередь р Р.Наиболее близким по технической.сущности к изобретению является логарифмический АЦП, содержащий последовательно соединенные усилители с управляемыми коэффициентами усиле" ния, выход последнего из которых по ключен к первому входу компаратора, то второй вход которого подключен к ис".точнику опорного напряжения, и блок управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а выходы - к выходным клеммам разрядов логарифми ческого АЦП и к управляющим входамсоответствующих усилителей с управ" ляемыми коэффициентами усиления. Бло управления содержит триггеры, инверсный С- и .5-входы каждого из кото рых объединены и подключены к соответствующим выходам сдвигового регистра, О-входы всех триггеров объе" динены и являются входом блока уп равления, выходы триггеров являются выходами блока управления (21.Этот логарифмический АЦП имеет широкий динамический диапазон и стабильность, определяемую стабильно" стью коэффициентов усиления усили" телей, Однако наличие большого коли" чества усилителей (по числу разрядов логарифмического АЦП) делает его весьма сложным и недостаточно эконо мичным.Цель изобретения - упрощение логарифмического аналого-цифрового пре" образователя,Поставленная цель достигается 13 тем, цто в логарифмический аналогоцифровой преобразователь, содержащий усилитель с управляемым коеффициентом усиления, вход которого являет:ся входом преобразователя, масштаб" 20 ный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход кото-. рого подключен к одному входу, компаратора, другой вход которого подключен к выходу масштабного усилителя,ц введены генератор импульсов, реверсивный счетчик и управляемый аттенюатор, информационный вход которого подключен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом 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 старшего разряда реверсивного счетчика подключен к управляющему входу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, остальные разряды реверсивного счетчика подключены к группе управляющих входов управляемого аттенюатора, разрядные выходы реверсивного счетчика являются разрядными 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 4 подключен к одному входу компаратора 5, на другой вход которого подано опорное напряжение О,1 реверсивный счетчик 6,. к тактовому входу которого подключен генератор 7 импульсов, вход 10 4сложения-вычитания реверсивного счетчика 6 подключен к выходу компаратора 5Выходы реверсивного счет-, чика 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 со" ответствующим 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 К д ОдБ, а шаг квантования равен Ко Б, тогде О - динамический диапазон логарифмического АЦП;К - максимальный коэффициентЬахусиления от входа 1 до компаратора 5;й -.число разрядов логарифмического АЦП, равное числуразрядов реверсивного счетчика 6,Усиление усилителя 2 с управляемым коэффициентом усиления в зависи мости от величины управляющего сигнала " старшего разряда реверсивного,счетчика 6 - может принимать значение ОЭБ или К , причем К выбирают равнымй-(К.=К,2Тогда максимальное затухание К аттенюатора 3 и коэффициента усиления К усилителя 4 должны быть выбра. ны следующимин-(К 1=К=К -К К (2-1),ища х 5 еахоМинимальное затухание аттенюатора 3 должно быть К ,= ОдБ. При изменении кода на управляющих входах аттенюатора 3 вносимое им затуханиек изменяется от Кг = -Ко( 2: 1) до К ,= ОЭБ с шагом К , а при измене гмО 1нии всего выходного кода реверсивного счетчика 6 общий коэффициент усиления от входа 1 до компаратора 5 изменяется в пределах от ОдБ до К,= К(2 -1) с шагом Ко.5 9551Например, при М=8 и К=0,5 ЗБ получаем 0 =К =127,5 ЗБ; К,= 64 ЭБ;К= -63,5 аБ; К,=63,5 д Б.Логарифмическйй, АЦП работает следующим образом.После включения питания реверсив"ный счетчик 6 может установитьоя влюбое положение, которому соответствует некоторый коэффициент усиленияК+ К 2+ К (в децибеллах), обеспечиваемый усилителем 2, аттенюатором 3и масштабным усилителем 4. Входнойсигнал со входа 1, усиленный этимкоэффициентом усиления, поступает наодин из входов компаратора 5 и сравнивается с опорным напряжением О,поданным на его другой вход. Велйчина Оор выбирается равной максимальному значению входного сигнала, прикотором при общем коэффициенте усиления 03 Б оба усилетеля работают влинейном режиме. Если величина сиг"нала на первом входе компаратора 5превышает Оап, то на выходе компаратора 5 появляется напряжение логической единицы, которое управляет работой реверсивного счетчика б таким об"разом, цтобы он обеспечил изменениевыходного кода, приводящее к уменьше"нию общего коэффициента усиления. 30Это продолжается до тех пор, пока на"пряжение на первом входе компаратора 5, уменьшающееся при уменьшении общего коэффициента усиления, сравня ется с опорным напряжением О. Скорость изменения коэффициента усиления задается тактовой частотой генератора 7 импульсов и выбирается с учетом максимальной скорости изменения входного аналогового сигна- щ лачогде 1 - частота следования импульсовгенератора 7ч, - максимальная скорость изменения входного аналоговогосигнала, о Б/с.В случае, если напряжение на первом входе компаратора 5 окажется мень ше О , происходит процесс, обратный Ю описайному т.е. общий коэффициент усиления увеличивается до сравнения напряжения на первом входе компаратора 5 с опорным напряжением ОЕсли управляющие входы усилителя О 2 и аттенюатора 3 выполнены таким образом, что при увеличении числа, определяемого выходным кодом ревер"Ф / 10сивного счетчика ь они уменьшаютобщий коэффициент усиления (это вызывается увеличением входного сигнала),то установившееся на выходе 8 логарифмического АЦП число и , приведенное в десятичную систему счисления,равно 1 201еиа.9 3 Э1 о, 1 огде О - напряжение на входе 1,Выходное число и оказывается пропорциональным логарифму О и приведенным к началу координат, т.е. п=0при О сО 10-в 9 - нижней границеВх Ор 20одинамического диапазона, и и = -;о =2 - 1 при О = О - верхней граниВ Орце динамического диапазона. Внутриэтого диапазона зависимость и отцвк19линейна.ОоаДанный логарифмический АЦП обеспечивает преобразование аналоговойвеличины в код более простыми средствами, так как в нем используетсявсего два усилителя один из которых является неуправляемым, В прототипе количество переключаемых усилителей равно количеству разрядрвлогарифмического АЦП. Следует заметить, что в данном логарифмическомАЦП количество усилителей может бытьсокращено, до одного масштабного в.том случае, если нижняя граница требуемого динамического даипазонз дос"таточно велика и не предъявляется высоких требований к шумам усилителя.Тогда вход логарифмического АЦПподключается непосредственно к входу аттенюатора, а количество разрядовуправляющих входов аттенюатора определяется динамическим диапазоном ишагом квантования,Введение в схему логарифмическогоАЦП управляемого аттенюатора, которыйможет быть выполнен на пассивныхэлементах (резистивных делителях иключах), позволило устранить из неейусилителя (й - число разрядовлогарифмического АЦП). Это дало воэ- .можность выполнить логарифмическийАЦП более дешевым, малогабаритным иэкономичным, расширить область егоприменения, в частности применить егсв мобильной аппаратуре приема и цифровой обработки импульсных сигналовс амплитудой, изменяющейся в широкомдинамическом диапазоне.Формула изобретенияЛогарифмический аналого-цифровойпреобразователь, содержащий усилитель10 Составител Техред Т.И Редактор С. Та О/56 Тираж 731 НИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и откры 13035, Москва, Ж, Раушская нЗак ПодписноеССРйд. 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 7 9551 с управляемым коэффициентом усиления, вход которого является входом преобразователя, масштабный усилитель, компаратор и источник опорного напряжения, выход которого подклю чен к одному входу компаратора, другой вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения в него введены генератор 1 в импульсов, реверсивный счетчик и уп" равляемый аттенюатор, информационный .вход которого подклячен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, а выход подключен к входу 1 ф масштабного усилителя, выход генератора импульсов подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, вход ,сложения"вычитания которого подклю"чен к выходу компаратора, выход стар.щего разряда реверсивного счетчикаподключен к управЛяющему входу усилителя с управляемым коэффициентомусиления, остальные разряды реверсивного счетчика подключено к груп"пе управляющих входов управляемогоаттенюатора, разрядные выходы ревер-;сивного цчетчика являются разряднымивыходами преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 675598, кл. Н 03 К 13/17, 1978.2. Патент США Ю 4106010,кл. 340-347, апублик, 1978 (прототип). Сапуновачка . Корректор Г. Решетник1