Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

(19) 01) 3(51) 0 06 С 7 24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Цифровые электроизмерительные приборы. Под ред. Шляндина В.М "Энергия", 1972, с.23-24, рис.1-14.2. Авторское свидетельство СССР Р 906002 кл. Н 03 К 13/20, 1980 (прототип).(54)(57) 1. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛОГОЦИФРОВОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий первый и второй пороговые эле- .менты, выходы которых подключены квходам первого триггера, выход которого через формирователь импульсасоединен с входом счетчика и с входом инвертора, ключ, выход которогоподключен к первому входу первогопорогового элемента и к входу линиизадержки, выход которой соединен спервым входом второго порогового элемента, источник опорного напряжения,второй триггер, выход которого через токоограничительный резистор соединен с выходом инвертора, с входомтретьего порогового элемента и с первой обкладкой накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала,управляющий вход ключа соединен свходом второго триггера, о т л ич а ю щ и й с я. тем, что, с цельюповышения точности преобраЗования,в него введены делитель напряжения,первый и второй переключатели,вычислительный блок и формирователь ссинхронизирующих импульсов, причемвыход первого переключателя соединенс входом ключа, первый вход первогопереключателя является входом преобразователя, выход источника опорногонапряжения соединен с вторым входом Г первого переключателя и с входом делителя напряжения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам второго переключателя, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго пороговых элементов, выход третьего порогового элемента подключен к первому входу формирователя синхронизирующих импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, второй и третий выходы формирователя синхронизирующих импульсов подключены к управляющим входам соответственно первого и второго переключателей, при этом вычислительный блок содержит запоми- ф нающие блоки, первый и второй блоки вычитания, блок деления, умножитель, блок сложения, выходной коммутатор и входной коммутатор, выходы которо- го подключены к входам соответствен но первого, второго и третьего эапо-минающих блоков, выходы первого и второго запоминающих блоков соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход второго запоминающего блока подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом третьего запоминающего блока, выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока деления, к второму входу котЬ- рого подключен выход четвертого запоминающего блока, выход блока деления соединен с первым входом умно- жителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, выход умножителя подключен к первому входу блбка сложения, к второму входу которого подключен выход пятого запоминающего блока, выход блока сложения соединен с информационным входом выходного коммутатора, ,выход которого является. выходом преобразователя, управляющий вход вход1084825 ного коммутатора соединен с четвер,тым выходом формирователя управляющих импульсов, пятый выход которогоподключен к управляющему входу выИзобретение относится к устройствам преобразования напряжения пологарифмическому закону и может бытьиспользовано в вычислительных машинах,Известно устройство, предназначенное для преобразования сигналовпо логарифмическому закону, содержащее пороговые элементы, компаратор,генератор импульсов, линию задержки,счетчик 11 .Однако это устройство характеризуется большой погрешностью преобразования.Наиболее близким к предложенномупо технической сущности является логарифмический аналого-циФровой преобразователь, содержащий ключ, выходкоторого подключен к входу линии задержки и к первому входу первого порогового элемента, выход линии задержки подключен к первому входу второго порогового элемента, выходыпервого и второго пороговых элементов подключены к входам первого триггера, выход которого через формирователь импульса соединен с входомсчетчика и с входом инвертора, выходкоторого соединен с входом третьегопорогового элемента, с первой обкладкой накопительного конденсатора и спервым выводом токоограничительногорезистора, второй вывод которого подключен к выходу второго триггера,вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, выход источника опор-ного напряжения подключен к вторымвходам первого и второго пороговыхэлементов 2 .Недостатком известного устройстваявляется большая погрешность преобразования сигнала.Целью изобретения является повышение точности преобразования.Эта цель достигается тем, что влогарифмический аналого-циФровой преобразователь, содержащий первый ивторой пороговые элементы, выходыкоторых подключены к входам первого триггера, выход которого черезформирователь импульса соединен свходом счетчика и с входом инвертора, ключ, выход которого подключенк первому входу первого пороговогоэлемента и к входу линии задержки,ходного коммутатора вычислительногоблока, информационный вход входногокоммутатора вычислительного бокаподключен к выходу счетчика. выход которой соединен с первым входом второго порогового элемента, источник опорного напряжения, второйтриггер, выход которого через токоограничительный резистор соединен свыходом инвертора, с входом третьегопорогового элемента и с первой обкладкой накопительного конденсатора,вторая обкладка которого подключенак шине нулевого потенциала, управляющий вход ключа соединен с входом триггера, введены делитель напряжения,первый и второй переключатели, вычислительный блок и формирователь синхронизирующих импульсов, причем выход первого переключателя соединенс входом ключа, первый вход первогопереключателя является входом преобразователя, выход источника опорногонапряжения соединен с вторым входом 20 первого переключателя и с входомделителя напряжений, первый и второйвыходы которого подключены соответственно к первому и второму входамвторого переключателя, выход которого р 5 соединен с вторыми входами первогои второго пороговых элементов, выходтретьего порогового элемента подключен к первому входу формирователя.синхронизирующих импульсов, первыйвыход которого соединен с управляющимвходом ключа, второй и третий выходыформирователя синхронизирующих импульсов подключены к управляющим входамсоответственно первого и второго переключателей, при этом вычислительныйблок содержит запоминающие блоки, первый и второй блоки вычитания, блок деления, умножитель, блок сложения, выходной коммутатор и входной коммутатор, выходы которого подключены к 40 входам соответственно первого, второго и третьего запоминающих блоков,выходы первого и второго запоминающих блоков, выходы первого и второгозапоминающих блоков соединены соответ ственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход второгозапоминающего блока подключен к первому входу второго блока вычитания,второй вход которого соединен с выхо дом третьего запоминающего блока, выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока деления,к второму входу которого подключенвыход четвертого запоминающего блока, 1084825выход блока деления соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, выход умножителя подключен к первому входу блока сложения, к второму входу которого под ключен выход пятого запоминающего блока, выход блока сложения соединен .с информационным входом выходного коммутатора, выход которого является выходом преобразователя, управляющий 10 вход входного коммутатора соединен с) четвертым вь 1 ходом формирователя управлянзцих импульсов, пятый выход которого подключен к управляющему входу выходного коммутатора вкчислительно го блока, информационный вход входного коммутатора вычислительного блока подключен к выходу счетчика.На фиг.1 изображена Функциональная схема логарифмического аналого-цифрового преобразователя, на фиг.22 функциональная схема вычислительного блока.Логарифмический аналого-цифровой преобразователь содержит ключ 1,первый пороговый элемент 2, линию 3 задержки, второй пороговый элемент 4, первый триггер 5, формирователь 6 импульса, счетчик 7 , инвертор 8, накопительный конденсатор 9, третий пороговый элемент 10, второй триггер 11, токоограничительный резистор 12, шину 13 нулевого потенциала, первый переключатель 14, источник 15 опорного напряжения, делитель 16 напряжения, второй переключатель 17, вход 35 18 и выход 19 преобразователя, формирователь 20 синхронизирукщих импульсов, вычислительный блок 21, в состав которого входят (фиг.2) входной коммутатор 22, первый, второй и третий 40 запоминающие блоки 23-25 соответСтвенно, первый и второй блоки 26 и 27 вычитания, умножитель 28, блок 29 деления, четвертый и пятый запоминающие блоки 30 и 31, блок 32 сложения, 45 выходной коммутатор 33, управляющие входы 34 и 35 входного и выходного коммутаторов.й Работа логарифмического аналогоцифрового преобразователя осуществляется в два этапа. 50На первом этапе происходит последовательно два измерения логарифма известных отношений, что позволяет вычислительном блоке 21 определить коэффициенты, учитывающие влияние 55 параметров на результат преобразования, а на втором этапе исключить систематическую погрешность при преобразовании неизвестного напряжения,На первом этапе с второго выхода 60 формирователя 20 синхронизирующих импульсов на управляющий вход первого переключателя 14 поступает сигнал, по которому обеспечивается прохождение сигнала с выхода источника 15 65опорного напряжения на вход ключа 1. Одновременно этот сигнал поступает на делитель 16 напряжения и с его первого выхода через второй переключатель 17 поступает на первый и второй пороговые элементы 2 и 4. При водаче стробирующего импульса от формирователя 20 синхронизирующих импульсов срабатывает ключ 1. Импульс распространяется по линии 3 задержки и отражается от ее конца. За время этого первого цикла первый и второй пороговые элементы 2 и 4 срабатывают по одному разу. при поступлении импульса срабатывает первый пороговый элемент 2, а при отражении от конца линии 3 задержки срабатывает второй пороговый элемеит 4. При этом происходит включение и выключение первого триггера 5 и на вход счетчика 7 с выхода формирователя 6 импульса поступают два импульса, так как Формирователь 6 импульса вырабатывает счетные импульсы по каждому фронту выходного сигнала первого триггера 5.Амплитуда импульса на выходе ключа 1 после первого цикла равна Ы /,Цюмп, ЦистК у где У, - напряжение источника 15опорного напряженияЮ - коэффициент затухания наединицу длины линии 3 задержки,Ь - длина линии 3 задержкиЙ - коэФфициент отражения отконца линии 3 задержки.После второго цикла,.когда вновь сработают функциональные узлы, как в первом цикле, общее количество. импульсов, поступивших на счетчик 7, равно четырем, амплитуда импульса ра- вна В момент равенства сравниваемыхсигналов имеем- У е К (1+К) (3)аоР, К иетгде Ккоэффициент деления на первом выходе делителя 16 напряжения,общее количество срабатыва,- ний первого и второго пороПервый и второй пороговые элементы 2 и 4 сравнивают амплитуду циркулирующего импульса с величиной порогового напря(енияпоступающего с вы.хода источника 15 опорного напряжения, и срабатывают до тех пор, пока величина амплитуды затухающего импульса при отражении от конца линии 3 задержки не станет меньше порогового напряжения.(УК=(ЖЬК)Б + 22 иК-Ь(1+К), (4 В правой части выражения (4) обозначим первый член в скобках через А, а три оставшихся члена через В, и получим10(5) Количество счетных импульсов, поступивших на вход счетчика 7, устанавливает на его выходе код, который 15 поступает в вычислительный блок 21 и там запоминается.После первого измерения с выхода формирователя 20 синхронизирующих импульсов на управляющий вход второго 20 переключателя 17 поступает сигнал, обеспечивающий прохождение напряжения с второго выхода делителя 16 напряжения на первый и второй пороговые элементы 2 и 4 с величиной, равной(6) где К - коэффициент деления (пере 2дачи) с второго выхода делителя напряжения 16.Затем на управляющий вход ключа 1 вновь подается стробирующий импульс и вновь происходит. измерение напряжения с второго выхода делителя 16 напряжения.В конце этого измерения аналогично описанному имеем 40 где 0 - общее количество срабатываЙний первого и второго пороговых элементов 2 и 4 нри втором измерении.Так как коэффициенты передачи на 45 первом и втором входах делителя 16 напряжений выбраны равными где и и щ - целые положительные числа,то выражения (5) и (7) принимают вид В вычислительном блоке 21 вычисля- ются На этом заканчивается первый работы,На втором этапе напряжение с Да 18 через ключ 1 поступает на нию 3 задержки и преобразуется, на первом этапе.В соответствии с выражениями и (5) получим Ъ = "и+0 хНЙО(1где У,х - напряжение на входе 18,Б - количество импульсов, поступивших на счетчик 7 за время измерений.Результат. измерения в виде кода поступает в вычислительный блок 21, где с учетом коэффициентов по выражениям (10 ) и (11) вычисляется результат преобразования Результат логарифмического преобразования не зависит от параметров линии 3 задержки, так как влияние их было учтено на первоМ этапе работы при калибровке. Таким образом, предложенный логарифмический аналого-циФровой преобразователь по сравнению с известным характеризуется более высокой точностью преобразования,1084825Составитель О.Отраднов Редактор Л.Гратилло Техред Л. Иикеш Корректор Г.Решетник Ваказ 2013/45 Тираж 699 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4