Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

ИЬИН А СОЮЗ СОВЕТСКИХсОцИАлистичеснихРЕСПУБЛИН 1 9) (Н) 15)4 О 06 С 7/24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДМ СТВЕННЫй НОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственный университет им. В. И. Ленина(56) Патент США Мф 3678505, кл. НОЗК 13/20,опублик. 1976,Ямный В. Е. Аналого. цифровые преобра.зователи напряжения в широком динамическом диапазоне. Минск, БГУ, 1980, с. 76,рис. 3,17 в.(54) (57) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛОГО -ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержа.щий ключ, включенный между информационным входом преобразователя и первым вхо.дом комларатора, соединенного вторым входом с выходом источника порогового напряжения компаратора, причем первый входкомпаратора через параллельно включенные запоминающий конденсатор и разрядный резастор подключен к шине нулевого потенциала, управляющий вход ключа подключен к входу записи реверсивного счетчика, соединенно. го с входом запуска преобразователя, и гене. ратор тактовых импульсов, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены регистр кода порогового напряжения компара. тора и управляемый источник тока, включенный между шиной нулевого потенциала и первым входом компаратора, соединенного инвертирующим выходом с управляющим входом управляемого источника тока и вычиа тающим входом реверсивного счетчика, сум- и 1 мирующий вход которого соединен с прямым выходом комнаратора и входом останова генератора тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с входом запуска преобразователя, а выход генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен к выходу регистра кода поро. гового напряжения компаратора.1193693 2 Изобретение относится к измерительнойи вычислительной технике и может быть использовано для,преобразования электрических сигналов с широким диапазоном изменения уровней,Цель изобретения - расширение динамического диапазона логарифмического аналогоцифрового преобразователя (ЛАЦП) путем.создания полной шкалы, имеющей начальныйучасток квантования малых уровней с раз.личной функциональной зависимостью.На фиг, 1 приведена функциональная схе.ма логарифмического аналого. цифрового пре.образователя; на фиг. 2 - временные диаграммы логарифмического аналого.цифрового преобразователя; иа фиг. 3 - вариант выполнения генератора тактовых импульсов.Логарифмический аналого-цифровой преобра.эователь содержит информационный вход 1,ключ 2, вход 3 запуска, запоминающийконденсатор 4, разрядный резистор 5, управ.ляемый источник 6 тока, компаратор 7, источник 8 порогового напряжения, генератор9 тактовых импульсов, реверсивный счетчик10, регистр 11 кода порогового напряжения компаратора.Генератор тактовых импульсов содержитКБ-триггер 12, генератор 13 стабильных импульсов, элемент ИЛИ - НЕ 14, элемент И 15,элемент 16 задержки, делитель 17 частоты,коммутатор 18.Логарифмический АЦП работает следую-.щим образом.В исходном состоянии ключ 2 замкнут изапоминающий конденсатор 4 заряжен до на.пряжения источника преобразуемого сигналана информационном входе 1После прихода импульса запуска с входазапуска 3 ключ 2 размыкается, а в ревер.сивный, счетчик 10 по сигналу на установочном его входе иэ регистра 11 заносится кодпорогового напряжения компаратора по,пропорциональный уровню источника порого.вого напряжения комнаратора 8 О, . С момента т, размыкания ключа 2 в завйсимости от соотношения величин О х и Ооначинается заряд запоминающего конденсатора4 от управляемого источника 6 тока или разряд его через разрядный резистор 5.Рассмотрим процессы в схеме ЛАЦП дляслучаев ОхОо и ОхОоПри 0 х,Оо компаратор 7 имеет наинвертирующем выходе напряжение логичес.кой единицы, которое подключает управляемый источник 6 тока 1 О к запоминающему конденсатору 4 для его заряда и повычитающему входу переводит реверсивныйсчетчик 10 в режим вычитания. В тот жемомент времени 1 а импульсом пуска с 5 О 15 20 25 30 ф 35 40 45 50 55 входа 3 по входу записи реверсивного счетчика 10 заносится код порогового напряжения г 1 О из регистра 11 и запускается повходу запуска генератор 9 тактовых импуль.сов с периодом следования имгульсов ТрС выхода генератора 9 тактовых импульсовтактовые импульсы поступают на счетныйвход реверсивного счетчика 10 и происходит вычитание этих импульсов из кода ЙЭтот процесс продолжается до момента с, ткогда напряжение на запоминающем конденсаторе 4 11 с достигает величины напряже.ния источника 8 порогового напряжения 11(фиг. 2, кривая 1). Когда 0 = Опроисходит срабатывание компаратора 7 и наего инвертирующем выходе появляется напряжение логического нуля, выключающего источник 6 тока, а на прямом выходе появЭляется напряжение логической единицы, оста.навливаюшее по входу останова генератор9 тактовых импульсов, В реверсивном счет.чике будет записано число М х,: Мо - М 1 эгде Й, - число импульсов генератора 9с периодом повторения Та, прошед.ших на счетный вход счетчика 10 за времяТх, = 1, - 1 . Число М, связано определенной функциональной связью с величинойпреобразующего сигнала О х,При Ох ) О компаратор 7 находится всостоянии, когда на его прямом выходе -напряжение логической единицы, которое посуммирующему входу реверсивного счетчика10 переводит его в режим суммирования.При этом источник 6 тока напряжением логического нуля на инвертирующем выходе ком.паратора 7 выключен. После прихода импульса пуска с входа 3 ключ 2 размыкается,в реверсивный счетчик 10 заносится от регистра 11 код И о и запускается генератор 9 тактовых импульсов с периодом повто.рения Т . С момента времени Фо кон.осденсатор. 4 начинает разряжаться через разрядный резистор 5 по экспоненциальному закону(фиг. 2, кривая 2, Этот разряд продолжа.ется до момента времени 1 т, когда ЦС =-.0 и компаратор 7 выработает перепад напряжения из логической единицы в логическийнуль, который остановит генератор 9 тактовых импульсон. В реверсивном счетчике 10будет записано число МХ: Й М гдеМ - число импульсов генератора 9 с периодом повторения 1 ос, прошедших насчетный вход счетчика 10 за время Тх = -т,Число Й х (1) связано с величиной преобразуемого сигнала на участке между Ох илогарифмической зависимостью.Определим функциональные возможностипредлагаемого устройства.Подставляя в (4) выражение (14) получим окончательно функциональную связькода М , (на начальном участке шкалы ЛАЦП) с величиной преобразуемогонапряжения 5Е(1 т,8 ф ВПОф 1)-Рй 91- - (15)ЭРп 1+8 1)оТаким образом, иэ выражения (15) следует, что, варьируя величину отношения пери Оодов .повторения тактовых импульсов генератора 9 и зависящую от нее поформуле(13) величину тока Х, можно получить большое количество различных функ.циональных шкал на начальном участке 15О О, . При этом на участке ООхарактер шкалы остается логарифмическим.Дгя получения различных значений 9ф и тем самым изменения вида шкалы наначальном участке генератор тактовых им.пульсов работает следующим образом.После прихода импульса пуска со входа3 триггер 12 по 5 -входу устанавливается на выходе в состояние логической единицы и элемент И - НЕ 14 разрешает прохож.дение импульсов генератора 13 (с периодомповторения Т, либо непосредственнок входу коммутатора 18, либо через делитель 17 частоты. Если на прямом выходекомпаратора 7 - логический ноль (т.е,ООо), то импульсы генератора 13 непосредственно проходят коммутатор 18 ксчетному входу реверсивного счетчика 10.Если на прямом выходе компаратора 7логическаЯ единица ( 1Ор), то к счет 35ному входу реверсивного счетчика 10 подключается через коммутатор 10 выход дели.теля 17 частоты и период повторения тактовых импульсов равен Т, Величина Та значит и отношение 9, зависит от40коэффициента деления делителя 17. Покаждому изменению состояния прямого выхода компаратора 7 осуществляется остановка генератора 9 с помощью элементаИ 15, подключенного своим выходом кК-входу триггера 12 (устанавливающеготриггер в ноль), и элемента 16 адержки,состоящего, например, из интегрирующейцепи , С, . При каждой смене состоя. ния компаратора 7 на выходе элемента И 15 вырабатывается импульс, сбрасывающий триггер 12 и тем самым запрещаю 1 ций с помощью элемента И - НЕ 14 прохождение импульсов генератора 13.Рассмотрим возможность получения линейного начального участка в предлагаемом логарифмическом АЦП.Из выражения (1) следует, что для получения линейной шкалы, т.е. линейной за. висимости напряжения на конценсаторе 4 от времени0,=1,/с (16)необходимо, чтобы ток источника токазависел от времени по законуДля обеспечения равенства квантов линейного и логарифмического участков шкалыЬ е в точке О= О е = Оо найдем величины кванта линейной шкалы из выражения (16)"с Оо 1 оТал Мо 1 оТоно я о Сйо С (17)так как в этом случае г, - ТрМ.Используя (9) и (17), получаем величи.ну тока источника 6 токаеО С1,=Таким образом, показания реверсивногосчетчика 10 на логарифмическом участкешкалы равныОх Не МОФ - " Еп У е о ТЦО О 1где К = -- количество квантов на ли.о Винейном участке шкалы.На линейном участке шкалы показаниясчетчика 10 определяются, как011, 1 ц, 1), О,