Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (1 1 3 114 С 06 С 7/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМУ С валов с помощью Ррые преобразуются врвым и вторым счетибровочного интервал ровочного инте триггеров, кот цифровой код п чиками. Код кал сравнивается с по результатам ЦАП и интеграт пряжение регул мени экспонент цифровои константои сравнения с помощью ора вырабатывается на ировки постоянной вреГЭН, 2 ил. тся к устроисталоговой формы и может быть тике, измериельной и вьг исности На фиг. ая схема.л представлена фу гарифмического а еобразователя; н ональн алогофиг,2 цифрового временные аграммы его работы. ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР У 840948, кл, С 06 С ф/24, 1981.Авторское свидетельство СССР В 723602, кл, С 06 С 7/24, 1977,(57) Изобретение касается преобразования информации из аналоговой формы в цифровую и может быть использована в измерительной, преобразовательной и вычислительной технике, а также в системах автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности преобразования, Логарифмический аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит источник опорного наИзобретение относивам преобразования анинформации в цифровуюиспользовано в автомательной, преобразоватчислительной технике, а также втемах управления.Цель изобретения - повышение пряжения, два коммутатора, генераторэкспоненциального напряжения (ГЭН)с входом регулировки постоянной времени экспоненты, аналоговый и цифровой компараторы, два Р-триггера, элемент И, одновибратор, два счетчика,регистр, блок синхронизации, генератор опорных импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и интегратор. Логарифмический АЦП работаетна основе сравнения экспоненциальногнапряжения ГЭН с двумя опорными и измеряемым напряжениями и формированияпараллельно измерительного и калибЛогарифмический аналого-цифровой преобразователь (ЛАЦП) содержит источник 1 опорных напряжений, первый коммутатор 2, генератор 3 экспоненциального напряжения (ГЭН) с регулируемой постоянной времени экспоненты, первый 4 и второй 5 счетчики, аналоговый компаратор 6; элемент И 7, одновибратор 8, два Э-триггера 9 и 10, блок 11 синхронизации, регистр 12, цифровой компаратор 13, двухразрядный цифроаналоговыйпреобразователь (ЦАП) 14, интегратор 15, генератор1803 10 15 20 25 30 35 вен 40 45 50 55 з 14816 опорных импульсов, второй коммутатор 17, аналоговый вход 18, цифровой вход 19 задания начального кодацепи регулирования постоянной времени экспоненты и цифровой выход 20устройстваЛЛЦП работает следующим образом,На аналоговый, вход 18 устройствапоступает измеряемое напряжение У,на цифровой вход 19 - постоянныйкод И о. По импульсу запуска 29 отблока 11 синхронизации генератор 3экспоненциального напряжения заряжается до своего максимального напряжения 1)По окончании этого импульса с момента Т начинается формирование экспоненциального напряжения 31. Импульсом 30 осуществляется .сброс счетчиков 4 и 5 и предустановка -триггеров: триггер 9 устанавливается н"0", а триггер 1) - н "1", если онинаходились н других состояниях (сразупосле включения питания).За счет нулевого кода на управляющих входах первого 2 и второго17 коммутаторов включаются их первыеканалы, так что на выход первого коммутатора 2 поступает первое опорноенапряжение Б с его первого входа(фиг, 2, диаграмма 32). Это напряжение и зкспоненциальноспадающеенапряжение с ГЭН 3 подаются на входыкомпаратора 6 и сравниваются в нем.Пока Бр больше напряжения ГЭН 3на выходе аналогового компаратора 6присутствует "0" (диаграмма 33), Вэтом состоянии на информационном входе триггера 9 действует "Лог. 1" свыхода второго коммутатора 17, а наинформационном входе триггера 10 присутствует "Лог, О" с выхода старшегоразряда калибровочного счетчика 4(диаграмма 34),В момент ТЗ экспоненциальное напряжение становится меньше опорногоБщ, и на выходе аналогового компаратора 6 формируется положительныйперепад, который, поступая через элемент И 7 на тактовые входы триггеров9 и 10, приводит к их опрокидываниюв соответствии с сигналами на ихинформационных входах, Необходимоучесть, что на втором входе элементаИ 7 все это время находится "Лог.1"(фиг. 2, диаграмма 38), поскольку одновибратор 8 имеет инверсный выход,Таким образом, на прямом выходе перного триггера 9 формируется передний фронт измерительного временного интервала Ти 37, а на инверсном выходе второго триггера 10 - калибровочного интервала Т 35, Оба счетчика 4 и 5 по сигналам разрешения счета с триггеров 9 и 10 начинают считать импульсы опорной частоты с генератора 16.Сигнал "Лог. 1" с инверсного выхода триггера О воздействует на нходы 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 Б, а на информационный вход 0-триггера 9 - сигнал "Лог. 0". Поскольку 1) (Б , то в момент Т аналбговый компаратор 6 возвращается в "0".В момент Т экспоненциальное напряжение 3 1 становится меньше измеряемого и компаратор б,вырабатывает второй положительный перепад, который приводит к опрокидыванию в исходное нулевое состояние триггера 9 в соответствии с сигналом на его информационном входе. Формирование измерительного интервала заканчивается.Ялительность измерительного интервала Т равна: Т и = Т - Т = = с; 1 п в в , где с - постоянная вреЯмени экспоненциального напряжения ГЭН 3. Выходной код счетчика 5 раИ = Г с,1 п-ф-. (1)н о ьз цВторой триггер 10 в момент времени Т остается в состоянии "0" по"5скольку на его информационном входе действует "Лог. 0", начиная с момента Т, до момента Тб. В момент времени Тб на выходе старшего разряда счетчика 4 появляется "Лог. 1", Это приводит к переключению коммутаторов 2 и 17 на третьи каналы и подключению к второму входу компаратора 6 второго опорного напряжения УЖо.,Бо, ). Выходной сигнал компаратора устанавливается в "0". Таким образом, схема ЛАЦП подготавливается к фиксации окончания калибровочного интервала. 1Рассмотренный интервал времени Т- Т, в котором изменяется напряжение ГЭН 3, определяет диапазон измеренийО входного напряжения, который связан с разрядностью п счетчиков 4 и 5и разрешающей способностью ЬЛАЦП следующим образом В момент Т 7 экспоненциальное напряжение ГЭН 3 становится меньше второго опорного напряжения Ц , при этом на компараторе 6 формируется положительный перепад, который приводит к опрокидыванию второго триггера 10 (так как сигнал на его информационном входе изменился в момент Т 6). Формирование калибровочного интервала Т заканчиваетсяТ =Т - Т = 1 п --л 004к 7э . цО на счетчике 4 устанавливается кодИ= 2 1 (2)Пог.который сравнивается на цифровом компараторе 13 с постоянным начальным кодом Исо.С момента Т.1 до Т 8 происходит установление на выходах "Больше". и "меньше" цифрового компаратора 13 результата сравнения кодов, В момент То импульсом 28 с выхода блока 11 синхронизации производится запись информации в регистр 12 и двухразрядиый ЦАП 14, В регистре 12 фиксируется код И измеряемого напряжения, т.е. происходит обновление результата преобразования. В двухразрядном ЦАП 14 запоминается результат сравнения кодов, который сохраняется в нем в течение одного периода преобразования.Аналоговое двухполярное напряжение с выхода ЦАП 14, имеющее следую-. щую релейную характеристику-+Е, если 1 кокопоступает на интегратор 15 и далее с выхода интегратора 15 на вход управления постоянной времени экспоненциального напряжения ГЭН 3.Постоянную времени интегратора 15 с учетом величины Е выбирают такой, чтобы за время спадающего участка экспоненциального напряжения изменение выходного напряжения интегратора 15 не превышало величины, эквивалентной 0,5 единицы счета кода Ы,.Таким образом, с помощью рассмотренной цепи регулировки код счетчика(3) 5с погрешностью, не превышающей единицы счета, поскольку сравнение осуществляется в цифровой форме цифровым компаратором 13. Из (1)-(3) надт 20 1 я -- . Уо Ув Я Жко Уо 1 20 1 я --Поа(4) 0= 20 1 я (5) По и требуемой разрешающей способностьюЬ Вс И сооткуда видно, что выходной код ЛАЦПпропорционален логарифму отношенияизмеряемого и опорного напряжений,При увеличении(во время переходных процессов при включении питания) калибровочный интервал ограничен сверху значением (Т 1-Т) импульсом 30 предустановки триггеров 9 и10. При чрезмерном уменьшении С ниже минимально допустимой величины 25 (этот случай отмечен на диаграмме 31пунктиром) третий положительный перепад на выходе компаратора 6 отсутствует (пунктир на диаграмме 33), поэтому калибровочный интервал Т ограничивается снизу отрицательным импульсом 38 с выхода одновибратора8 через элемент И 7 с тем, чтобы исключить инверсию знака обратной связипо цепи регулировки СОперативная проверка работоспособности ЛАЦП осуществляется путем снятия входного напряжения.Как видно из временных диаграмм3 1 и 32, положительный перепад в мо мент времени Т при этом отсутствует, а выходное напряжение компаратора 6 (диаграмма 33 ) равно нулювплоть до момента Т 7, т.е. первыйтриггер 9 срабатывает одновременно с Б вторым 10 в момент Т 7 и измерительный интервал становится равным калибровочному Т и = Т. При этом выходной код ЛАЦП М = И о, что и является критерием работоспособностивсего ЛАЦП.При выборе параметров ЛАЦП слецУ"ет учесть, что величина кода Кц, оп. ределяется диапазоном опорных напря- женийа постоянная времени экспоненты связана с опорной частотой соотношением (2), которое с учетом (5) и (6) дает201 яе5онВеличина оз определяет быстродействие преобразователя.Практически при величине опорной 10 частоты в несколько мегагерц и требуемой разрешающей способности, например, Ь 0,01 дБ достижимы быстродействие в доли миллисекунды и погрешность, не превышающая сотых долей 15 децибела.Таким образом, в ЛАЦП введением цепи автоматической регулировки постоянной времени экспоненты ГЭН 3 повышена точность преобразования за 20 счет уменьшения медленно меняющихся составляющих погрешности, обусловленных уходом параметров ГЭН 3 и других элементов ЛАЦП.25формула изобретенияЛогарифмический аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорных напряжений, интегратор, аналоговый компаратор, одновибратор, первый и второй триггеры, элемент И, первый и второй счетчики и генератор опорных импульсов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повы щения точности преобразования, в нем первый и второй триггеры выполнены в виде Р-триггеров и введены первый и второй коммутаторы, генератор экспоненциального напряжения, цифровой .40 компаратор, регистр, цифроаналоговый преобразователь и блок синхронизации, вход которого объединен со счетными входами первого и второго счетчиков и подключен к выходу генератора 45 опорных импульсов, первый выход блока синхронизации соединен с входами установки в "0" первого Р-триггера, первого и второго счетчиков и с входом установки в "1" второго Р-триггера, второй выход блока синхронизации соединен с входом запуска генератора экспоненциального напряжения, выход которого соединен с первым входом аналогового компаратора, второй 55 вход которого подключен к выходу пер" вого коммутатора, первый информационный вход которого соединен с первымвыходом источника опорных напряжений, второй и третий информационныевходы первого коммутатора соединенысоответственно с аналоговым входомлогарифмического аналого-цифровогопреобразователя и вторым выходомисточника опорных напряжений, выходаналогового компаратора соединен спервым входом элемента И, второйвход которого подключен к инверсномувыходу одновибратора, выход элемента И соединен с тактовыми входамипервого и второго Р-триггеров, информационный вход первого Р-триггерасоединен с выходом второго коммутатора, первый информационный входкоторого подключен к шине логической"1", второй и третий информационныевходы второго коммутатора соединеныс шиной логического "Т, прямой вьход первого Р-триггера соединен свходом разрешения счета первого счетчика, выходы разрядов которого соединены с информационными входами регистра, выходы разрядов которого являютсяцифровым выходом устройства, инверсный выход второго Р-триггера соеди"нен одновременно с первыми управляющими входами первого и второго коммутаторов и с входом разрешения счетавторого счетчика, разрядный выход которого соединен с первым входом циФрового компаратора, второй вход которого соединен с входом задания калибровочного интервала логарифмического аналого-цифрового преобразователя, выход цифрового компаратора соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, входсинхронизации которого объединен свходом записи регистра и подключен ктретьему выходу блока синхронизации,выход цифроаналогового преобразователясоединен с информационным входом интегратора, выход которого подключенк входу управления постоянной временигенератора экспоненциальногонапряжения, выход старшего разрядавторого счетчика соединен с информационным входом второго Р-триггера,с вторыми управляющими входами первого и второго коммутаторов и с входом запуска одновибратора