Логарифмический время-импульсный преобразователь амплитуды импульса в двоичный код

ОП ИСАНИЕИ ЗО ВРЕТЕ Н ИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 09;03.71 (21) 1630743/18-21 с присоединением заявки УР 51) М. Кл, Н 03 К 13/2 осударстеекеый комет СССР аа делам изебретеей и аткрытийПриорите 53) УДК 681. ,325 (088.8) бли ллетеньно Дат ликования описания 15.05.79(54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНЫЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСА В ДВОИЧНЫЙ сится к области вычис может быть использо анных вычислительны Изобретение отнолительной техники ивано в специализиров х устройствах.Известны логарифмические преобразователи, работа которых основана на свободном разряде конденсатора, заряженного до напряжения, близкого к амплитуде входного сигнала, и измерении временного интервала от момента начала разряда конденсатора до момента сравнения напряжения на конденсаторе с напряжением порога 1.Недостатком таких преобразователей является значительный уровень систематических погрешностей,Наиболее близким по технической сущности к предложенному является логарифмический преобразователь напряжения в двоичный код, содержащий формирователь экспоненциально спадающего напряжения, состоящий из ключа, резистора, источника напряжения компенсации и конденсатора, причем вход формирователя экспоненциально спадающего напряжения подключен к шине входного сигнала, а выход - к одному из входов элемента сравнения напряжений, второй вход которого соединен с источником напряжения порога, а выход элемента подключен ко входу триггера, выход которого соединен с потенциальным входом элемента И, к импульсному входу которого подключен выход генератора импульсов, а выход которого соединен с входом счетчика, блок управления работой преобразователя соединен с единичным входом триггера и управляющим входом формирователя экспоненциально спадающего напряжения 21.Недостатком такого преобразователя является значительный уровень систематических погрешностей и повышенные требования, предъявляемые к основным аналоговым узлам по стабильности и точности.Целью изобретения является повышениеточности преобразования.Поставленная цель достигается за счеттого, что в логарифмический преобразователь напряжения в код, содержащий формирователь экспоненциально спадающего напряжения, состоящий из резистора, конден сатора и кЛюча, первые выводы которых соединены с первым входом элемента сравнения, второй вывод конденсатора соединен с шиной земля, а управляющий вывод ключа соединен с первым выходом блока управ.3ления и единичным входом триггера, нулевой вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход которого соединен с первым входом элемента И, второйвход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход которого соединен с входом счетчика, дополнительно введены три блока стагистйческого анализа; три реверсивных счетчика, три блока коррекции, источник эталонного напряжения, детектор распределения погрешностей и коммутатор, выход которого соединенсо вторым выводом ключа, первый вход коммутатора соединен с шиной входного сигнала, второй, третий и четвертый входы подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам 15 источника эталонного напряжения, пятый вход соединен со вторым выходом блока управления, а шестой, седьмой и восьмой входы соединеньг соответственно с третьим, чет 2 Овертым и пятым выходами блока управленияи первыми входами первого, второго и третьего блоков статистического анализа, вторые входы которых соединены с выходом счетчика, а первые и вторые выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми "входами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков, причем управляющий вход" первого реверсивного счетчика соединен сшестым выходом блока управления, управляющие входы второго и третьего реверсив " ных- счетчиковсоединены с седьмым выхо-дом блока управления, а выходы первого, ЗО второго и третьего реверсивных счетчиков соответственно через первый, второй и третий блоки коррекции соединены также соот" ветственно с вторым выводом резистора, пер вым выводом конденсатора и вторым входомэлемента сравнения, причем третьи выходы второго и третьего блоков статистического агализа соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения знака распределения погрешностей, третий входкоторого соединен с восьмым выходом бло ока управления, а выход блока определения знака распределения погрешностей соединен с входом блока управления.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого логарифмического время-импульсного преобразовате ля амплитуды импульса в двоичный код; на фиг. 2 - кривые распределения нормированной абсолютной погрешности преобразователя.Преобразователь содержит формирователь экспоненциально спадающего напряжения 1, состоящий из ключа 2, резистора 3, конденсатора 4, первые выводь 1"которых соедийейы с первым входом элемента сравнения 5, второй вывод конденсатора 4 соединей с шиной земля, второй вывод ключа 2 55 " " соединен с выходом коммутатора 6, первыйвход которого соединен с шиной входного сигнала, а второй, третий и четвертый входы " "которого соединены с первым, вторым и третьим выходами источника эталонного напряжения 7, а управляющий вход ключа 2 соединен с первь.м выходом блока управления 8, второй выход которого соединен с пятым входом коммутатора и с единичным входом триггера 9, нулевой вход которого соединен с выходом элемента сравнения 5, а выход соединен с первым входом элемента 10 И, второй вход которого соединен с вь 1- ходом генератора импульсов 11, выход элемента И 10 соединен со входом счетчика 12, выход которого подключен к одним входам блоков статистического анализа 13, 14 и 15, другие входы которых соединены соответственно с шестым, седьмым и восьмым входами коммутатора 6 и с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления 8, первые и вторые выходы блоков статистического анализа 13, 14 и 15 соединены соответственно с первыми и вторыми входами реверсивных счетчиков 16, 17 и 18, выходы которых через блоки коррекции 19, 20 и 21 соединены соответственно с вторым входом элемента сравнения 5, первым выводом конденсатора 4 и вторым выводом резистора 2, управляющий вход реверсивного счетчика 18 соединен с шестым выходом блока управ.ления 8, аугравляющие входы реверсивных счетчиков 16 и 17 соединены с седьмым выходом блока управления, третьи выходы блоков статистического анализа 13 и 14 соединены с первь 1 м и вторым входами блока определения знака распределения погрешностей 22, третий вход которого соединен свосьмым выходом блока управления 8, вход Которого соединен с выходом олока определения знака распределения погрешностей 22.Логарифмический преобразователь работает следующим образом.Такт преобразования разбит по времени на два участка - контрольный и рабочий.В контрольном участке такта, расположенном в начале или конце такта преобразования по командам блока управления 8 коммутатором 6 ко входу формирователя экспоненциально спадающего напряжения 1 подключается каждый из трех эталонных сигналов. Синфазно с подключением эталонного сигнала открывается соответствующий блок статистического анализа, предназначенный для исключения влияния на работу цепей обратной связи возможной погрешности однократного преобразования эталонного сигнала, связанной с несинхронностью измеряемого интервала времени Т и импульсов генератора импульсов 11.Блоком управления 8 формируются импульсы запуска преобразователя по каждому из эталонных сигналов. Производится и-кратное поочередное преобразование каждого из эталонных сигналов в одном контрольном участке такта. На входаМ каждого из блоков статистического анализа 13, 14, 15 установлен цифровой порог, равный значению кода, отличающегося на 1/2 от661785 ном участке такта, Преобразование третьего эталонного напряжения и работа треть ей цепи обратной связи, управляющей напряжением компенсации Е в этом режиме не производится, что обусловлено выбранным алгоритмом работы цепей обратной связи.По структурной электрической схеме, приведенной на фиг. 1, изготовлен опытный об- Оразец, в котором основные аналоговые узлы выполнены на транзисторах, а цифровая часть построена из тонкопленочных гибридных микроэлементов типа Посол.Чеоретически. и экспериментально иссле довано распределение систематических погрешностей преобразователя для случаев, когда цепи обратной связи отключены, когда подключены только две цепи обратной связи по параметрам Е и т, и когда подключены три цепи обратной связи по параметрам Ет и Е.Результаты теоретического анализа и экспериментального исследования близко совпадают и показаны на фиг. 2.На фиг, 2 кривыми а ограничена зонаоаспределения нормированной абсолютной погрешности преооразователя, не охваченного обратной связью в динамическом диапазоне изменения входного сигнала. Кривыми б ограничена зона распределения погрешности преобразователя с цепями обратной связи по двум параметрам Е.ч . Из сравнения зон, расположенных между кривыми а и б на фиг. 2 следует, что введение двух цепей обратной связи по параметрам Е и т снижает уровень систематических погрешностей, однако этот уровень еще достаточно велик. Введение цепей обратной связи по трем параметрам Е, т и Еприближает реальную характеристику преобразования к расчетной почти идеально. Формула изобретения 50 55 5расчетного значения кода, соответствующего величине эталонного напряжения. В результате п преобразований эталонного сигнала в соответствующей схеме статистического анализа результатов преобразования эталонного сигнала цифровой порог может быть превышен различное число раз в зависимости от степени отклонения реальной характеристики от .расчетной. По числу этих превышений порога на выходах блоков ста 1 тистического анализа 13, 14, 15 вырабатываются сигналы направления счета реверсивных счетчиков 16, 17, 18. Для изменения состояния реверсивных счетчиков 16, 17, 18 на их счетный вход поступают импульсы с выхода блока управления 8. При этом в зависимости от сигнала направления счета каждый из реверсивных счетчиков 16, 17, 18 может изменить свое состояние в сторону увеличения или уменьшения выходного кода на единицу младшего разряда или вовсе не изменить состояние. Изменение состояния реверсивных счетчиков приводит к изменению параметров Е, с и Ехарактеристики преобразования в сторону ее приближения к расчетной, где Ек - напряжение компенсации; Е- напряжение порога;- постоянная времени разряда конденсатора 4.В рабочем участке такта, по длительности значительно превышающем контрольный участок, преобразователь может работать в двух режимах.В первом режиме по сигналу блока управления 8 коммутатором 6 входной сигнал подключается ко входу схемы формирователя экспоненциально спадающего напряжения 1 и преобразователем производится отсчет входного сигнала при установившихся значениях параметров Еп, г и Е на выходах узлов коррекции 19, 20, 21. Второй режим форсированной работы цепей обратной связи устанавливается на основании результатов и-кратных преобразований эталонных 4 О напряжений в предыдущем контрольном участке такта при значительном отклонении . значений Е и с характеристики от расчетных. Признаком значительного отклонения указанных параметров характеристики от расчетных является превышение при всех и преобразованиях или непревышение при всех и преобразованиях выходным кодом счетчика 12 соответствующего цифрового порога, установленного на входе соответствующего блока статистического анализа 13 или 14, В данном случае с выхода соответствующего блока 13 или 14 поступает сигнал на вход блока определения знака распределения погрешностей 22, по которому на выходе блока 22 формируется сигнал, воздействующий на блок управления 8. На выходе блока управления 8 вырабатывается сигнал, запрещающий передачу через коммутатор 6 и отсчет входного сигнала, и разрешающий преобразование эталонных напря 6 жений и работу первой и второй цепей об ратной связи аналогично работе в контрольЛогарифмический время-импульсйый преобразователь амплитуды импульса в двоичный код, содержащий формирователь экспоненциально спадающего напряжения, состоящий из резистора, конденсатора и ключа, первые выводы которых соединены с первым входом элемента сравнения, второй вывод конденсатора соединен с шиной земпя, а управляющий вывод ключа соединен с первым выходом блока управления и единичным входом триггера, нулевой вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход которого соединен с входом счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены три блока статистического анали661787за, три реверсивных счетчика, три блока коррекции, источник эталонного напряжения, детектор распределения погрешностей и коммутатор, выход которого соединен со вторым выводом ключа, первый вход коммутатора соединен с шиной входного сигнала, второй, третий и четвертый входы подключены соответственно к первому, второму итре 1 ьем"у выхбдам источника эталонного напряжения, пятый вход соединен со вторым выходом блока управления, а шестой, седьмой и восьмой входы соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выхо.дами блока управления и первыми входами первого, второго и третьего блоков статистического анализа, вторые входы которых соединены с выходом счетчика, а первые,и вторые выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков, причем управляющий вход первого реверсивного счетчика соединен с шестым 20 выходом блока управления, а управляющие входы второго и третьего реверсивных счетчиков соединены с седьмым выходом блока управления, а выходы первого, второго и 8третьего реверсивных счетчиков соответственно через первый, второй и третий блоки коррекции соединены также соответственно с вторым выводом резистора, первым выводом конденсатора и вторым входом элемента сравнения, причем третьи выходы второго и третьего блоков статистического анализа соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения знака распределения погрешности, третий вход которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход блока определения знака распределения погрешностей соединен с входом блока управления,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Вопа 1 Й К. Ю 1 И 1 гп, ЕодагйЬгп 1 с 1 о-ЙЦ 1- 1 а 1 Сопчег 1 егз, Е 1 ес 1 гоп 1 с Рез 1 дп, ГеЬгиагу 1, 1962, р. 36 - 41,2. Благовещенский И.М., Власов В, С. Логарифмический преобразователь напряжения в двоичный код с промежуточным преобразованием во временной интервал, Отчет998, Радиотехнический институт АН СССР, 1969.Составитель И. Стомехред О. Луговая Корректор А. Грицен ираж 1 О 59 Подписное дарственногоизобретенийЖ - 35, Раунт, г, Уж го Редактор М, ТрофимоваЗаказ 2511/64ЦНИИПИ Госупо делам113035, Москва,Филиал П П П Пате омитета СССРи открытийская наб д 4/5од, ул. Проектная,