Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого- цифрового преобразования

Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого- цифрового преобразования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной, преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах измерения и допускового контроля уровней напряжения, амплитудно-частотных характеристик в логарифмическом масштабе. Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения динамического диапазона преобразуемых сигналов, уменьшение погрешности преобразования, увеличение разрешающей способности. Указанная цель достигается тем, что устройство содержит входной кодоуправляемый и каскадный усилитель, функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь, аналоговый функциональный преобразователь, первый, второй и третий регистры, первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, блок элементов И, элемент ИЛИ, переключатель кодов, блок управления и узкодиапазонный логарифмический преобразователь аналог-код. Выходы функционального умножающего цифроаналогового преобразователя и третьего регистра являются соответственно выходными аналоговой и цифровой шинами. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

amSUun

gl)S Н 03 М 1/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 1с .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4397163/24-24 (22) 25,03.88 (46) 15.06.90. Бюл. Р 22 (72) А.Д .Самойленко (53) 681 ° 325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 900440, кл. Н 03 М 1/62, 1980. (54) УСТРОАСТВО ШИРОКОЦИАПАЗОННОГО

ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике, вычислительной, преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах измерения и допусковог0 контроля уровней напряжения, амплитудно-частотных характеристик в логарифмическом масштабе. Цель изобретения — расширение области применения за счет увеличения динамического

Изобретение относится к автоматике, вычислительной, преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано в различных устрой-. ствах (в, том числе селективных, с преобразованием частоты) полуавтоматического и автоматического измерения и допускового контроля уровней напряжения, амплитудно-частотных характеристик в логарифмическом масштабе в широком динамическом диапазоне уровней с малой погрешностью и улучшенной разрешающей способностью.

Цель изобретения — расширение области применения за счет увеличения

2 диапазона преобразуемых сигналов, уменьшение погрешности преобразования, увеличение разрешающей способности. Укаэанная цель достигается тем, что устройство содержит входной кодоуправляемый и каскадный усилитель, функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь, аналоговый функциональный преобразователь, первый, второй и третий регистры, первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, блок элементов И, элемент ИЛИ, переключатель кодов, блок управления и узкодиапаэонный логарифмический преобразователь аналог — код. Выходы функционального умножающего цифроаналогового преобра зователя и третьего регистра являют-v ся соответственно выходными аналоговой и цифровой шинами. 2 з.п.ф-лы, 6 ил. динамического диапазона преобразуемых сигналов, уменьшение погрешности преобразования, увеличение разрешающей способности.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 — схемы соответственно входного кодоуправляемого и-каскадного усилителя и функционального умножающего цифроаналогового преобразователя, примеры ис полнения; на фиг.4 — структурная схема узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог — код; на фиг.5 — временные диаграммы работы

1511763 устройства, на фиг.б — схема блокА управления, пример исполнения.

Устройство содержит входной кодоуправляемый и-каскадный усилитель 1, входную шину 2, узкодиапазонный логарифмический преобразователь 3 аналог — код, блок 4 выборки и хранения, выходную цифровую шину 5, функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, аналоговый функциональный преобразователь 7, с первого по третий регистры 8-10, с первого по пятый сумматоры 11-15, блок 16 элементов И, элемент ИЛИ 17, переключатель l8 кодов, блок 19 управления, шину 20 "Установка нуля", первую 21 и вторую 22 шины управле-. ния, шину 23 режима изменении выход-! ную аналоговую шину 24 и шину 25 задания фиксированного кода.

Усилитель 1 (фиг.2) имеет информационный вход 26, выход 27, управляющие входы 28 и включает фильтры 29, первый каскад 30, усиления, последующие каскады 30 „ -30 усиления, цифровой компаратор 31, сумматор 32, дешифратор 33, повторитель 34. напряжения, при этом первый каскад 30, усиления содержит два синхронного уп- 30 равляемых аналоговых мультиплексора

35, и 35 и усилитель 36 с фиксированным коэффициентом усиления, шину

37 задания кода, первый 38 и второй

39 входы сумматора 32, выход 40 сумматора, каждый последующий каскад усиления, начиная с второго 30 „ может быть выполнен на соединеннйх по схеме с усилением интегральном умножающем цифроаналоговом преобразовате- 40 ле код — ток и преобразователе ток— напряжение, инверторе, вход которого соединен с управляющим входом каскада, и шине логической единицы, шине логического нуля, при этом каждый цифровой вход интегрального умножающего цифроаналогового преобразователя код — ток соединен. либо с управляющим входом каскада, либо с шиной логической единицы, JIH6o c IHHHDH Jlo 50 .гического нуля, либо с выходом инвертора.

Функциональный умножающий ЦАП 6 (фиг.3) содержит каскады 41 преобразования каждый из которых выполнен

У

55 на соединенных по схеме с ослаблением интегральном умножающем ЦАП 42 код— ток и преобразователе 43 ток — напряжение, вход 44 аналогового сигнала, выход 45, и входов 46 (46,,46

4áÄ) цифрового сигнала, и инверторов

47 (47„э47,, ° .,47„), шины 48 управления (481,48, °,48;,...,48„,48 „...

48„ ° ° ° 48ь.< ° ° 48т„.48

48 „, ), шину 49 логической единицы, шину 50 логического нуля, при этом все каскады 41 соединены по аналоговому сигналу последовательно, входы инверторов 47, (i=1,2...,,n) соединены с соответствующими входами 46;, шины управления с 1-й (48„) по п-ю (48„) соединены с соответствующими входами

46., шины управления 48 „; (i=1,2, 1

° °,n) c (n+1) H 48»1 по 2„-ю (48<„) соединены с выходами соответствующих инверторов 47, шина 48 + управления соединена с источником 49 логической единицы, шина 48 „,, управления соединена с источником 50 логического нуля, каждый цифровой вход каждого цифроаналогового преобразователя 41 код — напряжение соединен одной из шин 48 управления.

Узкодиапазонный логарифмический преобразователь 3 (фиг.4) содержит регистр 51 последовательного приближения (РПП), аналоговый компаратор

52 источник 53 опорного напряжения, дискретно управляемыи аттенюатор 54, буферный регистр 55, первый 56 и второй 57 цифровые компараторы, информационный вход 58, тактовый вход 59, информационный выход 60, выходы 61

"Конец преобразования", первый 62 и второй 63 управляющие выходы преобразователя и шины 64 задания фиксированного кода.

На временных диаграммах работы устройства (фиг.s) диаграмма 65 иэображает фронты тактовой частоты, поступающей с второго выхода блока 19 управления (фиг.1) на тактовый вход

59 (фиг.4) узкодиапазонного логарифмического преобразователя 3 (фиг.1) диаграмма 66 изображает импульсы, поступающие с выхода б 1 "Конец преобраэования" (фиг.4) преобразователя 3 (фиг.i) на четвертый вход блока 19 управления (фиг. 1); диаграмма 67 изображает импульсы, поступающими с третьего выхода блока 19 управления (фиг.1) на вход записи первого регистра 8; диаграмма 68 изображает импульс Установка нуля", поступающий с одноименной шины. 20 устройства (фиг. 1) на первый вход блока 19 управления диаграмма 69 изображает (4) ! ма сс мнн ° (5) " или (6) где F

F и

Ъ нлн

1 Манс и сумматоре

A„=R N>

40 (2) А,= О, — ВАМ (7) ы + !

S !57 импульс, поступающий с шестого выхода блока 19 управления (фиг.1) на первый вход элемента ИЛИ 17; диаграмма 70 изображает импульс записи, поступающий с четвертого выхода блока

19 управления (фиг.1) на вход записи второго регистра 9; диаграмма 71 изображает импульсы записи, поступающие с пятого выхода блока 19 управления (фиг.1) на вход записи третьего регистра 10.

Иоменты времени (фиг.5); T — передний фронт; Т вЂ” задний фройт импульса "Установка нуля", Т вЂ” передний фронт импульса диаграммы 69; Т4 момент записи кода в первый регистр S, Т вЂ” окончание импульса диаграммы 69;

Т„-T — окончание переходных процессов после записи нового кода в регистр 8 в. усилителе 1 и преобразователь б и 7; Т q-T > — запись нового значения напряжения в блок 4; Т,-Т вЂ” преобразование нового значения входного напряжения преобразователем 3

Т вЂ” появление на четвертом выходе

3 блока 19 управления импульса записи во второй регистр 9; " — запись нового значения кода в третий регистр 10.

На входную пину 2 поступает переменное напряжение фиксированной части, изменяющееся в широком динамическом диапазоне уровней.

Коэффициент усиления усилителя 1, выраженный в логарифмических единицах, в зависимости от кода управления усилителем может принимать дискретные значения с шагом (разрешающей способностью)

R y.

Затухание ЦАП 6 в зависимости от кода управления N л может принимать дискретные значения

° где К л — разрешающая способность

ЦАП б; — динамический диапазон переА падов затухания ЦАП 6.

Текущие значения кодов управления

N и N хранятся соответственно в старших и младших разрядах первого регистра 8, Первый регистр 8 охвачен обратной связью: по отношению к старIIIHM II 3 II M (I OII Ny) e!Ie3 пеР1763 6 вый 1 и третий.13 сумматоры, по отношению к младшим разрядам (коду Н„)через третий сумматор 13.

Преобразователь 3 работает в режиме непрерывного преобраэования,тактируется фронтами с второго выхода блока управления (диаграмма 65 на фиг.5) и синхронизирует работу блока !

О управления импульсами "Конец преобразования" (диаграмма 66 на фйг.5), а также вырабатывает код L,ïðoïîðöèональный логарифму его входного напряжения и, и сигналы выхода 62 !

5 и макс) (3) .г и выхода 63 где Е„„,Ьм „- коды, определяющие диапазон точного логарифмирования пре25 обраэователя 3.

Таким образом, диапазон

Код Ь поступает на четвертый сумматор (полностью) и на второй сумматор (только те разряды, веса которых не ниже R ).

Код на выходе первого сумматора логические переменные. на выходе 62. на выходе 63; на выходе элемента ИЛИ 17.

F ôoðìèðóþòñÿ в первом

11:

F rv кс = 1 ПРИ N у = !у макс °

Р мнн 1 При Ny = Ny мнк где „,,N н„ вЂ” максимально и минимально допустимые коды управления для усилителя 1 (фиг. 1) .

55 Таким образом, согласно (3) первый сумматор !! при F „, =0 формирует, коды

7 l 571763 8

N 40 CN МИН 1 умакс (8) (с учетом ограничений ( (14) Г,т, = О, 04М%9 (либо (,.где r (15) . 1с со

L о

L-L о при (16) =11 ... 11.

+"Л+(1-о ) илп ° к

N =N — + N — + Ь.

Ry RA r Ar (12) 55 в зависимости от переменных на выходах 62 и 63 с учетом ограничений

Третий сумматор 13 формирует код

N N „ + NA+(L-L ) — .F (9) Ry r

Хъ Е1R 4 o R ИПИ

1О

«iN, - + N 10

R и к Ю; R Я мс кс ф, разрешающая способность преобразователя. 3 код йа шине 21; результат вычитания сумматором 12;

Множитель rtRA означает, что в 25 кодах Ь и ?-о в (5) используются разряды, имеющие вес R> и .вьппе.

Разрешающие способности Ку, RA r могут быть выбраны.удовлетворяющйми двоичному ряду, поэтому умножение (Ry r ( (на соответствующие множители —, RÄ 4 (:может быть осуществлено просто пода чей кодов на соответствующие разряды третьего сумматора.

С учетом (6) выходной код третьего

35 сумматора (без учета ограничений (4) и (6) N =(Ny+(F>- F Fy F ) Рилй 3 + 40

Результаты преобразования входного напряжения усилителем 1, преобра4 зователями 6 и 3 учитываются в выходном коде. четвертого сумматора 14 (коэффициенты, передачи преобразовате50 ля 7 и блока 4.без потери общности можно считать равными единице) Во втором регистре 9 может быть записан код Nco=Nc(L ), соответствующий выбранному уровню.

Выходной код пятого сумматора (после записи в третий регистр 10 он же является и выходным кодом устройства) и = 1c "оо (13) (где N. — значение кода N, соответствующее заданному входному уровню и например ир =0,775 В) при логическом нуле на шине 23:

В первом случае — (13) — результат логарифмировайия дается относительно фиксированного уг,":,:я, а во втором случае - (15) — относительно любого выбираемого произвольного уровня (например, вершины АЧХ фильтра).

Итак, усилитель 1 и преобразователь 6 охвачен обратной связью через блок 4, преобразователи 7 и 3, сумматоры 11 и 13, регистр 8 либо через блок 4, преобразователи 7 и 3, сумматоры 12 и 13, блок 16 и регистр

8 в зависимости от режима работы.

1. Режим преобразования при больших входных уровнях входного сигнала характерен значением F =О.

В этом режиме согласно (5) тре4 тий сумматор 13 не изменяет выходной код первого сумматора 11, а первый сумматор 11 согласно (4) воздействует на старшие разряды регистра 8, т.е. на код N>, по командам F»F>, а коэффициент передачи ЦАП 6 не меняется.

Таким образом, в совокупности усилитель 1, преобразователи 6,7 и 3, блок 4, сумматор 11 и регистр 8 об-! разуют следящий логарифмический аналого-цифровой преобразователь, имеющий по отношению к аналоговому сигналу на шине 24 разрешающую способность R, а результат грубого логарифмического входного сигнала отражается величиной кода N

Устойчивость системы обеспечивается тем, что запись нового кода в регистр 8 (фиг.1) осуществляется в дис9 t5 кретные моменты времени (диаграмма

67 на фиг.5), и кроме того тем, что шаг квантования К усилителя t (фиг.1) и динамический диапазон D (5) преобразователя удовлетворяет соотношению (17) D 2R„, так что при очередном изложении кода

5у на единицу (и соответствующем ему изменении К ) новое значение входноМ го напряжения преобразователя 3 будет таково, что

1) g

2 (18) и.в последующем периоде преобразования гарантированно выполняется

F„= 0; (19) Р =О.

В стационарном состоянии выполняется (19), следовательно, входное напряжение преобразователя 3 таково, что (20) и преобразуется им в код L с разрешающей способностью r.

Запись результата логарифмирования в третий регистр осуществляется последовательностью на диаграмме 71 (фиг. 5) °

2. Режим "Установка нуля" является установочным режимом (при относительных измерениях). При этом производится принудительная установка коэффици-. ентов передачи усилителя 1 и ЦАП 6 с таким расчетом, чтобы по окончании установки нуля (при неизменном вход— ном уровне устройства) входное напряжение преобразователя 3 соответствовало его коду L=L<, и запись соответствующего этому уровню кода И д во второй регистр 9, благодаря чему после установки нуля диапазон затухания входных уровней, в пределах которого можно измерить их с малой погрешностью и хорошей разрешающей способностью, определяемыми только параметрами преобразователя 3, составит от

1. ц„-Ь до L„ „c-Lo протяженностью мин

D Это имеет особо важное значение, 71763 10 канчиваются переходные процессы в блоках усилителя 1 и преобразователях би7.

Вторая фаза Т -Т, . С момента Т

30 до Т в блоке 4 запоминается новое значение выходного напряжения преобразователя 7 ° С момента Т7 до Т преобразователь 3 преобразовывает новое значение его входного напряжения и в момент Т выдает новое значение кода

3S (21) L L

В момент Т9 на четвертом выходе блоке 19 управления появляется одиночный импульс (диаграмма 70 на фиг.5), по переднему фронту которого производится запись кода И во второй регистр 9, если при этом F „ =1, выход45 ной код устройства, записываемый в ! третий регистр 10 в момент Т (диаграмма 71 на фиг.5) согласно (15), равен нулю. При последующих изменениях входного уровня отсчеты происходят относительно уровня, зафиксиро50 ванного при установке нуля, а при

Р „ =0 — относительно фиксированного уровня, однако значение кода М „ при этом сохраняется.

3. Режим измерений при малых уров- нях (больших затуханиях). например, при измерении ЛЧХ фильтров, когда неравномерность в полосе пропускания и границы полос пропускания

5 по уровню 3 или 6 дБ необходимо измерить с малой погрешностью и высокой разрешающей способностью (без переключения усилителя I).

Установка нуля осуществляется за две фазы.

Первая фаза — Т„ -Т (фиг.5). После прихода на вход 20 импульса "Установка нуля" (диаграмма 68 на фиг.5) длительностью Т -Т,, положение фронтов которого на временной оси может быть произвольным, на шестом выходе блока

t9 управления формируется импульс (диаграмма 69.на фиг.5), фронты которого жестко связаны с импульсами по20 следовательности, представленной на диаграмме 65, так что на выходе элемента ИЛИ 17 с момента Т по T . Г „„=1.

В момент Т соответствующим импульсом последовательности диаграммы

25 67 (фиг.5) производится запись новых значений И„ и N< в регистр 8 согласно (11), а до момента Т (фиг.5) за1763

12

При N ) й„б включается первый каскад 30„, а сумматор 32 уменьшает входной код дешифратора íà N>, . (22) 5 е У 30 (25) Наличие мультиплексоров, отключающих первый каскад усиления, позволяет

1п расширить динамический диапазон усилителя в сторону больших напряжений, наличие усилителя 36 — в сторону малых напряжений (чему также способствует наличие фильтров 29), а работа большей части каскадов с унитарным кодом позволяет уменьшить погрешность переключения усиления до величины порядка 0,02 дБ, ЦАП 6 (фиг,3) работает следующим образом.

Соответствующие разряды кода управления N> поступают на входы 46.

Входное напряжение подается на-. вход 44. !

Затухание от входа 44 до выхода

45 равно (26) где А.

35 ш

i (24) N(

Входе компаратора 31), на выходе комПаратора присутствует логический нуль, первый каскад 30 усиления выКлючен, аналоговый сйгнал проходит через мультиплексоры 35 непосредственно на вход второго каскада 30 „

I усиления, минуя малошумящий усилитель 45

36, имеющий небольшой динамический ,циапазон. Код N> проходит на выход сумматора 32 и без изменения подается на вход дешифратора 33, который преобразует, например, двоичный код МУ

В унитарный код. Таким образом, при увеличении кода NУ от 0 до N c последовательно включак тся каскады усилеНия 30,, 30, .... Это обеспечивает и ую погрешность пере ючения Одной 55

Ступени усиления, что также достига- ется и применением в указанных каскадах интегральных ЦАП, включенных по схеме с усилением.

Ь1

N,.

N.

11

157

В этом режиме на вход 22 подается логическая единица, поэтому

Устройство превращается в широко. диапазонное устройство дискретной автоматической регулировки уровня (по отношению к напряжению иа шине 24) с разрешающей способностью К„„.

При этом на шину 21 должен быть йодан код

L = - 201g — — — — - — "- (23) и ь макс+и 3 м н г 2 и б

У

1 соответствуюп лй середине (в линейном масштабе) динамического диапазона преобразователя 3.

Достоинством такого режима является то, что среднее значение напря жения на входе аналого-цифрового пре образователя поддерживается в середине его динамического диапазона, а размах шумовой составляющей может ,достигать величины D при этом дополЬ нительная погрешность, .которая могла бы быть из-за кратковременных выходов и за пределы и. не возЬмин L маке. нйкает.

Усилитель 1 (фиг.2) работает слеующим Образом. Прео6разуемое напряение поступает на вход 26, а код управления N> — на вход 28. Пока

А =,7 А. = — 201g

1= 1

N„° +X1;N; + X-(1-1,)N ..

Ч 1 1j; i ij

N б

1 1 о =1 1 н +N . + 7 N .. + X N i (27) б н1 затухание j-го каскада 4 1; количество каскадов 41; номер входа 46 (i=1 соответствует младший разряд); вес входов цифрового сигнала j=20 каскада 41, соединенных с (2 „„) -й шиной, управле. ния; вес входов цифрового сигнала каскада 41, соединенных с (2 „, )-й шиной управления; бит, соответствующий i-му входу 46;; вес входов цифрового сигнала j-ro каскада, соединенных с i-й шиной управления; вес входов цифрового сигнала j-ro каскада, соединенных с (п+1)-й шиной управления;

2 -1 = суммарный вес входов цифрового сигнала каскада

41, Ь вЂ” его разрядность.

Н. = 20 N" /N

1 ij Hj (37) Н, - R„ L

Тогда из (35) (38) Х1. 1. °

1Р; i i (39) Нн;+ 2 1-;Н ц

А =-201g — — — — ---, 1 о (29) (41) {31) А о

)о 1Р где (32) Na

А ° . = -2 01 g --- — -

I0 N0

A>= A0,+ RANa (42) 35 (33) В предположении (34) .;ЕН,, CC NH н линеаризуем (33):

50 (43) А = r.Ь

А. =D ° -Х1Н

j 1 (35) где (36) 13

На примере одного из многочисленных частных случаев покажем линейную зависимость затухания (26) от кода управления N>. Ь

И„,- 1,.Ь;, (28)

i=-1 где L — весовые коэффициенты кода

М

Для этого потребуем, чтобы всЕ

N; =0 (отсутствуют соединения входов щп рового сигнала каскада 4 1 с выходами инверторов) и небыло соединений укаэанных входов разных каскадов 41 с одной и той же шиной управления, роме (2 „„) a a (2 )

В этих предположениях имеем нз (26) и (27) соответственно для.j-ro каскада

+ Н, + X N ° (30)

0 Н3 i) 13

После умножения числителя и знаменателя дроби в (29) на М н +2И .. с учетом (30) исходное (нерегулируемое) затухание

j-ro каскада;

N . + 1,N,1

Ъ 1) А. = -201g

iP о Ь

Ь затухание каскада, зависящее от бита

1 т н1

 = -201g — — — — -—

J и н + .ЕН i1

57l763 14 диапазон j-ro каскада, величина перепада затухания j-го ЦАП при изменении i-ro бита 1

ВыбереМ и

АЗР В j КA М)РВ где парциальный код, поступающий на j-й каскад.

Возвращаясь к (31), имеем для

j -го каскада

А =А - +В. -R N.,(40)

)о j я ip

Суммируя по j, получаем для ЦАП б

Aa =A a+D A-R д .N A

В другом частном случае 2N =0

IJ аналогично

Узкодиапазонный логарифмический преобразователь аналог — код (фиг.4) работает следующим образом. РПП 51 . тактируется с входа 59 тактовой

40 частотой (диаграмма 65.на фиг.5) и работает в режиме. непрерывного преобразования. РПП последовательно подает единицы на аттенюатор 54, а результат сравнения его выходного на45 пряжения с входным напряжением к входу 58 последовательно записывается в РПП.

Затухание аттенюатора 54 аналогично (42): (в (43) опущено для простоты фикси- . рованное затухание Ао, поскольку оно

55:может быть учтено соответствующим выбором опорного напряжения источни ка 53).

В конце преобразования выходное напряжение аттенюатора 54!

7 15

Импульсы с остальных выходов распределителя 102 соответственно посту пают на первый выход 93 блока 19, .на первый вход элемента И 105, на третий вход элемента И 106, на третий выход 89 блока !9, íà R-вход четвертого триггера 99 и С-вход пятого триггера 100.

При поступлении положительного перепада на первый вход 85 блока 19 второй триггер 97 переходит в "1" в момент Т (диаграмма 76), а, третий триггер 98 переходит в "1" в момент

Т (диаграмма 77 на фиг.5).

По положительному перепаду с прямого выхода третьего триггера 98 переходит в "1" также и триггер 99 (момент Т> диаграмма 69 на фиг.5), сигнал с прямого выхода которого поступает на шестой выход 94. Третий триггер 98 разрешает работу второму распределителю 103 импульсов.

В момент Т (диаграмма 78 на фиг.5) на выходе распределителя 103 появляется потенциал логической единицы, который разрешает прохождение импульса на четвертый выход 90. Импульсом с выхода 90 (момент Т, диаграмма 70 на фиг.5) обнуляется второй 97 и третий 98 триггеры, и распределитель 103 приходит в исходное состояние.

Пятый триггер 100 (фиг.б) формирует команду (диаграмма 80 на фиг.5) логического нуля, запрещающую по первому входу второго злемента И 106 ((фиг.б) прохождение импульсов с выхода распределителя 102. на пятый выход

91 для предотвращения записи в третий регистр 10 (фиг.1) кодов, соответствующих переходным процессам после появления команд F =1 йли Р =! (диаграмма 79 на фиг.5) и при последующем переключении усилителя, так что импульс записи в третий регистр

10 (фиг.i) в момент T на диаграмме

81 (фиг.5) отсутствует.

Усилитель 1 может быть реализован с применением, например, ЦАП К572ПА1А и.операционных усилителей КР544УД2А в каскадах усиления, начиная с второго и малошумящего операционного усилителя типа К1407УД! (предусматривается регулировка его коэффициента усиления в небольших пределах), при этом погрешность переключения одной ступени усилителя при ее величине

10,24 дБ составляет 0,02-0,03 дБ, а!

7t763. грешностью переключения только одного

50 каскада усилителя (исключение составляет точка, где включается первый каскад усиления, в этой точке стыковка осуществляется регулировкой усиления первого каскада в узких преде55 лах с учетом конкретных значений усиления соответствующих каскадов).

Динамический диапазон расширен a области больших затуханий благодаря наличию фильтров, малошумящего

10 !

45 динамический диапазон - 130-140 дБ на рабочей частоте до 100 кГц.

Преобразователь 5 (фиг.!) может быть реализован е применением ЦАП

К572ПА1А и ОУКР544УД2А. При этом его погрешность преобразования кода в напряжение не превышает (при весе старшего разряда 5,12 дБ) 0,02 дБ на частотах до 100 кГц.

Аттенюатор 54 (фиг.4) в преобразователе 3 может быть реализован с применением ЦАП К572ПА2А н ОУК140УД17А.

В преобразователе 3 (фиг.4) могут быть применены РПП типа К564ИР13, а в качестве компаратора — например, операционный усилитель типа КМ551УД1.

При этом достижима погрешность преобразования 0,02 дБ в диапазоне

20,46 дБ и время преобразования, исчисляемое долями миллисекунды, разрешающая способность 0,01 дБ. Погрешность преобразования устройства уменьшена путем применения усилителя 1, преобразователей б и 3, каскадов усиления (затухания), содержащих интегральные ЦАП.

Малая погрешность преобразования и высокая разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя реализуется (при измерениях вершины АЧХ фильтра) путем сдвига динамического диапазона устройства за счет изменения затухания, т.е, "привязки" динамического диапазона устройства к заданному уровню введением режима "Установка нуля".

Улучшение разрешающей способности во всем динамическом диапазоне устройства достигается последовательным включением каскадов усиления усилителя с ростом затухания входного напряжения благодаря наличию в нем дешифратора двоичного кода в унитарный код, что обуславливает постепенное накопление погрешности каскадов усилителя, так что разрешающая способность устройства становится соизмеримой с по19 157 каскада усиления (каскада усиления с малым смещением),.в области малых затуханий отключением первого каска да усиления и применением интегральных ЦАП, погрешность преобразования в области больших затуханий уменьшена переводом работы .устройства в режим с автоматической дискретной регулировкой уровня и на входе устрой,ства благодаря чему шумовые выбросы входного напряжения и устройства ( расположены симметрично относительно ! динамического диапазона устройства.

Устройство позволяет .преобразо(,вывать переменные, разнополярные и !, однополярные постоянные напряжения,,может быть применено в качестве широ( кодиапазонного устройства дискрег>>ой ,автоматической регулировки уровня

;(съем аналогового сиги ла с выхода (! У 24) а также в сочетании с преобразователем частоты оно может быть ос,новой широкодиапазоннь>х (как по частотному, так и по динам>ческому диапазону) селективных микровольтметров,. анализаторов спектра, измерителей АЧХ и т.д.

Формула и з обретения

1. Устройство широкодиапазонного логарифмического аналого-цифрового преобразования, содержащее входной п-каскадный усилитель, информационный вход которого является гходной шиной, блок выборки и хранения, управляющий вход которого. соединен с первым выходом блока управления, узкодиапазонный логарифмический преобразователь аналог — код, элемент ИЛИ и аналоговый функциональный преобразователь, выход которого соединен с информационным входом блока выборки и хранения, о т л и ч а ю щ е е с я, тем,.что, с целью расширения области применения за счет увеличения динамического диапазона преобразуемых сигналов, уменьшения погрешности преобразования и увеличения разрешающей способности, в нем входной и-каскадный усилитель выполнен кодоуправляемым и введены функциональный умножающий цифроаналоговый преобразователь, первый, второй и третий регистры, первый-пятый сумматоры, блок элементов И и переключатель кодов, причем выход входного кодоуправляемого и-каскадного усилителя сое10

3S

55 торого является выходной аналоговой шиной и соединен с входом аналогового функционального преобразователя, выход которого подключен к информационному входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с информационным входом узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог — код, тактовыи вход которого подключен к второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены с входами записи соответственно первого, второго и третьего регистров, первый вход является шинои "Установка нуля", информационный вход первого регистра соединен с выходом третьего сумматора, выходы младших. разрядов соединены с соответствующими входами младших разрядов перзой группы входов третьего и четвертого сумматоров и с входом цифрового сигн-;.-.а функционального умножающего цифроаналогового преобразователя, а выходы старших разрядов первого регистра соединены непосредственно с соответствующими управляющими входами входного кодоуправляемого п-êàñêàäíoão усилителя и входами старших разрядов первой группы входов четвертого сумматора и через первый сумматор с соответствующими входами старших разрядов первой группы входов третьего сумматора, входы второй группы которого через блок элементов И соединены с соответствующими выходами второго сумматора, первые входы которого являются первой шиной управления, а вторые входы объединены с соответствующими входами второй группы четвертого сумматора и подключены к соответствующим информационным выходам узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог — код, первый и второй управляющие выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами первого сумматора и блока управления, четвертый .вход которого соединен с выходом конец преобразования узкодиапазонного логарифмического преобразователя аналог — код, шестой выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого является второй шиной управления, а выход подключен к второму входу блока эле1763 2О динен с входом аналогового сигнала функционального умножающего цифроаналогового преобразователя, вь>ход ко22

717áÇ

10

21

15 ментов И и четвертому входу первого сумматора, при этом выход четвертого сумматора соединен с соответствующим информационным входом второго регистра и первым входом пятого сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, а второй вход подключен к выходу переключателя,кодов, первый информационный вход которого является шиной задания фиксированного кода, второй информационный вход соединен с выходом второго регистра, а управляющий вход является шиной режима измерения, выход третьего регистра является выходной цифровой шиной.

2. Устройство по п.i, о т л и— ч:а ю щ е е с я тем, что узкодиапазонный логарифмический преобразовател аналог — код выполнен на аналоговом компараторе, регистре последовательного приближения, источнике опорного напряжения, дискретно управляемом аттенюаторе, буферном регистре и.первом и втором цифровых компараторах, выходы которых являются соответственно первым и вторым управляющими выходами преобразователя, информационным и тактовым входами которого являются соответственно первый вход аналогового компаратора и тактовый вход регистра последовательного приближения, вход управления вводов данных которого подключен к собственному выходу готовности данных, который является выходом "Конец преобразования" и соединен с входом записи буферного регистра, информационный вход которого объединен с управляющим входом дискретно управляемого аттенюатора и подключен к информационному выходу регистра последовательного приближения, выходы буферного регистра являются информационными выходами преобразователя и соединены с первыми входами первого и второго цифровых компараторов, выход аналогового компаратора подключен к информационному входу регистра последовательного приближения, а второй вход — к выходу дискретно управляемого аттенюатора, информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, вторые входы первого и второго цифровых компараторов соединены

20 ь

55 соответственно с первой и второй шинами задания фиксированных кодов.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на тактовом генераторе, первом — пятом триггерах, первом и втором распределителях импульсов, элементе задержки, первом и втором элементах И, элементе ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами блока, первым и четвертым входами которого являются соответственно

С-вхсды второго и первого триггеров, С-вход первого триггера объединен с

С-входом третьего триггера и первым входом второго распределителя импульсов, R-вход соединен с первым выходом первого распределителя импульсов, а инверсный выход — с первым входом первого распределителя импульсов, второй вход которого подключен через элемент задержки к выходу тактового генератора, который является вторым выходом блока, первым и третьим выходами которого являются второй и третий выходы первого распределителя импульсов, четвертый выход которого соединен с R-входом четвертого и

С-входом пятого триггеров, D-вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ, а инверсный выход соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом второго распределителя импульсов и подключен к инверсному выходу третьего триггера, D-вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, а R-вход объединен с R-входом второго триггера и подключен к выходу первого элемента И, который является четвертым выходом блока, пятым выходом которого является выход второго элемента И, третий вход которого соединен с пятым выходом первого распределителя импульсов, шестой выход которого соединен с первым входом первого элемента И; второй вход которого соединен с выходом второго распределителя импульсов, прямой выход третьего триггера соединен с

С-входом четвертого триггера, прямой выход которого. является шестым выходом блока, D-входы первого, второго и четвертого триггеров подключены к шине соответствующего потенциала.

1571763

4/

II

II

48л4r

48n z

1

48z sr

>8zn- z

1571763

1571763

Составитель В,Солодова

Техред М,Дидык Корректор Л.Патай

Редактор А.Огар

Заказ 1521

Тираж 667

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб,, д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101