Аналоговий багатофункціональний перетворювач

Аналоговий багатофункціональний перетворювач, який містить блок логарифматорів, арифметичний блок і антилогарифматор, вихід якого є виходом перетворювача, група інформаційних входів якого об'єднана з відповідними інформаційними входами логарифматорів, виходи яких з'єднані з відповідними інформаційними входами арифметичного блока, причому антилогарифматор виконаний на конденсаторній комірці, яка містить два конденсатори і три ключі, аналоговим UREF-входом комірки є інформаційний вхід першого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом другого ключа і виходом комірки та через перший конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, тактовим С-входом комірки є керуючий вхід другого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом третього ключа і через другий конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, з якою об'єднаний вихід третього ключа, входами запуску V і скидання R комірки є відповідно керуючі входи першого та третього ключів, тактовий С-вхід і вихід комірки є відповідно інформаційним входом і виходом ан 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до автоматики та може бути використаний у засобах автоматики, обчислювальної та інформаційно-вимірювальної техніки. Відомий аналоговий багатофункціональний перетворювач, що містить блок логарифматорів, арифметичний блок і антилогарифматор, вихід якого є виходом перетворювача, група інформаційних входів якого об'єднана з відповідними інформаційними входами логарифматорів, виходи яких з'єднані з відповідними інформаційними входами арифметичного блоку, вихід якого з'єднаний з інформаційним входом антилогарифматора (А.Дж.Пейтон, В.Волш. Аналоговая електроника на операционных усилителях.- М.: БИНОМ, 1994, с.265,рис.10.5). Недоліком цього аналогового багатофункціонального перетворювача є труднощі забезпечення ідентичності логарифматорів, внаслідок чого їх кількість обмежена 2-3 логарифматорами, що призводить до звуження функціональних можливостей перетворювача. Крім цього, неідентичність логарифматорів суттєво погіршує точність перетворювача і навіть у найкращому випадку (при виконанні перетворювача у вигляді інтегральної схеми) похибка перетворення досягає 0,25%, оскільки сучасна технологія інтегральних, схем не дозволяє 1 виготовити активні елементи з допуском меншим 0,1 - 5%. Найближчим по технічній суті до запропонованого є аналоговий багатофункціональний перетворювач, який містить блок логарифматорів, арифметичнцй блок і антилогарифматор, вихід якого є виходом перетворювача, група інформаційних входів якого об'єднана з відповідними інформаційними входами логарифматорів, виходи яких з'єднані з відповідними інформаційними входами арифметичного блоку, причому антилогарифматор виконаний на конденсаторній комірці, яка містить два конденсатори j три ключі, аналоговим UREFвходом комірки є інформаційний вхід першого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом другого ключа і виходом комірки та через перший конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, тактовим С-входом комірки є керуючий вхід другого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом третього ключа і через другий конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, з якою об'єднаний вихід третього ключа, входами запуску V і скидання R комірки є відповідно керуючі входи першого та третього ключів, тактовий С-вхід і вихід комірки є відповідно інформаційним входом і виходом антилогарифматора, а блок логарифматорів виконаний на конденсаторній комірці, групі елементів збігу, групі інверторів і групі компараторів, перші входи яких є інформаційними входами логарифматорів і виходи яких через групу інверторів з'єднані з відповідними першими входами групи елементів збігу, виходи яких є виходами логарифматорів, другі входи компараторів об'єднані з виходом конденсаторної комірки, аналоговий UREF-вхід і R-вхід скидання якої об'єднані відповідно з виходом джерела опорної напруги і 89229 4 першим виходом формувача імпульсних послідовностей, тактовий вхід і вхід скидання якого об'єднані відповідно з виходом генератора тактових імпульсів і виходом першого одновібратора, вхід якого є входом запуску перетворювача (Мичуда З.Р., Дудикевич В.Б., Мичуда Л.З. Аналоговий багатофункціональний перетворювач. Патент 57054 Україна, 2003, Бюл. №6, оп. 16.06.2003). Недоліком цього перетворювача є недостатня точність через неідентичність конденсаторних комірок логарифматорів і антидогарифматора, В основу винаходу покладено завдання створити аналоговий багатофункціональний перетворювач, у якому введення нових зв'язків і виконання багатьох (N) логарифматорів і антилогарифматора на одній конденсаторній комірці забезпечує суттєве підвищення точності перетворювача. Поставлене завдання вирішується тим, що в аналоговім багатофункціональнім перетворювачі, який містить блок логарифматорів, арифметичний блок і антилогарифматор, вихід якого є виходом перетворювача, група інформаційних входів якого об'єднана з відповідними інформаційними входами логарифматорів, виходи яких з'єднані з відповідними інформаційними входами арифметичного блоку, причому антилогарифматор виконаний на конденсаторній комірці, яка містить два конденсатори і три ключі, аналоговим UREF-входом комірки є інформаційний вхід першого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом другого ключа і виходом комірки та через перший конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, тактовим С-входом комірки є керуючий вхід другого ключа, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом третього ключа і через другий конденсатор з'єднаний зі спільною шиною, з якою об'єднаний вихід третього ключа, входами запуску V і скидання R комірки є відповідно керуючі входи першого та третього ключів, тактовий С-вхід і вихід комірки є відповідно інформаційним входом і виходом антилогарифматора, а блок логарифматорів виконаний на конденсаторній комірці, групі елементів збігу, групі інверторів і групі компараторів, перші входи .яких є інформаційними входами логарифматорів і виходи яких через групу інверторів з'єднані з відповідними першими входами групи елементів збігу, виходи яких є виходами логарифматорів, другі входи компараторів об'єднані з виходом конденсаторної комірки, аналоговий UREF-вхід і R-вхід скидання якої об'єднані відповідно з виходом джерела опорної напруги і першим виходом формувача імпульсних послідовностей, тактовий вхід і вхід скидання якого об'єднані відповідно з виходом генератора тактових імпульсів і виходом першого одновібратора, вхід якого є входом запуску перетворювача, додатково введені другий одновібратор, два тригери, два двовходові елементи збігу, два двовходові елементи АБО та багатовходовий елемент збігу з кількістю входів рівною кількості логарифматорів, входи якого з'єднані відповідно з виходами групи компараторів і вихід якого з'єднаний з входом другого одновібратора, вихід якого об'єднаний з Rвходом першого тригера та S-входом другого три 5 гера і підключений до першого входу першого елемента АБО, вихід якого з'єднаний з входом запуску конденсаторної комірки і другий вхід якого об'єднаний з S-входом першого тригера та Rвходом другого тригера і підключений до виходу, першого одновібратора, виходи тригерів з'єднані v відповідно з першими входами першого і другого двовходових елементів збігу, другі входи яких з'єднані відповідно з другим виходом формувача імпульсних послідовностей і виходом арифметичного блоку і виходи яких з'єднані з відповідними входами другого елемента АБО, вихід якого з'єднаний з тактовим входом конденсаторної комірки, і другі входи групи елементів збігу об'єднані з виходом першого двовходового елемента збігу. За рахунок виконання багатьох (N) логарифматорів і антилогарифматора на одній конденсаторній комірці забезпечується взаємна компенсація їх похибок і суттєво, у 5 і більше разів, підвищується точність аналогового багатофункціонального перетворювача. На фігурі наведена функціональна схема запропонованого аналогового багатофункціонального перетворювача. Запропонований аналоговий багатофункціональний перетворювач містить блок, 1 логарифматорів, арифметичний блок 2 і антилогарифматор 3, вихід якого є виходом 4 перетворювача, група 5 інформаційних входів якого об'єднана з відповідними інформаційними входами логарифматорів, виходи яких з'єднані, з відповідними інформаційними входами арифметичного блоку 2, причому антилогарифматор 3 виконаний на конденсаторній комірці, яка містить два конденсатори 6 і 7 і три ключі 8, 9 і 10, аналоговим UREF-входом комірки є інформаційний вхід першого ключа 8, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом другого ключа 9 і виходом комірки та через перший конденсатор 6 з'єднаний зі спільною шиною, тактовим С-входом комірки є керуючий вхід другого ключа 9, вихід якого об'єднаний з інформаційним входом третього ключа 10 і через другий конденсатор 7 з'єднаний зі спільною шиною, з якою об'єднаний вихід третього ключа 10, входами запуску V і скидання R комірки є відповідно з керуючі входи першого 8 та третього 10 ключів, тактовий С-вхід і вихід комірки є відповідно інформаційним входом і виходом антилогарифматора 3, а блок 1 логарифматорів, виконаний на конденсаторній комірці, групі 12 елементів збігу, групі, 13 інверторів і групі 14 компараторів, перші входи яких є інформаційними входами логарифматорів і виходи яких через групу 13 інверторів з'єднані з відповідними першими входами групи 12 елементів збігу, виходи яких є виходами логарифматорів, другпвходи компараторів об'єднані з виходом комірки, аналоговий UREF-вхід і R-вхід скидання якої об'єднані відповідно з виходом джерела 15 опорної напруги і першим виходом формувача 16 імпульсних послідовностей, тактовий вхід і вхід скидання якого об'єднані відповідно з виходом генератора 17 тактових імпульсів і виходом першого одновібратора 18, вхід якого є входом 19 запуску перетворювача, додатково введені другий одновібратор 20, два тригери 21 і 22, два двовходові елементи 89229 6 АБО 23 і 24, два двовходові елементи збігу 25 і 26 та багатовходовий елемент збігу 27 з кількістю входів рівною кількості логарифматорів, входи якого з'єднані відповідно з виходами групи компараторів 14 і вихід якого з'єднаний з входом другого одновібратора 20, вихід якого об'єднаний з Rвходом першого тригера 21, S-входом другого тригера 22 і підключений до першого входу першого елемента АБО 23, вихід якого з'єднаний з Vвходом запуску конденсаторної комірки і другий вхід якого об'єднаний з S-входом першого тригера 21 і R-входом другого тригера 22 і підключений до виходу першого одновібратора 18, виходи тригерів 21 і 22 з'єднані відповідно з першими входами першого 25 і другого 26 двовходових елементів збігу, другі входи яких з'єднані відповідно з другим виходом формувача 16 імпульсних послідовностей і виходом арифметичного блоку 2 і виходи яких з'єднані відповідно з'єднані відповідно з входами другого елемента АБО 24, вихід якого з'єднаний з тактовим С-входом конденсаторної комірки, і другі входи групи 12 елементів збігу об'єднані з виходом першого двовходового елемента збігу 25. Робота запропонованого аналогового багатофункціонального перетворювача на одній конденсаторній комірці проходить у два етапи: на першому - відбувається логарифмування вхідних сигналів і виконання потрібних арифметичних дій над отриманими результатами логарифмування (число-імпульсними кодами); на другому - антилогарифмування. На першому етапі перетворення імпульсом, що подається на вхід 19 запуску перетворювача, запускається одновібратор 18. Вихідний імпульс одновібратора 18 скидає в нуль виходи формувача 16 імпульсних послідовностей і другого тригера 22, установлює на виході першого тригера 21 рівень логічної одиниці, яка дозволяє проходження через перший елемент збігу 25 імпульсів з другого виходу формувача 16 імпульсних послідовностей, і замикає ключ 8 конденсаторної комірки (для підвищення точності імпульсні послідовності Q1 і Q2 формувача 16 імпульсних послідовностей відокремлені паузами). За час дії імпульса одновібратора 18 конденсатор 6 конденсаторної комірки заряджається до рівня опорної напруги (Uo) джерела 15 і на виходах компараторів групи 14 установлюється рівень логічного нуля. Після закінчення імпульса одновібратора 18 з кожним імпульсом генератора 17 на виходах формувача 16 імпульсних послідовностей почергово (спершу на виході Q1, а потім на Q2) появляються імпульси. Імпульси Q1 замикають ключ 10 конденсаторної комірки, скидаючи заряд з конденсатора 7 на спільну шину, і на конденсаторі 7 установлюється рівний нулю рівень напруги. Імпульси Q2 проходять через перший елемент збігу 25 на другі входи групи 12 елементів збігу і на другий елемент АБО 24, замикаючи ключ 9 конденсаторної комірки, через який відбувається перерозподіл заряду між конденсаторами 6 і 7. З кожним імпульсом Q2 конденсатор 6 віддає частину свого заряду конденсатору 7 і рівень напруги на конденсаторі 6 знижується. 7 Після n-го імпульса Q2 напруга на конденсаторі 6 стане рівною n Un= Uo, а її приріст Un= n-1( -1)Uo. Якщо в процесі пониження напруги на конденсаторі 6 вона стане рівною чи меншою, наприклад, напруги (U1i) на і-тому інформаційному вході групи 5 інформаційних входів перетворювача (а отже і на першому вході і-го компаратора групи 14 компараторів), тоді спрацьовує і-й компаратор групи 14 і на його виході появляється рівень логічної одиниці, фіксуючи момент закінчення перетворення і-тим логарифматором. Якщо цей момент настав після n-го тактуючого імпульса, то Un=U1i і кількість (nі) імпульсів Q2, що поступили на вхід управління ключа 9, буде рівна 1 U ni 1n 1i , 1n Uo тобто логарифму відношення напруги U1i до Uo. Ця кількість імпульсів поступає через і-тий елемент збігу групи 12 навихід останнього, тобто на вихід і-го логарифматора, і - відповідно на і-тий вхід арифметичного блоку 2. Після закінчення перетворення і-тим логарифматрром логічна одиниця з виходу і-го компаратора інвертується і-тим інвертором групи 13 і підводиться до першого входу і-го елемента збігу групи 12, забороняючи подальше проходження імпульсів Q2 на вихід і-го логарифматора. Аналогічно відбувається перетворення і в інших логарифматорах, оскільки процес пониження напруги на конденсаторі 6 конденсаторної комірки продовжується доти, поки не спрацює останній з компараторів групи 14, тобто поки не закінчиться перетворення в останньому логарифматорі (цим логарифматором буде той, до першого входу компаратора якого буде підведено найменший вхідний сигнал). 89229 8 Арифметичний блок 2 здійснює потрібну обробку вихідних сигналів логарифматорів. Після закінчення перетворення останнім логарифматором всі виходи групи 14 компараторів перейдуть у стан логічної одиниці, внаслідок чого на виході третього елемента збігу 27 появиться логічна одиниця, яка запускає другий одновібратор 20. Вихідним імпульсом одновібратора 20 перший тригер 21 переводиться у стан логічного нуля, а другий тригер 22-у стан логічної одиниці, внаслідок чого аналоговий багатофункціональний перетворювач переходить на другий етап роботи, тобто аналоговиц багатофункціональний перетворювач переводиться в режим антилогарифмування. Окрім того, вихідний імпульс одновібратора 20 проходить через елемент АБО 23 і замикає ключ 8 конденсаторної комірки. За час дії імпульса одновібратора 20 конденсатор 6 конденсаторної комірки заряджається до рівня опорної напруги (Uo) джерела 15. У антилогарифматорі, виконаному на цій же конденсаторній комірці, процеси перерозподілу заряду між конденсаторами 6 і 7 протікатимуть так само як і на першому етапі. Тільки на тактовий Свхід конденсаторної комірки, який є інформаційним входом антилогарифматора, поступатимуть через другий елемент збігу 26 і другий елемент АБО 24 імпульси з виходу арифметичного блоку 2 (а не імпульсна послідовність Q2). Напруга на виході антилогарифматора, тобто напруга на виході 4 аналогового багатофункціонального перетворювача, змінюватиметься за таким же законом як і напруга на виході конденсаторної комірки під час логарифмування і після останнього (z-ro) імпульсу з виходу арифметичного блоку, що поступить на інформаційний вхід антилогарифматора, напруга на виході 4 аналогового багатофункціонального перетворювача стане рівною z Uz= Uo, тобто - антилогарифму результату z, одержаного в арифметичному блоці 2. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 89229 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601