一種直接對數模數轉換電路的製作方法

2023-05-30 00:08:06

專利名稱：一種直接對數模數轉換電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種以分貝為單位的，特別是聲學測量儀器中的模數轉換電路。
在數字式聲學測量儀器中，要經過對數運算和模數轉換兩個過程。現有技術中有兩種處理方法，一種是先用對數運算電路將信號壓縮，然後再進行模數轉換，以得到較大動態範圍。但因對數運算由PN結的伏安特性產生，溫度穩定性較差，調試也麻煩。另一種直接對檢波輸出進行模數轉換，再用微處理機完成對數運算，這種方法溫度穩定性好，調試簡單，但要同時在速度、分辯率、動態範圍、功耗等指標上達到一定水平，對A/D晶片要求極高，價格昂貴。
本發明給出了一種新的電路，將模數轉換和對數運算一步完成，使得在低成本、低功耗下，既達到了高分辯和大動態範圍，又滿足了一般聲學測量所需的速度。
本發明的工作原理及處理方法是這樣的電容通過電阻放電時，其電壓與時間成指數規律變化，反過來，時間與電壓則成對數規律變化。將電容充電至被測電壓，然後通過電阻放電至參考電壓，測出放電的時間即可得到被測電壓的對數值。這樣，在完成模數轉換的同時也完成了對數運算。

圖1是原理框圖，其中VX為被測電壓，Vr為參考電壓，Vo為輸出脈衝電壓。圖中K1、K2起換向開關的作用，平時K1合上，K2斷開，使電容C充電至Vx。轉換時，K1斷開，K2合上，此時Vc＞Vr，高精度比較器A輸出一脈衝，當放電至Vc＜Vr時，脈衝結束，由脈寬測量電路B測出脈衝寬度即可完成對數模數轉換，用微處理機配合軟體來測量脈衝寬度，並作適當計算，很容易得到輸入電壓的分貝值。
圖2是一個實現方案。其中K1、K2完成換向作用，K3用作反向器。模擬開關工作電壓選得較高，與運放相同，是為了降低導通電阻，在精度要求不高時，也可接+5V。A1為低漂移，低輸入偏流運放，將RC上的電壓放大幾十至幾百倍後送比較器A2，這樣構成了極高精度，低漂移的比較器。A2也可用低功耗運放代替。發光二極體用來限幅，防止A1進入飽和區。三極體T用作電平轉換。從電路圖不難分析出，在P1端加-TTL高電平，P2端便會輸出一個負脈衝，測出脈衝寬度，即可完成對數模數轉換，分辯率可做到0.1分貝脈寬由微處理機結合軟體來測量最為方便，只需佔用兩根I/O線。該方案特別適用於以電池供電的帶微處理機的智能聲學測量儀器中，也可用於臺式儀器，當電源電壓足夠高時，動態範圍可超過60db。該電路也可省去A1，但在用相同型號的A2時，精度要低些。這種模數轉換輸入端可加一級低漂移直流放大器，以便在較低電源電壓下得到儘可能大的動態範圍。電容C可取幾十至幾百nF，實際取100nF為好。兩圖中的K1、K2也可以現成的模擬換向開關取代。
使用本發明做成的聲學測量儀器或其它以分貝為單位的儀器具有如下優點1、溫度穩定性好;2、動態範圍大(50～60db);3、功耗低;4、成本低;5、轉換速度較高(小於8ms)。
權利要求
1.含有對數運算和模數轉換的電路，其特徵在於對數運算和模數轉換是利用一個測量電容從被測電壓通過電阻放電至參考電壓的放電時間的電路(稱之為直接對數模轉換電路)一次完成的。
2.根據權利要求1所述電路，其特徵是直接對數模數轉換電路由電子開關、電容、電阻、高精度比較器、脈衝寬度測量電路組成。
3.根據權利要求2所述電路，其特徵是高精度比較器由一低輸入偏流、低漂移運放與一比較器組成。
4.根據權利要求3所述電路，其特徵是電容C取值為幾十至幾百nF之間。
5.根據權利要求2、3、4所述電路，其特徵是脈寬測量和電子開關控制均由微處理機的I/O線配合軟體來完成。
全文摘要
用於以分貝為單位的特別是聲學測量儀器中的模數轉換電路。本發明給出了一種功耗低、速度較高(小於8ms)的能將對數運算和模數轉換一步完成的電路，方法是將電容充電至被測電壓，然後測出放電至參考電壓所需的時間。動態範圍容易做到60分貝。
文檔編號G01R29/26GK1048595SQ8910574
公開日1991年1月16日 申請日期1989年7月3日 優先權日1989年7月3日
發明者黃嗚 申請人:黃嗚