4 Микроэлектронные преобразователи сигналов

4.1 Классификация преобразователей

По функциональному признаку интегральные преобразователи подразделяются на следующие виды: частоты (ПС), фазы (ПФ), длительности (ПД), напряжения (ПН), мощности (ПМ), уровня (ПУ), код-аналог (ПА), аналог-код (ПВ), код-код (ПР) и прочие (ПП). Отдельный вид преобразователей, обозначаемых буквами ЕМ, входит в состав ИМС вторичных источников питания. Функции преобразования формы сигналов выполняют ИМС выпрямителей (ЕВ), амплитудных детекторов (ДА). К вторичным источникам питания относятся также ИМС стабилизаторов напряжения (ЕН) и тока (ЕТ).

Перспективными узлами для аппаратуры связи и радиовещания являются ИМС аналоговых перемножителей сигналов. На их основе выполняются смесители частот, умножители и делители частот, детекторы и модуляторы сигналов, устройства АРУ, экспандеры и компрессоры динамического диапазона уровней. Промышленностью выпускаются двойные балансные смесители К174ПС1 и К174ПС2. Генеративное деление аналогового деления частоты позволяет производить ИМС серии 175ПК1, деление частоты с программируемым коэффициентом деления – ИМС типа КР1005ХК3.

Функция преобразования частоты в радиоприемных устройствах реализуется некоторыми многофункциональными аналоговыми ИМС, например, ИМС типа К174ХА2.

С целью сокращения технологически неудобных элементов катушек индуктивности в радиоприемных устройствах применяют узлы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму разработаны специализированные ОУ с дифференциальным входом, имеющие одиночный и парафазный- цифровой выход. Эти ИМС называются компараторами и обозначаются (СА). Синтез цифровой аппаратуры связи, блоков сопряжения с ЭВМ аналоговых источников и потребителей информации осуществляется с помощью многоразрядных ИМС ЦАП и АЦП. Для цифровых систем связи разработана ИМС речевого кодека АДИКМ-32 Кбит/с типа КН1806. В аппаратуре цифровых систем передачи городских и сельских телефонных сетей целесообразно использовать ИМС типа И174-Б-004, выполняющую функцию универсального кодека АДИКМ-32/16Кбит/с, являющегося транскодером сигналов ИКМ-64 Кбит/с.

4.2 Аналоговые перемножители сигналов

Аналоговыми перемножителями называются устройства, входное напряжение которых (U_Z) пропорционально произведению входных (U_Х, U_У). Перемножитель, обеспечивающий произведение с правильным алгебраическим знаком, называется четырехквадрантным. Известны разнообразные одно- и двухквадратные перемножители на основе элементов с управляемым сопротивлением, переменной крутизной, использованием логарифматоров и антилогарифматоров. Широкий динамический диапазон перемножаемых напряжений при малой погрешности обеспечивают логарифмические преобразователи. Структурная схема логарифмического преобразователя выполнена в соответствии с рисунком 4.1

Рисунок 4.1 – Структурная схема логарифмического преобразователя

Здесь ИМС DА1, DA2 производят логарифмирование входных напряжений, а ИМС DА3. Используется в качестве сумматора, на выходе которого напряжение равно

(4.1)

С помощью ИМС DA4 производят антилогарифмирование

(4.2)

Таким образом, выходное напряжение оказывается пропорциональным произведению входных напряжений. Коэффициенты пропорциональности К1, К2, К3 определяются резистивными элементами, включенными в цепи ООС, используемых ИМС.

Принцип логарифмирования и антилогарифмирования используется и в наиболее распространенном способе построения четырехквадрантных перемножителей – с нормировкой токов, которые обладают наилучшей совокупностью таких параметров, как линейность, широкополостность, температурная стабильность. Обычно они имеют дифференциальные входы, что расширяет их функциональные возможности. Интегральные перемножители с нормировкой токов выполняются по полупроводниковой технологии.

Основные функции применения перемножителей приведены в таблице 4.1. Здесь вариант а) показывает включение перемножителя при умножении постоянных напряжению любой полярности.

Вариант б) реализует возможности использования перемножителя в качестве удвоителя частоты. Вариант в) показывает, что при включении перемножителя в цепь ООС усилителя, реализуется делитель частоты на два или извлекатель квадратного корня.

Таблица 4.1 – Основные применения перемножителей

	Функция	Схема включения	Расчетная формула
1	2	3	4
а)	Перемножитель напряжения
б)	Удвоитель частоты
в)	Делитель частоты
г)	Делитель напряжения
д)	Балансный модулятор
е)	Амплитудный модулятор
ж)	Балансный демодулятор

Вариант г) реализует аналоговый делитель напряжения в виде отношения напряжения двух входных сигналов. Варианты д) и е) показывают возможности использования перемножителя в качестве балансного и амплитудного модуляторов. Для восстановления модулирующего сигнала U_ из модулированного выходного напряжения можно использовать демодулятор, представленный вариантом ж).