Цифроаналоговый преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть исиспольэовано для создания точных и быстродействующих цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей Цель - повьшение точности при сохранении быстродействия. Цифроаналого-. вый преобразователь содержит источник 1 опорного тока, генератор 2 ортогональных сигналов, импульсные токовые ключи 3, фильтры 4 нижних частот , токовые ключи 5 старших разрядов , кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выходную шину 7. Повышение точности при сохранении быстродействия достигается за счет прецизионного формирования взвешенных эталонных токов с использованием ШИМ-сигналов с последующей их коммутацией быстрыми токовыми ключами 5. 2 з.п.ф-лы, 4 ип. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l% (И) а)4НОЗМ1 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 3939366/24-24 (22) 05. 06.85 (46) 23.05.88.Бюл. У 19. (72) А.А. Брагин, В. С. Орлов,Л.А.Писко и А.И.Страшкевнч (53) 68! 325 (OSS,8) (56) Балакай В.Г. и др. Интегральные схемы АЦП и ЦАП. — М.: Энергия, !

978, с.39-42.

Бахтиаров Г.Д. и др. Аналого-цифровые преобразователи. — М.: Советское радио, 1980, с.61, рис.3.!За. (54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть ис-использовано для создания точных и быстродействующих цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей

Цель — повышение точности при сохранении быстродействия. Цифроаналого". вый преобразователь содержит источ- ник 1 опорного тока, генератор 2 ортогональных сигналов, импульсные токовые ключи 3, фильтры 4 нижних частот, токовые ключи 5 старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выходную шину 7. Повышение точности при сохранении быстродействия достигается за счет прецизионного формирования взвешенных эталонных токов с использованием

ШИИ-сигналов с последующей нх коммутацией быстрыми токовыми ключами

5. 2 з.п.ф-лы,. 4 ил.

1398099

Изобретение относится к электроИзмерительной технике и может быть

Использовано для создания точных и быстродействующих цифроаналоговых аналого-цифровых преобразователей.

ЦелЬ изобретения — повышение точности преобразования при сохранении быстродействия.

На, фиг.l приведена функциональная схема цифроаналогового преобразователя; на фиг,2 — временные диаграммы цикла работы генератора ортогональных сигналов; на фиг.3 — схема импульсного токового ключа1 на фиг.4схема фильтра нижних частот.

Цифроаналоговый преобразователь содержит источник 1 опорного тока, генератор 2 ортогональных сигналов, (ш+1) импульсных токовых ключей 3, 2р

1де m — число старших разрядов преобразуемого кода, (m+1)фильтров 4 нижних частот, m токовых ключей 5 старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выпол- 25

Ненный (и-m) ðàçðÿäíûì, где n — число разрядов преобразуемого кода и выходную шину 7.

На т+1 выходах генератора 2 ортогональных сигналов вырабатываются 30

Импульсы f с периодом Т и скважностью Q, (i = 1,2,...,m),взвешенНой по любому закону, например двоичному (фиг.2). На m+1 выходе генератора 2 ортогональных сигналов вырабатывается периодический импульсный

1 сигнал со скважностью Q, равной

in+ 4 скважности (}

Импульсный токовый ключ 3 содер1кит диод 8, первый 9 и второй 10 кон- 40 денсаторы, первый 11 и второй 12 резисторы, биполярный 13 и полевой 14 транзисторы.

Фильтр 4 нижних частот выполнен токовым и содержит первый 15 и второй 16 операционные усилители, интегрирующий конденсатор 17, RC-фильтр

l8, токозадающий резистор 19 и нолевой транзистор 20.

Цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы генератора 2 ортьгональных сигналов,, поступая последовательно во времени на управляющие

Bx0pbt импульсных токовых ключей 3, приводят к последовательному подклю. чению источника 1 опорного тока к входам фильтров 4 нижних частот, на входах которых появляются периодические импульсы тока, постоянная состав- ляющая которых I, определяется выражением

ql I (1) где I - ток опорного источника 1 тока;

Q. — скважность импульсных сигналов °

На выходах ш фильтров 4 нижних частот формируются ш весовых токов старших разрядов I I,...,I íýâåшенных например, .по двоичному закону, а на выходе (m+1)-го фильтра 4 нижних частот формируется ток, равный по величине току I

С выхода (m+1)-го фильтра 4 нижних частот ток поступает на вход кодоуправляемого делителя 6 тока. Использование выходного тока (m+1)-го фильтра нижних частот в качестве опорного тока для цифроаналогового преобразования младших разрядов кода позволяет избавиться от проблем согласования характеристики преобразования старших и младших разрядов, обычно возникающей при комбинированном построении многоразрядных цифроаналоговых преобразователей.

Выходной сигнал, пропорциональный входному коду, формируется путем

1 сложения на суммирующей шине 7 весовых токов I I,.. °,I старших разрядов и выходного тока кодоуправляемого резистивного делителя 6 тока в комбинации, определяемой входным кодом N .Число старших разрядов определяется требуемой погрешностью цифроаналогового преобразователя °

Использование в качестве импульсных токовых ключей импульсных диодов

8, переключаемых через конденсатор

9 выходными сигналами генератора 2, обеспечивает высокую точность соотношения длительностей импульсов токов, поступающих на входы фильтров

4 нижних частот.

Допустим, что во время, предшествующее моменту с (фиг.2), ток опорного источника I тока протекает через диод 8 и транзисторы 13 и 14 первого импульсного токового ключа 3, В момент времени с, на управляющий вход первого импульсного токового ключа 3 поступает запирающий сигнал, а на управляющий вход второго импульсного токового ключа 3 — отпи8099

30

1.Цифроаналоговый преобразователь, содержащий источник опорного тока, первый выход которого подключен к шине нулевого потенциала, кодоуправляемый резистивный делитель тока, управляющие входы которого являются соответствующими входными шинами

1 и-m младших разрядов преобразуемого

40 кода, где n — число разрядов преобразуемого кода, выход объединен с выходами m токовых ключей старших разрядов и является выходной шиной, управляющие входы m токовых ключей старших разрядов являются соответ ствующими входными шинами m старших разрядов преобразуемого кода, о т— .л и ч а ю шийся тем, что, с ! целью повышения точности при сохра,О. нении быстродействия, введены генератор ортогональных сигналов,ш+1 фильтров нижних частот, m+1 импульсных токовых ключей, информационные входы которых объединены и подключены к второму выходу источника опорного то ка, управляющие входы подключены к. соответствующим выходам генератора ортогональных сигналов, выходы подз 139 рающий сигнал. В результате диод 8 первого импульсного токового ключа Э закрывается, а диод 8 второго импульсного токового ключа 3 открывается.

При этом ток,опорного источника 1 тока переключается из первого испульсного токового ключа во второй.

В течение некоторого времени после момента t транзистор 13 второго импульсного токового ключа 3 остается в закрытом состоянии, поскольку напряжение на его переходе базаэмиттер близко к нулю и определяется напряжением на конденсаторе 9, емкость которого намного больше емкости конденсатора 10. По мере заряда конденсатора 9 током источника 1 опорного тока напряжение на нем возрастает и достигает значения, при котором транзистор 13 второго импульс ного токового ключа 3 второго канала открывается. При- этом начинает формироваться передний фронт импульса тока на входе соответствующего фильтра 4 нижних частот.

По окончании отпирающего сигнала, действующего на управляющем входе второго импульсного токового ключа 3, ток источника 1 опорного тока переключается в третий импульсный токовый ключ. При этом транзистор 13 второго импульсного токового ключа 3 еще некоторое время остается в открыI том состоянии под действием напряжения на конденсаторе 9. В результате конденсатор 9 второго импульсного токового ключа 3 разряжается через транзистор 13 того же ключа. Процесс разряда конденсатора 9 определяет задний фронт импульса тока на входе соответствующего фильтра 4 нижних частот, Очевидно, что конденсаторы 10, обеспечивая форсированный процесс переключения источника 1 опорного то" ка не изменяют величины зарядов, поступающих на входы фильтров 4 нижних частот. В результате точность задания соотношений зарядов, поступающих на входы фильтров 4 нижних частот, определяется точностью формирования соотношения временных интервалов выходных сигналов генератора 2, а так-, же частотными свойствами импульсных диодов 8 и не зависит от частотных свойств биполярных транзисторов 13.

Конденсаторы 10 обеспечивают квазипостоянный режим работы транзисторов 14. Такой режим работы полевых транзисторов 14 позволяет компенсировать с помощью резисторов 12 разброс напряжений затвор-исток транзисторов 14 и обеспечить постоянное напряжение на анодах диодов 8 в процессе переключения тока источника 1 опорного тока.

Особенность работы фильтра 4 нижних частот заключается в том, что значение напряжения, до которого заряжается конденсатор 17 и конденсаторы RC-фильтра 18,не зависит от величины сопротивления резисторов

RC-фильтра, а равно произведению постоянной составляющей импульсов тока на значение сопротивления резистора

19. Таким образом, путем выбора величины сопротивления резистора 19 можно минимизировать напряжение на конденсаторах в пределах, обеспечивающих незначительные токи утечки, и тем самым повысить точность выделения постоянной составляющей. Минимальное значение сопротивления резистора 19 ограничивается требуемой областью линейной работы операционного усилителя 1б. формула и э о б р е т е н и я ключены к входам соответствующих (m+1) фильтров нижних частот, выходы m иэ которых подключены к информационным входам соответствующих токовых ключей старших разрядов, выход (ш+1)-го фильтра нижних частот подключен к информационному входу кодоуйравляемого резистивного делителя тока.

2. Преобразователь по и.1, о Ф— л и ч а ю щ и и с .я тем, что каждый импульсный токовый ключ выполнен на первом и втором конденсаторах, первом и втором резисторах, биполярном транзисторе, полевом транзисторе, диоде, анод которого является информационным входом, катод подключен к первой обкладке первого конденсатора первому выводу первого резистора и к эмиттеру биполярного транзистора, база которого подключена к второму выводу первого резистора, первому выводу второго резистора и к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого объединена с второй обкладкой первого конденсатора, затвором полевого транзистора H

1 являетоя управляющим входом, исток

Полевого транзистора подключен к второму выводу второго резистора, сток объединен с коллектором биполярного транзистора и является выходом импульсного токового ключа.

3. Преобразователь по п.1, о т— .л и ч а ю шийся тем, что каж98099 6 дый фильтр нижних частот выполнен на первом и втором операционных усилителях, интегрирующем конденсаторе, токозадающем резисторе, полевом транзисторе, RC-фильтре, выполненном на

К резисторах и К конденсаторах, первые обкладки которых объединены между собой, с первым выводом токозадающего резистора, с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, инвертирующим входом первого операционного усилителя и являются входом фильтра нижних частот, неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, выход подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора и к первому выводу первого иэ К резисто2g ров, первые выводы К-1 резисторов, начиная с второго;подключены соот— ветственно к вторым выводам К-1 резисторов, начиная с первого, вторые выводы К резисторов подключены к вто25 рым обкладкам соответствующих К конденсаторов, второй вывод К-го резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к второму выводу токозадающего резистора и к истоку полевого транзистора, затвор которого подключен к выходу второго операционного усилителя, а сток является выходом фильтра нижних частот, 1398099

Фиг.У

Составитель В,Першиков

Техред А. Кравчук

Редактор П.Гереши

Корректор А.Тяско

Заказ 2608/57 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4(5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4