Цифроаналоговый преобразователь

 

Изобретение относится к области автоматики и преобразовательной техники и может быть использовано в преобразователях цифровой информации в аналоговую, а также дпя построения программируемых генераторов линейно изменяющегося напряжения. Цель изобретения - повышение линейности характеристики преобразования. Цифроаналоговый преобразователь содержит реBfoi I Ж гистр 1, преобразователь 2 кодов, ключ 3, переключатель 4, три декодирующих преобразователя 5-7, блок 8 суммирования и блок 9 сравнения,Блок 8 суммирования вьтолнен на двух сумматорах токов, двух преобразователях ток 7 напряжение, двух переключателях и преобразователе сопротивления. Блок 9 сравнения вьтолнен на двух источниках порогового напряжения, переключателе , компараторе и ключе.Подключение входа опорного напряжения первого декодирующего преобразователя 7 к входной шине опорного напряжения в сочетании с определеннь1м правилом выбора выходных сигналов декодирующих преобразователей 5, 6 в качестве начальных точек линейных сегментов характеристики преобразования позволило повысить ее линейность. Дополнительное повышение линейности характеристики достигнуто за счет ;. введения блока 9 сравнения и снижения асимметрии цепей суммирования в блоке 8 суммирования. 2 з.п. ф-лы. 2 ил. Ф (Л 4а сл СХ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 М 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4128396/24-24 (22) 25.09.86 (46) 15.01,89. Бюл. № 2 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро физического приборостроения с опытным производством

Института физики АН УССР (72) Л.Е.Корин (53) 681.325(088.8) (56) Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 1027811, кл. Н 03 M 1/66, 1981. (54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57). Изобретение относится к области автоматики и преобразовательной техники и может быть использовано в пре" образователях цифровой информации в аналоговую, а также для построения программируемых генераторов линейно изменяющегося напряжения. Цель изобретения — повышение линейности характеристики преобразования. Цифроаналоговый преобразователь содержит ревкпб

ЯО,» 1451864 д1 гистр 1, преобразователь 2 кодов, ключ 3, переключатель 4, три декодирующих преобразователя 5-7, блок 8 суммирования и блок 9 сравнения. Блок

8 суммирования выполнен на двух сумматорах токов, двух преобразователях ток — напряжение, двух переключателях и преобразователе сопротивления, Блок 9 сравнения выполнен на двух источниках порогового напряжения, переключателе, компараторе и ключе.Подключение входа опорного напряжения первого декодирующего преобразователя

7 к входной шине опорного напряжения в сочетании с определенным правилом выбора выходных сигналов декодирующих преобразователей 5, 6 в качестве начальных тоЧек линейных сегментов характеристики преобразования позволило повысить ее линейность.

Дополнительное повышение линейности характеристики достигнуто за счет введения блока 9 сравнения и снижения асимметрии цепей суммирования в блоке 8 суммирования. 2 з.п. ф-лы.

2 ил.

1451864

Изобретение относится к автоматИке и преобразовательной технике и мо жет быть использовано в преобразователях цифровой информации в аналого-. вую, а также для построения програм, мируемых генераторов линейно изменяющегося напряжения.

Цель изобретения — повьппение линейности характеристики преобразования °

На фиг.1 представлена функциональная схема цифроаналогового преобразователя; на фиг.2 изображены функциональные схемы блока суммирования и блока сравнения.

Цифроаналоговый преобразователь (фиг,1) содержит регистр 1, преобразователь 2 кодов, ключ 3, переключатель 4, три декодирующих преобразователя (ДП) 5-7, блок 8 суммирования и блок 9 сравнения ° Блок 8 суммирования (фиг.2) выполнен на двух сумматорах 10, 11 токов, двух преобразователях 12, 13 ток — напряжение, двух переключателях 14, 15 и преобразователе 16 сопротивления. Блок 9 сравнения (фиг ° 2) выполнен на двух источниках 17, 18 порогового напряжения, переключателе 19, компараторе 20 и ключе 21.

Цифроаналоговый преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсы на

Г

: выходе преобразователя 2 кодов отсутствуют, сигналы на выходах ДП 5 т

7 и блока 8 суммирования равны нулю.

Ключ 3 находится в замкнутом состоянии. В блоке 9 сравнения ключ 21 ра-. зомкнут, а выход переключателя 19 скоммутирован к выходу второго источника 18 порогового напряжения.Переключатель 4 и переключатели 14, 15 блока 8 суммирования находятся в одном из двух взаимно согласованных положений (например, в положениях, показанных на фиг.1 и 2).

Выходной сигнал цифроаналогового преобразователя (ЦАП) образуется путем последовательного формирования линейных сегментов выходной характеристики ЦАП. Начальные и конечные точки линейных сегментов определяются выходными сигналами декодирующих преобразователей ДП 5 и 6, а промежуточные — выходным сигналом ДП

7, причем выходные сигналы ДП 5 и 6 используются для задания начальных и конечных точек сегментов поочередно.

Выходной сигнал ЦАП в пределах одного сегмента получают суммированием сигналов на выходе ДП 5 или 6 с сигналом ДП 7. Полная шкала преобразования ДП 7 выбирается из условия

М» 2Н„„ +2НА„р+2С +I,где М- полная шкала ДП 7;*Н„„, Н и С - интегMHò ральная, дифференциальная нелинейности и погрешность смещения нуля

ДП 5 (ДП 6) соответственно, выраженные в единицах их младшего разряда.

В качестве конечной точки линейного сегмента принимается лишь такое значение выходного сигнала ДП 5 (ДП

6), которое при формировании линейно увеличивающегося выходного сигнала

ЦАП превышает фиксированную для данного ЦАП величину, выбираемую из условия P = 0,5 11„ где Р— разность между значениями выходных сигналов ДП 5 (ДР 6) и ЦАП. В результате обеспечивается постоянство полной шкалы преобразования ДП 7, постоянство крутизны линейных сегментов и, следовательно, независимость выходного сигкала ЦАП от нелинейностей ДП 5 и 6.

Сравнение выходного сигнала ЦАП с выходным сигналом ДП 5 или 6 осуществляется с двумя значениями допусков, задаваемых соответственно двумя источниками 17, 18 порогового напряжения. Первый (более широкий) допуск используется для выбора значений конечных точек линейных сегментов выходного сигнала IJgdI. Его величина выбирается равной P и задается источником 18 порогового напряжения. Второй (существенно более узкий) допуск используется для определения моментов равенства между выбранными значениями конечных точек линейных сегментов и выходным сигналом ЦАП. Величина узкого допуска, формируемого источником 17 порогового напряжения, выбирается с учетом допустимого значения дифференциальной нелинейности

ЦАП . В общем случае величина этого допуска должна иметь порядок долей единицы младшего разряда ДП 7.

Рассмотрим один цикл формирования линейно нарастающего сигнала.

Входной код, соответствующий конечной точке линейно изменяющегося выходного сигнала ЦАП, поступает через регистр 1 на преобразователь 2 . кода, где преобразуется в последовательность импульсов, количество ко1451864 импульсов с выхода преобразователя 2 на цифровой вход ДП 7 его выходной

55 сигнал, а следовательно, и выходное пряжения ЦАП. г торык соответствует значению входного кода. С выхода преобразователя 2 кодов импульсы поступают на цифровой вход ДП 7. Частота поступю.гния импульсов определяется частотой внутреннего генератора преобразователя

2 кодов. По мере поступления импульcos выходной сигнал ДП 7 начинает линейно увеличиваться. В сумматоре ll токов выходной сигнал ДП 7 складывается с постоянным сигналом, поступающим с выхода ДП 6. С выхода сумматора 11 токов линейно увеличивающийся сигнал поступает через преобразо" ватель 13 ток - напряжение, переключатель 15 и преобразователь 16 сопротивления на выход ЦАП. Таким образом происходит формирование первого линейно возрастающего сегмента выходного напряжения ЦАП;

Одновременно с началом формирования первого сегмента импульсы с выхода преобразователя 2 кодов поступают также через ключ 3 и переключатель 4 на цифровой вход ДП 5. По мере поступления входных импульсов выходной сигнал ДП 5 начинает возрастать.

Причем возрастание выходного. сигнала может происходить неравномерными и знакопеременными скачками, соответствующими имеющейся в ДП 5 дифференциальной нелинейности. Через сумматор 10 токов и преобразователь 12 ток — напряжение выходной сигнал ДП

5 поступает на компаратор 20, где сравнивается с выходным сигналом преобразователя 13 ток — напряжение.

Сравнение производится с широким допуском, определяемым величиной напряжения источника 18, поступающего через переключатель 19 на первый вход компаратора 20. При достижении равенства компарируемых напряжений на выходе компаратора 20 появляется сигнал, который размыкает ключ 3 и блокирует дальнейшее поступление импульсов на цифровой вход ДП 5, переключает переключатель 19 на источник 17 порогового напряжения и замыкает ключ 21. При этом на выходе преобразователя 12 устанавливается напряжение, превьппающее напряжение на выходе преобразователя 13 на величину, равную напряжению источника 18 порогового напряжения. В дальнейшем установившееся на выходе преобразователя 12 напряжение будет использовано для формирования начальной точ10

50 ки второго линейно возрастающего сегмента выходного напряжения ЦАП.

Описанный порядок подбора значения начальной точки второго сегмента из ряда возможных значений выходного напряжения преобразователя 12, соответствующих выходным сигналам

ДП 5, используется и при подборе значений начальных точек других четных сегментов, что обеспечивает независимость значений начальных точек и, следовательно, независимость выходного напряжения ЦАП от нелинейности

ДП 5.

Дальнейшее сравнение сигналов, поступающих с выходов преобразователей

12 и 13 производится с узким допус ком, определяемым величиной напряжения источника 17. При достижении равенства компарируемых напряжений, характеризуемого разностью между выходными напряжениями преобразователей 12 и 13, равной величине напряжения источника 17, на выходе компаратора 20 появляется сигнал, который посредством переключения переключателей 4,14 и 15 через ключ 21 обеспечивает переключение выходного сигнала ДП 7 на образование суммарного сигнала с выходным сигналом ДП

5 и передачу этого сигнала с выхода сумматора 10 токов через преобразователь 12, переключатель 15 и преобразователь 16 на выход ЦАП, а также обеспечивает переключение выхода ключа 3 с цифрового входа ДП 5 на цифровой вход ДП 6. Кроме этого, сигнал сравнения с узким допуском с выхода компаратора 20 через ключ 21 обнуляет ДП 7, замыкает ключ 3 и размыкает ключ 21. Таким образом, элементы

ЦАП вновь оказываются в исходном со-. стоянии, отличающемся от предыдущего только положением переключателей 4, 14 и 15 и содержимым ДП 5 и 7. В результате нового положения переключателей 4, 14 и 15 выходное напряжение

ЦАП будет формироваться уже суммой выходных сигналов ДП 7 и 5 при неизменном значении последнего.

По мере дальнейшего поступления напряжение ЦАП продолжают линейно возрастать, образуя второй линейно возрастающий сегмент выходного на451864 6 тав которых помимо собственно ключей входят элементы памяти (триггеры).

Подключение входа опорного напря5 жения ДП 7 к шине опорного сигнала в

Формула из об рет ения

1. Цифроаналоговый преобразователь, содержащий первый, второй и третий декодирующие преобразователи, блок суммирования, регистр, входы

2б которого являются входной шиной преобразуемого кода, выходы регистра подключены к соответствующим входам преобразователя кодов, выход которого подключен к цифровому входу перЗ0 вого декодирующего преобразователя, выход которого соединен с первым информационным входом блока суммирования, первый выход которого является выходной шиной, вход опорного сигна35 ла второго декодирующего преобразователя объединен с одноименным входом третьего декодирующего преобразователя и является входной шиной опорного сигнала, отличающийся тем,,10 что, с целью повышения линейности характеристики преобразования, в него

5 1

Увеличение выходного напряжения

ЦАП при формировании второго сегмента продолжается до совпадения выходного напряжения преобразователя 12 с выходным напряжением преобразователя

i3, значение которого соответствует начальной точке третьего сегмента.

Значения начальных точек третьего и других нечетных сегментов подбирается аналогично описанному выше порядку подбора значений начальных точек четных сегментов. Отличие состоит в том, что для формирования значений начальных точек нечетных сегментов используется ДП 6, а соответствующее его выходным сигналам напряжение снимается с выхода преобразователя 13.

Зго обеспечивает независимость выходного напряжения ЦАП и от нелинейности ДП 6.

При достижении равенства между вы" ходными напряжениями преобразователей 12 и 1.3, определяемого в резуль" тате сравнения компарируемых напряжений с узким допуском, произойдут повторное переключение переключателей 4, 14 и 15 и возврат элементов

ЦАП в исходное состояние, после чего начнется формирование третьего линейно увеличивающегося сегмента выходного напряжения ЦАП, и т.д. до достижения выходным напряжением ЦАП значения,.соответствующего записанному в регистре 1 коду. На этом формирование линейно возрастающего напряжения на выходе ЦАП прекращается.

Установившееся значение выходного напряжение ЦАП сохраняется до поступления следующего кода в регистр 1, после чего описанный процесс формирования линейно возрастающего напряжения повторится.

В предлагаемом ЦАП при обеспечении соответствующей полярности выходных сигналов ДП 5 — 7 может быть выполнено формирование линейно убывающего напряжения.

Преобразователь 2 кодов может быть реализован на счетчике импульсов, содержащем входы занесения цифровой информации, и генераторе импульсов.

Последний импульс преобразователя 2 кодов определяет момент окончания . преобразования параллельного входного кода в последовательный код, Ключи

3 и 21 переключатель 19 представляют собой переключатели с запоминанием установленного состояния, в соссочетании с определенным правилом выбора выходных сигналов ДП 5 и 6 для использования в качестве начальных точек линейных сегментов выходного напряжения ЦАП обеспечивает независимость формы выходного напряжения ЦАП от дифференциальной и интегральной нелинейностей ДП 5, 6 и, следовательно, повышает его линейность.

Дополнительное повышение линейности обеспечивается снижением асимметрии цепей суммирования и сравнением выходных сигналов ДП. введены блок сравнения, ключ и переключатель,.первый и второй информационные выходы которого соединены с цифровыми входами соответственно второго и третьего декодирующих преобразователей, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока суммироваб0 ния, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения, первый выход которого подключен к управляющему входу блока суммирования, Б входу обнуления первого декодирующего преобразователя, к первому уп-! равляющему входу ключа и управляющему входу переключателя, информацион1 ный вход которого соединен с выходом

64

8 первым выходом блока, а вход соединен с выходом первого переключателя, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго переключателя и является управляющим входом блока, информационный вход второго переключателя является первым информационным входом блока.

3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок сравнения выполнен на первом и втором источниках порогового,напряжения, компараторе, переключателе и

f" ключе, выход которого является первым выходом блока, выходы первого и второго источников порогового напряжения подключены к соответствующим информационным входам переключателя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй и третий входь. которого являются соответственно первым и вторым входами блока, выход компаратора подключен к информационному и первому управляющему входам ключа, к первому управляющему входу переключателя и является вторым выходом блока, второй управляющий sxop переключателя объединен с вторым управляющим входом ключа и подключен к выходу ключа.

14518 ключа, информационный и второй управляющий входы которого подключены соответственно к выходу преобразователя кодов и второму выходу блока сравнения, вход опорного сигнала первого декодирующего преобразователя соединен с одноименным входом второго декодирующего преобразователя.

2. Преобразователь по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок суммирования выполнен на первом и втором сумматорах токов, первом и втором преобразователях ток — напряжение; преобразователе сопротивления, первом и втором переключателях, первый и второй выходы последнего подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров тока, . вторые входы которых являются соответственно вторым и третьим информационными входами блока, выходы первого и второго сумматоров тока подключены к входам соответствующих преобразователей ток — напряжение, 25 выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными входами первого переключателя и являются соответственно вторым и третьим выходами блока, выход преоб- Зр разователя сопротивления является.2

ВНИИПИ Заказ 7091/55 ТиРаж 879 Подписное

Произв.-полигр. пр«тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4