Цифроаналоговый преобразователь
Изобретение относится к цифроаналоговым преобразователям (ЦАП) и может быть использовано для преобразования кодов в аналоговые сигналы. Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости ЦАП и миниатюризация его исполнения. Технический результат достигается благодаря тому, что в ЦАП, содержащий регистр, блок импульсных усилителей, фотоприемник и операционный усилитель, включен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий непрозрачный корпус, в первом торце которого расположен микросветодиод белого свечения с микролинзой на излучающей стороне, внутри корпуса расположены последовательно друг за другом и по оптической оси микролинзы с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры каждый с соответствующим коэффициентом поглощения, с первого по восьмой микропьезоэлементы, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе, вторые свободные их торцы соответствующим образом соединены со своими нейтральными микросветофильтрами, входы микропьезоэлементов являются управляющими входами пьезоэлектрического преобразователя и подключены к соответствующим выходам блока импульсных усилителей, во втором торце корпуса размещен фотоприемник входным окном в сторону излучения, и оптическая ось его расположена по оптической оси микролинзы. 1 ил, 1 табл.
Изобретение относится к цифроаналоговым преобразователям (ЦАП), может быть использовано для преобразования кодов в аналоговые сигналы.
Прототипом принят ЦАП [1], содержащий последовательно соединенные регистр, блок импульсных усилителей, матрицу из девяти светодиодов со светофильтрами соответствующей плотности, объектив, фотоприемник и операционный усилитель, выполняет преобразование восьмиразрядных кодов в аналоговые сигналы. Вес излучения каждого светодиода задается соответствующими плотностями нейтральных светофильтров. Объектив собирает излучение светодиодов после нейтральных светофильтров во входном окне фотоприемника, сигнал с которого поступает в операционный усилитель, с выхода которого аналоговый сигнал следует по назначению.
Суммарный поток излучения прямо пропорционален величине кода.
Недостаток прототипа: на матрицу светодиодов приходится основное потребление электроэнергии, она занимает основную часть объема ЦАП, препятствуя миниатюризации цифроаналового преобразователя.
Цель изобретения - снижение энергоемкости ЦАП и миниатюризация его исполнения. Техническими результатами являются снижение энергоемкости ЦАП и микротехнологическое его исполнение, достигаемое исключением матрицы светодиодов и введением в ЦАП пьезоэлектрического преобразователя.
Сущность изобретения в том, что в ЦАП, содержащий регистр, блок импульсных усилителей, фотоприемник и операционный усилитель, вводится пьезоэлектрический преобразователь (ПП).
Функциональная схема ЦАП на чертеже включает последовательно соединенные регистр 1, блок 2 импульсных усилителей, пьезоэлектрический преобразователь 3 (ПП), фотоприемник 4 и операционный усилитель 5. Регистр 1 восьмиразрядный, в блоке 2 импульсных усилителей восемь (по числу разрядов в регистре). ПП 3 имеет непрозрачный корпус 6 (чертеж), в котором расположен микросветодиод белого свечения 7 с микролинзой 8 на излучающей стороне, с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры 91-8, каждый из которых имеет соответствующий коэффициент поглощения и расположенные последовательно друг за другом и по оптической оси микролинзы 8, и включает с первого по восьмой микропьезоэлементы 101-8, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе 6, вторые свободные торцы их соответствующим образом соединены со своими нейтральными микросветофильтрами 91-8. В выходном отверстии корпуса 6 расположен фотоприемник 4 входным окном в сторону излучения микросветодиода 7, оптическая ось фотоприемника расположена по оптической оси микролинзы 8. Нейтральные микросветофильтры 91-8 каждый площадью ≈100 микрометров имеют коэффициенты поглощения поступающего излучения соответственно веса своего разряда, приведенные в таблице. Стенки корпуса 6 имеют светопоглощающее покрытие. Излучение микросветодиода 7 фокусируется микролинзой 8 и поступает на микросветофильтры 91-8. Принцип работы ПП 3 основан на том, что каждый последовательно расположенный микросветофильтр 9 поглощает часть излучения соответственно своему коэффициенту поглощения, приведенному в таблице. Значения коэффициентов поглощения соответствует принципу двоичного кода.
| Таблица | ||
| Номер разряда кода | Вес разряда кода | Коэффициент поглощения |
| 1 старший | 27 (128) |
|
| 2 | 26 (64) |
|
| 3 | 25 (32) |
|
| 4 | 24 (16) |
|
| 5 | 23 (8) |
|
| 6 | 22 (4) |
|
| 7 | 21 (2) |
|
| 8 | 20 (1) |
|
В отсутствие управляющих сигналов на входах микропьезоэлементов 101-8 микросветофильтры 91-8 перекрывают поток излучения от микросветодиода 7 до уровня ниже предела чувствительности фотоприемника 4. При поступлении на микропьезоэлемент 10 управляющего импульса с блока 2, по амплитуде соответствующего напряжению срабатывания микропьезоэлемента 10, свободный торец его совершает изгиб и поворачивает микросветофильтр 9 на 90°, поток излучения проходит без ослабления дальше. В качестве микропьезоэлементов 10 применяются трубчатые пьезоэлементы, работающие на изгиб, достоинство которых прочность и надежность [3, с.27]. При изгибе свободный торец переводит свой микросветофильтр 9 в положение, не препятствующее прохождению излучения на следующий микросветофильтр.
Работа ЦАП.
В отсутствие управляющих сигналов с блока 2 микросветофильтры 9 находятся в исходном состоянии и все перекрывают поток излучения от микросветодиода 7. С приходом кода в регистр 1 сигналы поступают в соответствующие импульсные усилители блока 2, где усиливаются до соответствующей величины и поступают на входы соответствующих микропьезоэлементов 10. Свободные торцы микропьезоэлементов, на которые поступили управляющие сигналы, выполняют изгиб и поворачивают свои нейтральные микросветофильтры на 90°, освобождая свободный проход потоку излучения (чертеж).
На чертеже приведен момент преобразования кода 10110110 в аналоговый сигнал. Поток излучения, принимаемый фотоприемником 4, прямо пропорционален величине кода, поступающего в регистр 1. Заявляемый ЦАП имеет меньшую энергоемкость, чем прототип (один светодиод вместо девяти), и выполняется микроэлектронным изделием с использованием нанотехнологии.
Источники информации
1. Патент РФ №2275740 C1, кл. H03M 1/66, бюл. №12 от 27.04.06, прототип.
2. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC, 5-е изд., СПб., 2004, с.531.
3. А.Ф.Плонский, В.И.Теаро. Пьезоэлектроника. М., 1979, с.26, 27.
4. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошников. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М, 1988, с.118-120.
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), содержащий последовательно соединенные регистр, входы которого являются входами ЦАП, и блок импульсных усилителей, последовательно соединенные фотоприемник и операционный усилитель, выход которого является выходом ЦАП, отличающийся тем, что в него введен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий непрозрачный корпус, в первом торце которого расположен микросветодиод белого свечения с микролинзой на излучающей стороне, внутри корпуса расположены последовательно друг за другом и по оптической оси микролинзы с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры каждый с соответствующим коэффициентом поглощения, с первого по восьмой микропьезоэлементы, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе, вторые свободные их торцы соответствующим образом соединены со своими нейтральными микросветофильтрами, входы микропьезоэлементов являются управляющими входами пьезоэлектрического преобразователя и подключены к соответствующим выходам блока импульсных усилителей, во втором торце корпуса размещен фотоприемник входным окном в сторону излучения, и оптическая ось его расположена по оптической оси микролинзы.
