Способ цифроаналогового преобразования

Авторы патента:

Власов Геннадий Сергеевич (RU)

Шадрин Михаил Павлович (RU)

Шадрина Валерия Дмитриевна (RU)

Илюхин Кирилл Николаевич (RU)

H03M1/66 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2497276:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые и может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей и систем контроля параметров изделий электронной техники. Техническим результатом является повышение точности и сокращение времени преобразования. В способе цифроаналогового преобразования, включающем получение импульсного сигнала, длительность цикла преобразования которого определяется разрядностью преобразуемого кода, а длительность информационного сигнала пропорциональна преобразуемому коду, последующие нормирование амплитуды полученного сигнала и его фильтрацию в области нижних частот, дополнительно, перед фильтрацией, информационный сигнал формируют в виде последовательности импульсов, дискретно-равномерно расположенных на временной оси в интервале цикла преобразования с их длительностью, кратной периоду колебаний тактового генератора, причем суммарная длительность этих импульсов в цикле преобразования пропорциональна преобразуемому коду. 3 ил., 2 табл.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые, может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей и систем контроля параметров изделий электронной техники.

Уровень техники.

Известны различные способы цифроаналогового преобразования [1], основанные на суммировании весовых токов или напряжений, полученных на базе управляемых кодом резистивных матриц различного типа, а также, например, на основе преобразования частоты в напряжение (см. [1], микросхема цифроаналогового преобразователя (ЦАП) КР1108ПП1, стр.257).

К недостаткам способов первого типа можно отнести технологическую сложность и дороговизну изготовления резистивных матриц, а второго - недостаточную точность и линейность характеристики преобразования. Известно - прецизионные резистивные матрицы можно изготовить только по тонкопленочной технологии, включающей функциональную подгонку сопротивлений резисторов, а не по полупроводниковой, что и определяет указанные недостатки.

Известен способ цифроаналогового преобразования [2], включающий получение импульсного ШИМ-сигнала, период которого определяется разрядностью преобразуемого кода и частотой задающего генератора, а скважность обратно пропорциональна преобразуемому коду, нормирование амплитуды полученного сигнала и последующую его фильтрацию в области нижних частот, при этом перед фильтрацией выполняют амплитудную модуляцию ШИМ-сигнала нормированным по амплитуде прямоугольным модулированным сигналом на частоте задающего генератора, причем в одном из полупериодов модулируемого сигнала на информационном интервале преобразования осуществляют запоминание предыдущего значения промежуточного преобразования.

Для реализации данного способа преобразования многоразрядного цифрового кода в величину напряжения или тока с высокой точностью требуется несколько высокостабильных и точных аналоговых узлов, например, таких как двухполярный источник опорного напряжения (тока), аналоговый сумматор, а нормированный по амплитуде модулированный сигнал можно создать лишь в результате прецизионной операции. Все это усложняет реализацию способа [2] и делает дорогим его воплощение.

Известен способ цифроаналогового преобразования с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), приведенный, например, в работах [3, 4] (прототип).

К недостаткам можно отнести большое время преобразования ЦАП, построенного на основании этого способа, а также существенную нелинейность характеристики преобразования.

Сущность изобретения.

Задачей, на которую направлено изобретение, является создание способа цифроаналогового преобразования, позволяющего выполнить это преобразование с заданной точностью за более короткое время.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе цифроаналогового преобразования, включающем получение импульсного сигнала, длительность цикла преобразования которого определяется разрядностью преобразуемого кода, а длительность информационного сигнала пропорциональна преобразуемому коду, последующие нормирование амплитуды полученного сигнала и его фильтрацию в области нижних частот, дополнительно, перед фильтрацией, информационный сигнал формируют в виде последовательности импульсов, дискретно-равномерно расположенных на временной оси в интервале цикла преобразования с их длительностью, кратной периоду колебаний тактового генератора, причем суммарная длительность этих импульсов в цикле преобразования пропорциональна преобразуемому коду.

Перечень фигур чертежей.

На фиг.1 представлены эпюры напряжений на входе и выходе фильтра нижних частот (ФНЧ), являющегося оконечным устройством цифроаналогового преобразователя. ФНЧ может собой представлять простейшую RC-цепочку. На позиции 1 представлена изменяющаяся во времени эпюра напряжений при накоплении емкостью конденсатора заряда;

на позиции 2 - эпюра разряда конденсатора; на позиции 3 - временная диаграмма импульсов, поступающих на вход ФНЧ, длительность которых является информационным параметром.

На эпюрах фиг.1 обозначены следующие параметры при заряде выходного конденсатора ФНЧ: u₁;, соответствующее времени t_i - мгновенное значение напряжения на выходе ФНЧ; u₁, соответствующее времени t_i (момент начала поступающего на ФНЧ импульса); U_cp - среднее значение выходного напряжения, соответствующее условному моменту времени t_cp; из, соответствующее времени t₂ (момент окончания поступающего на ФНЧ-импульса).

На эпюрах фиг.1 также обозначены временные параметры: Т - длительность цикла преобразования, t_и - длительность поступающего на ФНЧ-импульса; а также следующие параметры (эпюра 2) при разряде выходного конденсатора ФНЧ: u_j, соответствующее времени t_j - мгновенное значение напряжения на выходе ФНЧ, u₃ - напряжение, остающееся на конденсаторе ФНЧ в момент окончания цикла преобразования.

На фиг.2 представлены временные диаграммы поступающих на вход ФНЧ-импульсов напряжения в цикле преобразования Т при преобразовании десятиразрядных двоичных кодов N, соответствующих десятичным числам n: n=1, n=2, n=4, n=512, n=513, n=1023.

На фиг.3 представлена функциональная схема цифроаналогового преобразователя, реализующего предложенный способ. ЦАП содержит задающий тактовый генератор 4, двоичный счетчик 5, логическую комбинационную схему 6, управляемый аналоговый переключатель 7, фильтр нижних частот (ФНЧ) 8, клемму 9 подключения опорного напряжения, клемму 11 подключения шины нулевого потенциала.

Отличительные признаки.

Отличительными признаками заявленного способа по сравнению со способом-прототипом являются:

1. На интервале цикла преобразования Т дискретно-равномерно размещают n импульсов напряжения с амплитудой, равной опорному напряжению, и образцовой длительностью.

2. Число n соответствует преобразуемому двоичному коду N в десятичном выражении.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1÷3.

На фиг.1 представлены эпюры напряжений для классического ШИМ цифроаналогового преобразования, что соответствует прототипу [3, 4]. В этом случае

$t_{и} = t_{2} - t_{1} = n \cdot t_{0}, (1)$

где t₀ - образцовый интервал времени, равный длительности периода импульсов задающего (тактового) генератора, n - десятичный эквивалент преобразуемого двоичного кода N. Скважность импульсов Q, согласно фиг.1, можно определить как

$Q = \frac{T / t_{0}}{n} = \frac{n_{\max}}{n}, (2)$

где n_max - максимальное десятичное число, соответствующее максимальному преобразуемому двоичному коду N_max. В свою очередь, среднее значение напряжения U_ср определяется числом n, а число n_max является эквивалентом величины опорного напряжения U_о, тогда

$U_{с р} = \frac{U_{о}}{Q}, (3)$

Мгновенное значение напряжения u_j на экспоненте 1 в момент времени t_i, фиг.1, определяется известным из курса электротехники выражением:

$u_{i} = U_{о} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{1}}{τ}}), (4)$

где τ - постоянная времени фильтра ФНЧ, е - основание натурального логарифма.

Полагая, что u_j=U_ср, а также учитывая (2) и (3), получим:

$U_{с р} = \frac{U_{о} \cdot n}{T / t_{0}} = U_{о} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{с р}}{τ}})$ , откуда $t_{с р} = - τ \cdot \ln (1 - \frac{n}{T / t_{0}}) = - τ \cdot \ln (1 - \frac{1}{Q}) . (5)$

Можно выбрать значение напряжения U_ср как некоторую опорную точку на шкале выходных напряжений, относительно которой определяются значения u₁ и u₂.

Момент времени t₁ (момент начала импульса) наступает раньше момента t_ср на величину t_и/2=n·t₀/2, а момент времени t₂ (момент окончания импульса) наступает позже момента t_ср на n·t₀/2. Следовательно, с учетом (4) можно записать:

$u_{1} = U_{0} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}}), (6)$

$u_{2} = U_{0} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} + n \cdot t_{0} / 2}{τ}}), (7)$

$u_{2} - u_{1} = U_{0} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}} - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} + n \cdot t_{0} / 2}{τ}}) . (8)$

Мгновенное значение напряжения u_j на экспоненте разряда (фиг.1, кривая 2) определяется выражением:

$u_{j} = u_{2} \cdot e^{- \frac{t_{j}}{τ}}, (9)$

где t_j отсчитывается от момента времени t₂. При этом длительность разряда будет равна t₃-t₂=Т-n·t₀. Тогда с учетом (9) получим:

$u_{3} = u {}_{2}\cdot e^{- \frac{T - n \cdot t_{0} / n_{\max}}{τ}} . (10)$

При установившемся режиме должны соблюдаться равенства:

$u_{2} - u_{3} = u_{2} - u_{1} и u_{3} = u_{1} . (11)$

Если во время классического ШИМ, преобразования десятичный эквивалент n преобразуемого кода мал (большое значение Q), то длительность заряда мала, однако скорость заряда при этом велика, так как разность напряжений U₀-u₁, под действием которой происходит заряд, велика. Скорость же разряда под действием разности напряжений u₂-u₁, наоборот, в этом случае будет небольшой ввиду малости этой разницы.

При маленьких значениях Q (n велико) все будет наоборот.

Также является известным фактом (см., например, [5]), что максимальное значение погрешности характеристики преобразования для ЦАП с ШИМ находится посредине шкалы преобразования. Это в свою очередь означает, что максимальный размах колебаний выходного напряжения фильтра u₂-u₁ должен быть в установившемся режиме при t_и=Т/2.

Для соблюдения необходимой точности преобразования нужно выбрать значение τ фильтра таким образом, чтобы максимальная амплитуда колебаний напряжения на его выходе u₂-u₁ не превышала бы двух квантов преобразования: u₂-u₁=2U_о/n_max, величина u₁ была бы на квант меньше U_ср, а величина u₂ была бы на квант больше U_ср.

Тогда $u_{1} = \frac{U_{0} \cdot n \cdot t_{0}}{T} - \frac{U_{0}}{n_{\max}} = U_{0} (\frac{n \cdot t_{0}}{T} - \frac{1}{n_{\max}}) = U_{0} (\frac{n}{n_{\max}} - \frac{1}{n_{\max}}) = U_{0} \frac{n - 1}{n_{\max}}$

Выведем формулу расчета τ, подставив полученное значение u₁ в (6) и произведя преобразования с учетом (5):

$u_{1} = U_{0} \frac{n - 1}{n_{\max}} = U_{0} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}})$ , $1 - \frac{n - 1}{n_{\max}} = e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = - \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = - \frac{- τ \cdot \ln (1 - \frac{n}{T / t_{0}}) - n \cdot t_{0} / 2}{τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = \ln (1 - \frac{n}{n_{\max}}) + \frac{n \cdot t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} - \ln (1 - \frac{n}{n_{\max}}) = \frac{n \cdot t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{\frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}}}{1 - \frac{n}{n_{\max}}} = \frac{n \cdot t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max} - n} = \frac{n \cdot t_{0}}{2 \cdot τ}$ ,

$τ = \frac{n \cdot t_{0}}{2 \cdot \ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max} - n}}$ ,

$\frac{τ}{t_{0}} = \frac{n}{2 \cdot \ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max} - n}} (12)$ .

Проведем расчеты описанных параметров для конкретного ЦАП с ШИМ, условно приняв следующие безразмерные значения: t₀=1, Т=n_max=1024, n=512, U_о=10,24.

В этом случае согласно (12) получим: τ=128,125·Т≈128Т.

Расчеты остальных параметров такого ЦАП с ШИМ для некоторых кодов, имеющих соответствующие десятичные эквиваленты n, сведены в табл.1.

Таблица 1
n	U_ср	t_ср	u₁	u₂	u₃	u₂-u₁
1	0,01	128	0,0099609	0,0010039	0,0099609	0,000078
16	0,16	2064	0,159385	0,160615	0,159385	0,001230
256	2,56	37707	2,552495	2,567494	2,552495	0,01499999
512	5,12	90852	5,109987	5,129987	5,109987	0,02000001
768	7,68	181704	7,672486	7,687487	7,672486	0,0150000
1008	10,08	545113	10,079383	10,080613	10,079383	0,0012305
1023	10,23	908521	10,229960	10,230039	10,229960	0,000078

Данная расчетная табл.1 характеризует свойства ЦАП (в том числе размах пульсаций выходного напряжения u₂-u₁), реализующего способ цифроаналогового преобразования, принятый за прототип.

Чем больше величина пульсаций на выходе ФНЧ, тем больше погрешность преобразования ЦАП, а правая колонка табл.1 подтверждает параболический характер этой погрешности, указанной как нелинейность в работе [5].

В предложенном способе цифроаналогового преобразования не формируют ШИМ-импульс длительностью n·t₀, a n импульсов длительностью t₀ размещают дискретно-равномерно на интервале цикла преобразования Т. «Дискретно-равномерно» - нестандартный термин, призванный обозначить, что импульсы длительностью t₀ могут появиться только на целочисленных позициях счета тактов задающего генератора, начиная от начала цикла преобразования Т. Подобное распределение нормированных по амплитуде U_о и длительности t₀ на интервале Т импульсов показано на фиг.2 временными диаграммами при различных значениях преобразуемых кодов и различных, соответствующих этим кодам, десятичным эквивалентам n=1, 2, 4, 512, 513, 1023.

Согласно временным диаграммам при n=1 скважность $Q = \frac{T}{t_{0}}$ , при n=2 скважность $Q = \frac{T / 2}{t_{0}} = \frac{T}{2 \cdot t_{0}}$ , при n=4 скважность $Q = \frac{T / 4}{t_{0}} = \frac{T}{4 \cdot t_{0}}$ и так далее, то есть $Q = \frac{T}{n \cdot t_{0}}$ . Таким образом, формула для определения скважности осталась прежней (2).

Так как в предложенном способе длительность одного импульса всегда равна t₀, то в формулах (6÷8) исчезает индекс n и эти формулы для расчета u₁, u₂, u₂-u₁ принимают следующий вид:

$u_{1} = U_{о} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{с р} - t_{0} / 2_{i}}{τ}}), (13)$

$u_{2} = U_{о} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{с р} + t_{0} / 2_{i}}{τ}}), (14)$

$u_{2} - u_{1} = U_{о} \cdot (e^{- \frac{t_{с р} - t_{0} / 2_{i}}{τ}} - e^{- \frac{t_{с р} + t_{0} / 2_{i}}{τ}}) . (15)$

Длительность же разряда в новом способе равна t₃-t₂=Т/n-t₀. Тогда с учетом (10) получим:

$u_{3} = u_{2} \cdot e^{- \frac{T / n - t_{0}}{τ}}, (16)$

Выведем формулу расчета τ учитывая, что величина u₁ должна быть на квант меньше U_ср, а величина u₂ - на квант больше U_ср:

$u_{1} = \frac{U_{0} \cdot n \cdot t_{0}}{T} - \frac{U_{0}}{n_{\max}} = U_{0} (\frac{n \cdot t_{0}}{T} - \frac{1}{n_{\max}}) = U_{0} (\frac{n}{n_{\max}} - \frac{1}{n_{\max}}) = U_{0} \frac{n - 1}{n_{\max}}$ . Подставляем это значение в (13) и производим преобразования:

$u_{1} = U_{0} \frac{n - 1}{n_{\max}} = U_{0} \cdot (1 - e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}})$ , $1 - \frac{n - 1}{n_{\max}} = e^{- \frac{t_{\tilde{n} \partial} - n \cdot t_{0} / 2}{τ}}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = - \frac{t_{\tilde{n} \partial} - t_{0} / 2}{τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = - \frac{- τ \cdot \ln (1 - \frac{n}{T / t_{0}}) + t_{0} / 2}{τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} = \ln (1 - \frac{n}{n_{\max}}) + \frac{t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}} - \ln (1 - \frac{n}{n_{\max}}) = \frac{t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{\frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max}}}{1 - \frac{n}{n_{\max}}} = \frac{t_{0}}{2 \cdot τ}$ , $\ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max} - n} = \frac{t_{0}}{2 \cdot τ}$ ,

$τ = \frac{t_{0}}{2 \cdot \ln \frac{n_{\max} - n + 1}{n_{\max} - n}}$ ,

$\frac{τ}{t_{0}} = \frac{1}{2 \cdot \ln \frac{N - n + 1}{N - n}} (16)$ .

Данная функция (16) имеет максимум при n=1.

Проведем расчеты описанных параметров для конкретного ПАП, условно приняв следующие безразмерные значения: t₀=1, Т=n_max=1024, n=7, U_о=10,24.

В этом случае, согласно (16) получим: τ=0,5·Т.

Расчеты остальных параметров ЦАП, реализующего предложенный способ, для некоторых кодов, имеющих соответствующие десятичные эквиваленты n сведены в табл.2.

Таблица 2
n	U_ср	t_ср	u₁	u₂	U₃	u₂-u₁
1	0,01	0,5	0,0000049	0,0199853	0,002710	0,019980
16	0,16	8,063	0,150151	0,169839	0,150175	0,0196875
256	2,56	147,29	2,552495	2,567495	2,552495	0,014999
512	5,12	354,89	5,114995	5,124995	5,114995	0,010000
768	7,68	709,78	7,767496	7,682496	7,767496	0,005000
1008	10,08	2129	10,07984	10,08016	10,07984	0,000312
1023	10,23	3548	10,22999	10,23000	10,22999	0,00005

Сравнивая значения параметров в таблицах 1 и 2 для смоделированных ЦАП, реализующих в первом случае способ-прототип, а во втором заявленный способ, при одинаковой разрядности моделируемых ЦАП, можно заключить: предложенный способ преобразования при одинаковой величине пульсации на выходе фильтра позволяет значительно уменьшить τ фильтра а, следовательно, повысить быстродействие всего устройства (в данном примере в 256 раз).

Следует заметить, что в предложенном способе максимум пульсаций выходного напряжения фильтра монотонно смещается в начало диапазона преобразования, так как там длительность разряда (паузы) возрастает до наибольшего значения, в то время как в известном способе максимум пульсаций выходного напряжения фильтра находится в середине шкалы преобразования.

Физическая реализация устройства может собой представлять логическую схему LS с одним выходом Y, подсоединенным к управляющему входу электронного аналогового переключателя, переключающего вход фильтра F между опорным напряжением и шиной нулевого потенциала, и 2·К входами, причем на первые К входов поступает преобразуемый двоичный код, а вторые К входов подключены к выходам K-разрядного двоичного счетчика импульсов Ст2, подсчитывающего импульсы тактового генератора G. Логическая схема LS реализует логическую функцию 2К переменных.

Конкретная схема 10-разрядного ЦАП (К=10) с предлагаемым способом преобразования представлена на фиг.3.

В качестве примера запишем функцию LS для входного кода «4» (в десятичной записи), при поступлении которого импульс на выходе должен появляться в 1, 256, 512 и 768 тактах распределенных на интервале цикла преобразования Т:

$\begin{array}{l} Y = \underset{" 1 "}{\underset{︸}{\bar{X_{19}} \cdot \bar{X_{18}} \cdot \bar{X_{17}} \cdot \bar{X_{16}} \cdot \bar{X_{15}} \cdot \bar{X_{14}} \cdot \bar{X_{13}} \cdot \bar{X_{12}} \cdot \bar{X_{11}} \cdot X_{10}}} \cdot \underset{" 4 "}{\underset{︸}{\bar{X_{9}} \cdot \bar{X_{8}} \cdot \bar{X_{7}} \cdot \bar{X_{6}} \cdot \bar{X_{5}} \cdot \bar{X_{4}} \cdot \bar{X_{3}} \cdot X_{2} \cdot \bar{X_{1}} \cdot \bar{X_{0}}}} \lor \\ \lor \underset{" 256 "}{\underset{︸}{\bar{X_{19}} \cdot X_{18} \cdot \bar{X_{17}} \cdot \bar{X_{16}} \cdot \bar{X_{15}} \cdot \bar{X_{14}} \cdot \bar{X_{13}} \cdot \bar{X_{12}} \cdot \bar{X_{11}} \cdot \bar{X_{10}}}} \cdot \underset{" 4 "}{\underset{︸}{\bar{X_{9}} \cdot \bar{X_{8}} \cdot \bar{X_{7}} \cdot \bar{X_{6}} \cdot \bar{X_{5}} \cdot \bar{X_{4}} \cdot \bar{X_{3}} \cdot X_{2} \cdot \bar{X_{1}} \cdot \bar{X_{0}}}} \lor \\ \lor \underset{" 512 "}{\underset{︸}{X_{19} \cdot \bar{X_{18}} \cdot \bar{X_{17}} \cdot \bar{X_{16}} \cdot \bar{X_{15}} \cdot \bar{X_{14}} \cdot \bar{X_{13}} \cdot \bar{X_{12}} \cdot \bar{X_{11}} \cdot \bar{X_{10}}}} \cdot \underset{" 4 "}{\underset{︸}{\bar{X_{9}} \cdot \bar{X_{8}} \cdot \bar{X_{7}} \cdot \bar{X_{6}} \cdot \bar{X_{5}} \cdot \bar{X_{4}} \cdot \bar{X_{3}} \cdot X_{2} \cdot \bar{X_{1}} \cdot \bar{X_{0}}}} \lor \\ \lor \underset{" 768 "}{\underset{︸}{X_{19} \cdot X_{18} \cdot \bar{X_{17}} \cdot \bar{X_{16}} \cdot \bar{X_{15}} \cdot \bar{X_{14}} \cdot \bar{X_{13}} \cdot \bar{X_{12}} \cdot \bar{X_{11}} \cdot \bar{X_{10}}}} \cdot \underset{" 4 "}{\underset{︸}{\bar{X_{9}} \cdot \bar{X_{8}} \cdot \bar{X_{7}} \cdot \bar{X_{6}} \cdot \bar{X_{5}} \cdot \bar{X_{4}} \cdot \bar{X_{3}} \cdot X_{2} \cdot \bar{X_{1}} \cdot \bar{X_{0}}}} . \end{array}$

Таким образом, при одинаковой разрядности, одинаковых тактовых частотах, и близких по величине погрешностях преобразования, предложенный способ цифроаналогового преобразования позволяет создать ЦАП, обладающий большим быстродействием в сравнении с ЦАП, реализующем алгоритм преобразования по способу-прототипу.

Источники информации

1. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

2. Патент РФ на изобретение №2420867, Н03М 1/66. Способ цифроаналогового преобразования / ПГТА // Г.С. Власов, С.Б. Демин и М.П. Шадрин./// Зарегистрировано в гос. реестре изобретений РФ 10.06.2011.

3. Микросхемы АЦП и ЦАП. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. - 432 с., С.13.

4. Метрологические средства для поверки цифровых приборов / Приборы, средства автоматизации и системы управления: ТС-5, Выпуск 3. - М.: ИНИИТЭИ приборостроения, 1982. - 62 с., С.16.

5. А.с. 1631723, Н03М 1/10. Способ измерения нелинейности ЦАП и устройство для его осуществления / В.А. Алексеенко, Г.С. Власов, Т.И. Ольховая, Н.И. Чернышев // Опубл. 1991, Бюл. №8.

Способ цифроаналогового преобразования, включающий получение импульсного сигнала, длительность цикла преобразования которого определяется разрядностью преобразуемого кода, а длительность информационного сигнала пропорциональна преобразуемому коду, последующие нормирование амплитуды полученного сигнала и его фильтрацию в области нижних частот, отличающийся тем, что перед фильтрацией информационный сигнал формируют в виде последовательности импульсов, дискретно-равномерно расположенных на временной оси в интервале цикла преобразования, с их длительностью, кратной периоду колебаний тактового генератора, причем суммарная длительность этих импульсов в цикле преобразования пропорциональна преобразуемому коду.

Похожие патенты:

Кодовая шкала // 2497275

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь // 2496228

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами, в частности в автоматизированном электроприводе.

Скоростной преобразователь "аналог - цифра - аналог" с бестактовым поразрядным уравновешиванием // 2491715

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах автоматизации для прямого и обратного преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Многоканальный преобразователь напряжений в шим-сигналы // 2491714

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Кодовая шкала // 2490790

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код.

Преобразователь входного напряжения в длительность импульсов // 2488959

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов. .

Способ цифрового преобразования угла // 2488958

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. .

Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала и устройство его реализации // 2488957

Цифроаналоговый преобразователь // 2485681

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые. .

Аналого-цифровой преобразователь с расширенным динамическим диапазоном // 2485680

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах оперативного контроля для измерения аналоговых величин. .

Способ преобразования ±[mj]f(+/-)min→±uцапf([mj]) минимизированной структуры позиционно-знаковых аргументов ±[mj]f(+/-)min троичной системы счисления f(+1,0,-1) в аргумент аналогового напряжения ±uцапf([mj]) (вариант русской логики) // 2501160

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют различные арифметические процедуры над минимизированными позиционно-знаковыми структурами аргументов ±[mj]f(+/-)min троичной системой счисления f(+1,0,-1) с последующим преобразованием ее в аргумент аналогового сигнала напряжения ±UЦАПf([mj]) посредством функциональной структуры цифро-аналогового преобразования f1(ЦАП). Предложенный способ позволяет существенно расширить диапазон преобразования минимизированной позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ±[mj]f(+/-)min «дополнительного кода» в аналоговый сигнал напряжения «±UЦАПf([mj]). 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ повышения точности измерения аналогового сигнала, устройство для измерения аналогового сигнала // 2506697

Изобретение относится к аналого-цифровой измерительной технике для измерения аналогового сигнала. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения аналогового сигнала за счет измерения скорости изменения аналогового сигнала с предварительно установленным пороговым значением. В заявленном способе измерение аналогового сигнала производят с использованием АЦП, а при этом погрешность в виде указанного линейного смещения показаний уменьшают с помощью управляющих средств путем компенсации этого линейного смещения, а погрешность в виде указанных колебаний показаний уменьшают с помощью усредняющих средств путем усреднения показаний за время усреднения. С помощью управляющих средств сравнивают скорость изменения аналогового сигнала с предварительно установленным пороговым значением. Усреднение показаний выполняют динамически путем изменения с помощью управляющих средств времени усреднения от нуля до предварительно установленного максимального значения в случае начала изменения аналогового сигнала со скоростью, меньшей предварительно установленного порогового значения. В случае превышения указанной скоростью предварительно установленного порогового значения, указанное усреднение показаний отключают с помощью управляющих средств. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ и устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем // 2507681

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов. Технический результат - повышение точности выявления возникающих искажений за счет выявления искажений до начала амплитудного ограничения. В основе изобретения лежит факт изменения среднего значения случайного процесса в результате его нелинейного преобразования. Случайный процесс с нулевым средним после прохождения устройства с монотонной нелинейной характеристикой изменяет свой спектральный состав таким образом, что в нем появляется постоянная составляющая, зависящая от степени выраженности нелинейности. Таким образом, технический результат достигается измерением и анализом среднего значения цифрового кода на выходе контролируемого аналого-цифрового преобразователя. Устройство для выявления нелинейных искажений содержит блок вычитания, блок измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, в вариантном исполнении устройство состоит из блока измерения среднего значения цифрового кода и блока принятия решений. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Псевдослучайная кодовая шкала // 2510572

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код. Технический результат - повышение информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующих кодов с исправлением одиночных ошибок и обнаружением двойных. Псевдослучайная кодовая шкала содержит информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода M=2n-1, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них M различных n разрядных кодовых комбинаций, k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами M различных (n+k)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки, контрольный считывающий элемент, размещенный вдоль информационной дорожки с возможностью получения с него совместно с (n+k) считывающими элементами M различных (n+k+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, выходы n информационных считывающих элементов. 1 ил., 7 табл.

Цифроаналоговый преобразователь // 2510979

Изобретение относится к области электроники, а именно к цифроаналоговым преобразователям. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение быстродействия цифроаналогового преобразователя при сохранении точности преобразования за счет формирования двухполярного выходного сигнала. Технический результат достигается тем, что в цифроаналоговом преобразователе, содержащем несколько источников тока и такое же число дифференциальных усилителей, выполненных на транзисторах, причем токи источников тока находятся в троичном соотношении между собой, для решения поставленной задачи, в него введены сумматор, положительная и отрицательная сборные шины, при этом каждый дифференциальный усилитель формирует трехпозиционный ключ, источники тока с помощью трехпозиционных ключей могут подключаться к положительной или к отрицательной сборным шинам, либо быть отключенными, причем положительная и отрицательная сборные шины подключены к сумматору, который из разности токов сборных шин формирует двухполярный выходной сигнал цифроаналогового преобразователя. При этом один выход каждого дифференциального усилителя подключен к положительной сборной шине, второй выход каждого дифференциального усилителя подключен к отрицательной сборной шине. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Резервированный источник тока // 2512890

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании систем автоматического управления (САУ). Технический результат заключается в осуществлении работы в широком диапазоне температур в полях ионизирующего излучения, резервировании, кодовом управлении выходным током и радиационной стойкости с временем работы при изменении в широком диапазоне температур окружающей среды, возникновении катастрофических и параметрических отказов отдельных элементов источника и при изменении нагрузки в условиях действия ионизирующего излучения. Для этого заявленное изобретение содержит в составе САУ датчики резонансного типа (термосопротивления, потенциометрические датчики обратной связи исполнительных устройств), для снятия информации с которых требуется обтекание их постоянным стабильным током, датчики соединяют, как правило, последовательно, и требуется поддерживать стабильный ток при изменении нагрузки и деградации параметров полупроводников со временем из-за изменения температуры и накоплении дозовых изменений, в результате которых нарушается работа транзисторов и изменяется величина выходного тока. Для этого заявленное устройство содержит три идентичных конвертора входного силового питания в выходной стабильный ток, выходные токи конверторов через блок отключения поступают на блок выравнивания, с выхода которого через балластный эталонный резистор поступают в нагрузку, выходы конверторов подключены также к блоку контроля и управления, подключенными управляющими выходами к блоку отключения и управляющими выходами - к блоку питания для собственных нужд, выходной сигнал поступает на преобразователь напряжения в частоту, выход управления которого через элемент гальванической развязки поступает на модуль управления транзистором-прерывателем. 9 з. п. ф - лы., 8 илл.

Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2513716

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников ко входам компараторов напряжения. Для этого в отличие от известного быстродействующего аналого-цифрового преобразователя с дифференциальным входом в данном изобретении первый источник входного напряжения соединен со входом первого дополнительного буферного усилителя, выход которого связан с первыми входами каждого из компараторов напряжения через соответствующие корректирующие конденсаторы первой группы, а второй источник входного противофазного напряжения связан со входом второго дополнительного буферного усилителя, выход которого связан со вторыми входами каждого из компараторов напряжения через соответствующие корректирующие конденсаторы второй группы. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Устройство цифрового преобразования и устройство преобразования энергии // 2513913

Группа изобретений относится к аналого-цифровым преобразователям и может быть использована в устройствах преобразования энергии для силовой электроники. Техническим результатом является повышение быстродействия. Устройство содержит множество блоков хранения информационных сигналов, выполненных с возможностью выборки информационных сигналов с задержкой, равной предопределенному времени, причем информационных сигналов, указывающих мгновенно изменяющееся значение, и сохранения этих выбранных значений одновременно с выборкой каждого из сигналов; блок удаления, выполненный с возможностью удаления максимального значения и минимального значения среди значений, хранящихся в множестве блоков хранения информационных сигналов; блок усреднения, выполненный с возможностью усреднения значений, которые не удалены с помощью блока удаления; и преобразователь, выполненный с возможностью осуществления аналого-цифрового преобразования значения, выводимого из блока усреднения, и выведения преобразованного с помощью АЦ преобразования значения в качестве цифровой информации. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

Цифровой датчик угла со знаковым разрядом // 2515965

Изобретение относится к области автоматики и робототехники и может быть использовано в следящих приводах с цифровыми датчиками угла (ЦДУ), работающих в диапазоне углов, больших чем ±180°, в которых задается знак направления движения. Технический результат - возможность формирования знакового разряда, информация о котором сохраняется после снятия напряжения питания и восстанавливается при возобновлении работы. Цифровой датчик угла содержит индукционный датчик угла типа синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), аналого-цифровой преобразователь сигналов СКВТ в код угла (АЦП ВТ) следящего типа с дополнительными сервисными сигналами НВ (направление вращения) и Fсчет. (импульсы смены единицы младшего разряда), микропроцессорный контроллер (МПК), двоичный реверсивный счетчик с числом разрядов на один старший (знаковый) больше, чем у АЦП ВТ, цифровой компаратор с числом разрядов, равным числу разрядов АЦП ВТ, устройство установки нулевого кода с числом разрядов, равным числу разрядов цифрового компаратора. 1 ил.

Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов // 2516763

Изобретение относится к радиотехнике. Техническим результатом является расширение полосы анализа сигналов и возможность проведения анализа в режиме реального времени. Сущность способа заключается в том, что используют обработку исходного сигнала параллельно на нескольких аналого-цифровых преобразователях с различными частотами дискретизации, вычисляют амплитудный спектр по каждой оцифрованной последовательности, далее производят развертку полученных спектров на единую ось частот в зоны Найквиста в порядке, обратном их наложению при дискретизации, выделяют сигналы в спектральной области путем сравнения с заданным порогом амплитудных спектров от каждого АЦП, выбирают спектральные линии от всех АЦП, совпадающих по частотному положению; принятие решения о существовании на этой частоте узкополосного сигнала производят при нахождении линий, совпадающих по положению на частотной оси от всех АЦП. 4 ил.