Цифроаналоговый преобразователь



Цифроаналоговый преобразователь
Цифроаналоговый преобразователь

 

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 2510979:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") (RU)

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.

 

Изобретение относится к области электроники, а именно к цифроаналоговым преобразователям.

В общем случае, преобразование дискретных цифровых сигналов в аналоговую форму производят путем коммутации калиброванных источников напряжения, тока, заряда и т.п. Применяют также методы временного управления, когда средняя за большой промежуток времени величина зависит от соотношения длительностей включенного и выключенного состояния соответствующего источника напряжения, соотношение же длительностей задают счетчиком числа тактов. Схемотехника различных типов цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) рассмотрена, например, в книге "CMOS Mixed-signal Circuit Design" Volume II / R.Jacob Baker, IEEE Press. Основными показателями качества для ЦАП являются точность, быстродействие и удобство реализации в интегральном исполнении.

В некоторых схемах ЦАП используют токи источников тока, находящиеся в троичном соотношении между собой, например 1,3, 9, 27.

Такая схема применена в ЦАП, выполненном согласно патенту «Цифроаналоговый преобразователь» RU 2360359 С1, МПК H03K 1/74, 27.06.2009, который является наиболее близким к заявленному изобретению и выбран в качестве прототипа.

В известной схеме ЦАП имеется несколько источников тока и такое же число дифференциальных усилителей, каждый из которых соединен с одним источником тока и выполнен с возможностью питания от данного источника тока, причем выходы дифференциальных усилителей соединены, при этом токи источников тока находятся в троичном соотношении между собой, а входами дифференциальных усилителей управляют таким образом, что ток каждого выхода усилителя принимает значения 0, Iо, Iо/2.

Недостатком ЦАП прототипа является то, что в нем дифференциальные усилители (которые работают в качестве ключей) используют для формирования трех уровней выходного тока (Io, Io/2 либо 0). Иными словами, в прототипе ключи используются не только как коммутаторы, которые включают или отключают ток, но также используются для формирования эталонного тока ЦАП (для деления пополам токов эталонных источников тока), то есть задействованы в обеспечении точности ЦАП. Поэтому для обеспечения высокой точности преобразования требуется большая точность дифференциальных усилителей, что усложняет и удорожает ЦАП.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции, уменьшение стоимости изготовления и повышение быстродействия цифроаналогового преобразователя 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.

Таким образом, поставленная задача решена путем создания цифроаналогового преобразователя, содержащего несколько переключающих каскадов с троичной логикой управления каскадом и тем, что токи источников тока каскадов находятся в троичном соотношении между собой, при этом основное отличие заявляемого изобретения от прототипа состоит в том, что в каждом переключающем каскаде источники тока могут быть подключены к положительной или отрицательной сборной шине, токи шин подаются на сумматор, который из разности токов сборных шин формирует двухполярный выходной сигнал ЦАП.

На фиг.1 представлена упрощенная схема ЦАП, выполненная согласно заявляемому изобретению.

На фиг.2 показан дифференциальный усилитель, выполненный на основе биполярных транзисторов.

Токи источников тока (1-4) находятся в троичном соотношении 1:3:9:27. Источники тока (1-4) могут подключаться с помощью трехпозиционных ключей (5-8) к положительной или к отрицательной сборным шинам, либо быть отключенными, сборные шины подключены к сумматору 9. Положительная сборная шина подключена к положительному входу сумматора 9, отрицательная сборная шина подключена к отрицательному входу сумматора 9.

Сумматор 9 из разности токов сборных шин формирует двухполярный выходной сигнал цифроаналогового преобразователя.

Данная схема ЦАП позволяет формировать выходной сигнал в диапазоне от +40 до -40. В общем случае данная схема ЦАП формирует 3N уровней выходного сигнала, где N - число каскадов (число источников тока). Соответственно для N=4 ЦАП может сформировать 81 выходной уровень.

Для лучшего понимания заявляемого изобретения рассмотрим формирование нескольких выходных сигналов ЦАП.

Например, сигнал, равный +14, может быть сформирован из источников тока как (-1-3-9+27). Сигнал, равный -15, может быть сформирован из источников тока как (+3+9-27).

Наибольшее быстродействие ключей в настоящее время достигнуто в переключающих устройствах, выполненных на базе дифференциального усилителя, состоящего из двух транзисторов. Ток Io условного источника тока 10 (фиг.2) подключен к транзисторам 11 и 12 дифференциального усилителя. При закрытых транзисторах 11 и 12 на выходах 13 и 14 ток отсутствует. При управляющих сигналах, открывающих транзистор 11, на выходе 13 появляется ток Io, на выходе 14 ток отсутствует. При управляющих сигналах, открывающих транзистор 12, на выходе 14 появляется ток Io, на выходе 13 ток отсутствует. Таким образом, один дифференциальный усилитель на транзисторах 11 и 12 формирует один из трехпозиционных ключей (5-8). При этом дифференциальный усилитель в заявленном изобретении работает только в ключевом режиме, включает и отключает ток, что упрощает требования к схеме и удешевляет ЦАП при той же точности.

Дифференциальный усилитель на фиг.2 условно показан выполненным на основе биполярных транзисторов. Точно так же имеется возможность выполнения дифференциальных усилителей на основе полевых (КМОП) транзисторов и транзисторов других типов.

Использование троичной логики управления предлагаемого ЦАП позволяет уменьшить число каскадов при сопоставимой точности. Так, для троичной логики управления схема ЦАП формирует 3N уровней выходного сигнала, где N - число каскадов. При двоичной логике управления схема ЦАП формирует 2N уровней выходного сигнала. Поэтому при одинаковом числе каскадов N троичная логика управления формирует в (3/2)N раз больше уровней, чем ЦАП с двоичной логикой управления.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Цифроаналоговый преобразователь, содержащий несколько источников тока и такое же число дифференциальных усилителей, выполненных на транзисторах, причем токи источников тока находятся в троичном соотношении между собой, отличающийся тем, что 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.

2. Цифроаналоговый преобразователь по п.1, отличающийся тем, что один выход каждого дифференциального усилителя подключен к положительной сборной шине, второй выход каждого дифференциального усилителя подключен к отрицательной сборной шине.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов.

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.

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).

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.

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к элементам систем цифрового управления, представляющим в виде двоичного кода точную информацию о текущем угловом положении подвижной части объекта регулирования. Технический результат - возможность амплитудного преобразования следящего типа углового положения ротора СКВТ α в выходной двоичный код N с максимальным значением методической погрешности преобразования менее 2 угл.с. Технический результат достигается за счет применения в основном канале простейших функциональных цифроаналоговых преобразователей с базовой функцией вида f(x)=(1+К)x/(l+кx), а в корректирующем канале - формирователя определенного напряжения, используемого в качестве дополнительной составляющей сигнала цепи рассогласования текущих значений угла α и двоичного кода N. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат: расширение в несколько раз частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников входных напряжений ко входам компараторов напряжения. Для этого предложен сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом, который содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения, первый вход которого соединен с первым источником входного напряжения через первый эталонный резистор, а второй вход компаратора напряжения подключен ко второму источнику входного противофазного напряжения через второй эталонный резистор, причем первый вход компаратора напряжения связан с первым источником опорного тока и первым паразитным конденсатором, второй вход компаратора напряжения связан со вторым источником опорного тока и вторым паразитным конденсатором. Первый источник опорного тока выполнен в виде первого токового зеркала, согласованного с первой шиной источника питания, и первого вспомогательного источника опорного тока, соединенного со входом первого токового зеркала, причем выход первого токового зеркала является выходом первого источника опорного тока, а второй источник входного противофазного напряжения связан со входом первого токового зеркала через первый корректирующий конденсатор. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве входного устройства цифровых вычислительных комплексов для регистрации быстропротекающих электрических процессов. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а именно надежности работы и массогабаритных характеристик. Аналого-цифровой преобразователь содержит n-разрядный приоритетный шифратор, триггер Тг0, схему И И0, n-разрядный регистр, n триггеров Тг1, …, Тгn со схемами И И1, …, Иn, n-разрядный преобразователь код-напряжение, схему сравнения, шину запуска, n аналоговых компараторов напряжения K1, …, Kn, n блоков эталонных напряжений Uэт1, …, Uэтn, n-разрядный демультиплексор и генератор тактовых импульсов. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при разработке быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Технический результат - повышение точности калибровки N-разрядного комбинированного АЦП путем уменьшения погрешности преобразования АЦП за счет снижения влияния рассогласования параметров элементов с помощью калибровки. N-разрядный комбинированный АЦП содержит входной параллельный М-разрядный АЦП1 и М-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), использующие общий последовательный резистивный делитель, источник опорного напряжения Vref, устройство выборки и хранения (УВХ) разностного сигнала входа АЦП и выходного напряжения ЦАП и конвейерный (М-М+1)-разрядный АЦП2. При калибровке вычисляют и загружают в ЦАП2к код калибровки CR, а также коды CSi калибровки каждого сегмента, используемые во время нормальной работы как аддитивные поправки к выходному коду АЦП, при этом за счет единичного коэффициента передачи первого каскада конвейера АЦП2 формируется близкий к нулю сигнал. В АЦП, использующих УВХ и АЦП2 с двойной выборкой, ЦАП2к и источник Vref2 сдвоенные и формируют напряжения Vref2A и Vref2B индивидуально для каждого из двух семплеров А и В. 6 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах обработки аналоговых сигналов и, в частности, в быстродействующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Технический результат - уменьшение погрешности преобразования АЦП за счет устранения расслоения смещения нуля по семплерам путем введения калибровки смещения нуля индивидуально для каждого семплера. N-разрядный комбинированный АЦП включает входной параллельный М-разрядный АЦП1, М-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), устройство выборки и хранения (УВХ) и конвейерный (N-М+1)-разрядный АЦП2. М-разрядные АЦП1 и ЦАП1 используют общий последовательный резистивный делитель. УВХ с двойной выборкой, состоящее из усилителя и двух семплеров, формирует разностный сигнал входного напряжения АЦП и выходного напряжения ЦАП. Весь аналоговый тракт АЦП выполнен дифференциальным. В АЦП реализована индивидуальная калибровка смещения нуля для разных семплеров, для чего используют два идентичных ЦАПа калибровки и коммутатор, подающий на усилитель УВХ сигнал калибровки, соответствующий семплеру, находящемуся в режиме хранения, от одного из ЦАПов калибровки. При калибровке на вход УВХ подают нулевой дифференциальный сигнал с синфазным уровнем, равным или близким к синфазному уровню входного сигнала. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх