Цифроаналоговый преобразовательс автоматической коррекцией нели-нейности

 

ОЛЯСАНие

ИЗОБРETEnHS ""

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик (И) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Завалено 16.04.79 (21) 2751670 j18-.21 (51)М с присоединением заявки йо (23) Приоритет

H 03 К 13/03

Гоеудвретмккый комитет

СССР яо делам нзобретения я открытнй

Опубликовано 250281. Бюллетень Н9 8 (5Ç) УДК 681. 325 (088.8) Дата опубликования описания 28 . 02. 81

Лениитрадокии ордена Ленина алектротехническяЪ .-институт имени В.И. Ульянова (Ленина)

1 аявитель

{54) ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ

Изобретение относится к вычисли= тельной технике и системам управления, в частности, к устройствам преобразования информации.

Известны цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), содержащие генераторы тока, переключатели тока и цепные делители тока. Повышение точности в подобных ЦАП осуществляется путем стабилизации тока генераторов тока (11.

НЕдостатком таких преобразователей является нетехнологичность их изготовления, значительные затраты оборудования и большое потребление энергии при эксплуатации.

Кроме того, коррекция линейных параметров не может обеспечить значительное повышение точности в тех случаях, когда ошибка нелинейности сосъ авляет большую часть общей ошибки.

Наиболее близким к предлагаемому является цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок управления, генератор постоянного тока, ценной делитель тока, а также аналоговые saпоминающие элементы, управляемые генераторы тока и переключатели тока по числу разрядов преобразуемо2 н го кода и один переключатель постоянного тока.

Выход каждого генератора тока соединен с йнформационным входом переключателя тока, первый выход которого соединен с входом цепного делителя тока, а второй — с общей шиной. Выход цепного делителя тока соединен через конденсатор с усилителем переменного тока, выход которого соединен с входом фазочувствительного выпрямителя. Выход фазочувствительного выпрямителя соединен через распределитель с входами аналоговых запомИнающих элементов, выходы которых соединены с входами управляемых. генераторов тока, управляющие входы аналоговых запоминающих элементов, распределителя и переключателей тока соединены с выходаМи блока управления f2/.

Недостатками этого преобразователя являются необходимость многократного поочередного подключения генераторов тока корректируемого и всех младших разрядов ко входам цепного делителя, измерения и выпрямления импульсных сигналов с целью замыкания обратной связи. Это существенно увеличивает время коррекции и требует использова809549

65. ния в фазовом детекторе и аналоговых запоминающих элементах конденса-i торов большой емкости.

Цель изобретения — повышение быстродействия преобразователя и улучшение технологичности его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, кто в цифроаналоговый преобразователь с автоматической коррекцией нелинейности, содержащий цепной делитель тока, генератор постоянного тока и управляемые генераторы тока, выходы которых соединены с информационными входами переключателей тока, первые выходы которых соединены с входами цепного делителя тока, а вторые с общей шиной, блок управления и аналоговые запоминающие элементы,выходы которых соединены с входами управляемых генераторов тока, включены регистр сдвига, дополнительный 2О аналоговый запоминающий элемент, операционный усилитель с дифференциальным входом, первая группа элементов ИЛИ, вторая группа элементов ИЛИ, элементы И и "Запрет" по числу разрядов преобразователя, причем выходы каждого предыдущего из первой группы элементов ИЛИ соединены с первым входом последующего, а у первого из них входы объединены, выходы всех элементов ИЛИ второй группы и одного элемента И соединены с управляющими входами переключателей тока, первые входы элементов ИЛИ второй группы соединены с выходами преобразуемого кода блока управления, вторые входы — с выходами элементов И, а третьи — с выходами элементов "Запрет" и упраэляющими входами аналоговых запоминающих элементов, информационные входы которых соеди- @ иены с выходом операционного усилителя с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого соединен с выходом:цепного делителя тока, B инвертирующий — c Bhlxo+QM допол 45 нительного аналогового запоминающего элемента, выход синхроимпульсов блока управления соединен с первыми входами элементов И и "Запрет",управляющим входом дополнительного àíà- gp логового запоминающего элемента и входом синхронизации регистра сдвига информационный вход которого соединен с выходом блоКа управления, а выходы — со вторыми входами элементов Запрет и вторы,, входа „ 55 элементов ИЛИ первой группы, вторые выходы которых соединены со вторыми входами элементов И.

На чертеже представЛена блок-схема предлагаемого устройства. 60

Цифроаналоговый преобразователь с автоматической корреКцией нелинейности содержит цепной делитель 1 тока, входы которого соединены с выходами переключателей 2 тока рабочих разрядов и переключателя 3 тока эталонного разряда, вторые выходы которых соединены с общей шиной, управляющие входы переключателей 2 — с выходами элементов ИЛИ 4, переключателя 3 — с выходом элемента И 5, информационные входы переключателей 2 рабочих разрядов соединены с выходами управляемых генераторов 6 тока, а вход переключателя 3 эталонного разряда — с выходом генератора постоянного тока 7.

Входы управляемых генераторов б постоянного тока соединены с выходами аналоговых запоминающих элементов 8, информационные входы которых соединены с выходом дифференциального операционного усилителя 9, а управляющие входы — с выходами элементов 10 "Запрет". Неинвертирующий вход усилителя 9 соединен с выходом цепного делителя 1 тока, а инвертирующий — с выходом дополнительного аналогового запоминающего элемента 11, информационный вход которого соединен с выходом операционного усилителя 9, а управляющий — с выходом синхроимпульсов (СИ) блока

12 управления и входом синхронизации с регистра 13 сдвига. Информационный вход регистра 13 сдвига соединен с выходом блока 12 управления. Выходы

B В„,...В„ регистра 13 сдвига соедйнейы с первыми, входами цепочки элементов ИЛИ 14, второй вход каждого из которых соединен с выходом следующего, а оба входа первого элемента ИЛИ 14 соединены между собой.

Первые входы элементов И 15 и элементов 10 "Запрет" соединены с выходом СИ блока 12 управления. Вторые входы элементов 10 "Запрет" соединены с выходами В, В„,...В „ регистра 13 сдвига, а вторые входы элементов И 15 соединены с выходами элемейтов ИЛИ 14. Выходы элементов

10 "Запрет" и элементов И 15 попарно соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ

4, третьи входы которых подключены к выходам блока 12 управления, на них поступает преобразуемый код

А,А,...А„.

Все элементы устройства широко известны. Блок 12 управления может быть реализован в виде генератора и распределителя импульсов. Кон-. кретная схема распределителя импульсов определяется областью применения ЦАП.

Устройство работает следующим образом.

Предусмотрены два режима работы

"коррекция" и "преобразование". В режиме "коррекция" блок 12 управления прекращает выдачу преобразуемых кодов, и на соответствующих выходах устанавливаются напряжения, соответствующие логическому "нулю".

809549

Одновременно на выходе блока 12 управления, соединенном с информационным входом 0 регистра 13 сдвига появляется импульс, устанавливающий младший разряд регистра 13 сдвига в единичное состояние. Цикл коррекции занимает N тактов (й разрядность ЦАП),В каждом такте единица, записанная в регистр 13 сдвига сдвигается на один разряд в сторону старших разрядов.

В первом такте коррекции, пока существует синхроимпульс, сигналы, соответствующие логической "единице", присутствуют на выходах последней ячейки цепочки элементов ИЛИ

14 и первого элемента И 5. При этом ток генератора 7 постоянного тока поступает на вход делителя 1 тока и разрешается запись напряжения в дополнительный аналоговый запоминающий элемент 11. На выходе элемента 11.за счет глубокой отрицательной обратной связи через операционный усилитель с дифференциальным входом устанавливается напряжение

u„„(iрко+ e ) к /к»., где !о

0 1 ых 1» К„= U„, к„/к — Е = тКв, где К вЂ” коэффициент передачи тока младшего разряда на выход цепного делителя 1.

Таким образом, напряжение, создаваемое на выходе ЦАП генератором ток генератора постоянного тока;

К о — коэффициент передачи тока. генератора постоянного тока на выход делителя, имеющий размерность сопротивления;

К и К».- коэффициенты усиления операционного усилителя по инвертирующему и неинвертирующему входам соответственно; е — ЭДС смещения операционного усилителя.

После окончания синхроимпульса генератор 7 постоянного тока отключается от входа цепного делителя 1 тока. Сигналы, соответствующие логической "единице" возникают на выходах элемента 10 "Запрет" и элемента ИЛИ

4, соответствующих мпадшему разряду

ЦАП; и .на управляющем входе аналогового Уапоминающего элемента 8, соединенного с генератором б тока этого разряда.

3а счет глубокой отрицательной обратной связи на аналоговом запоминающем элементе 8 мпадшего разряда устанавливается напряжение, сводящее к нулю разбаланс напряжений на входах операционного усилителя 9.

При этом б тока младшего разряда становится равным напряжению, создаваемому генератором 7 постоянного тока.

Аналогично в каждом очередном

i-ом такте коррекции во время существования синхроимпульса на выходе блока 12 управления в дополнительном аналоговом запоминающем элементе 11 запоминается напряжение, равное ,с точностью до ЭДС смещения операционного усилителя и неидентичности (его коэффициентов передачи по разным входам) сумме весовых коэффициентов всех младших i 1 разрядов и эталонного, .а после окончания синхроимпульса на аналоговом запоминающем элементе 8 i ãî разряда устанавливается такое напряжение, что весовой коэффициент этого разряда равен

10!

5 и

=1o. Ко Е К» 2 ) i1a - (» где Ю = 0 или 1 — значение i-го разряда преобразуемого кода. Таким образом, обеспечивается линейность преобразования нез ависимо от конкретных характеристик (в частности от точности изготовления) генераторов тока, токовых ключей и цепного делителя тока.

Масштаб преобразования при этом не стабилизируется, для этого могут быть применены известные узлы автоматической коррекции масштаба преобразования.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность преобразования без предъявления существенных требований к точности изготовления элементов схемы.

В отличие от известных устройств оно не требует многократного чередования состояний ключей при коррекции каждого разряда и фильтрации

»»

i-»

20 1 "J+1о Ко 2 о "о

ice»

При этом ошибки, вызванные ЭДС смещения и неидентичностью коэффициентов передачи по разным входам операционного усилителя в каждом такте компенсируются.

После и тактов коррекции токи во всех разрядах устанавливаются такими, что весовые коэффициенты каждого разряда пропорциональны целой степени двух.

Блок 12 управления автоматически переходит в режим "преобразование".

При этом на выходы блока 12 управ-. ления поступают коды, подлежащие

З5 декодированию. Через элементы ИЛИ 4 эти коды поступают на управляЮщие входы переключателей 2 тока. Напряжение на выходе цепного делителя 1 тока при этом пропорционально числу, Щ представленному входным позиционным двоичным кодом

809549 импульсных сигналов в фазовом детекторе, что существенно (в 50-100 раз) сокращает необходимое время коррекции °

Дополнительный эффект, который дает предлагаемое устройство заключается в снижении необходимых номиналов емкостей в аналоговых запоминающих элементах и фазовых детекторах, что обеспечивает воэможность интегральной реализации устройства.

Формула изобретения

Цифроаналоговый преобразователь с автоматической коррекцией нелинейности, содержащий цепной делитель тока, генератор постоянного тока и управляемые генераторы тока, выходы которых соединены с информационными входами переключателей тока, первые выходы которых соединены с входами цепного делителя тока, а вторые— с общей шиной, блок управления и аналоговые запоминающие элементы, выходы которых соединены с входами управляемых генераторов тока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя и улучшения технологичности его изготовления, в него включены регистр сдвига, дополнительный аналоговый запоминающий эле. мент, операционный усилитель с дифференциальным входом, первая группа элементов ИЛИ,вторая группа элементов ИЛИ, элементы И и "Запрет", по числу разрядов преобразователя, причем выходы каждого предыдущего из первой группы элементов ИЛИ соединены с первым входом последующего, а у первого из них входы объединены, выходы всех элементов ИЛИ второй группы и одного элемента И соединены с управляющими входами переключателей тока, первые входы элементов ИЛИ второй группы соединены с выходами преобразуемого кода блока управления, вторые входы — с выходами элементов И, а третьи - с выходами элементов "Запрет" и управляющими входами аналоговых запоминающих элементов, информационные входы которых соединены с выходом операционного усилителя с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого соединен с выходом цепного делителя тока, а инвертирующий - с выходом дополнительного аналогового запоминающего элемента, выход синхроимпульсов блока управления соединен

29 с первыми входами элементов И и

"Запрет", управляющим входом дополнительного аналогового запоминающего элемента и входом синхронизации регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом блока управления, а выходы - со вторыми входами элементов "Запрет" и вторыми входами элементов ИЛИ первой группы, вторые выходы которых соединены со вторыми входами элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 349099, кл. Н 03 K 13/00, 25.07.72 °

2. Микроэлектронные кодирующие и декодирующие преобразователи.

Под ред. Смолова В.Б. Л., "Энергия", 1976 (прототип) .

809549

Составитель Г. Шаповал

Техред Е.Гаврилешко Корректор М. Вигула ".

Редактор С. Шевченко

Эаказ 457/77

Тираж 999 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент"; r. Ужгород, ул. Проектная,4