Цифроаналоговый преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)4 Н 03 РЕТЕН ТЕЛЬСТ орско ого п зводст атиче Вищшк етельство СССР03 М 1/66, 1981. 4 ОСУДДРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(71) Специальное конструкнологическое бюро физичеростроения с опытным проИнститута физики АН УССР(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 ре 8014518 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, Сю Дополнительное повышение линейности характеристики достигнуто за счет введения блока 9 сравнения и снижения асимметрии цепей суммирования р в блоке 8 суммирования. 2 з.п. ф"лы. 2 ил, 1451864Изобретение относится к автоматИке и преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях цифровой информации в аналого-.вую, а также для построения програм, мируемых генераторов линейно изменяющегося напряжения,Цель изобретения - повьппение линейности характеристики преобразованияНа фиг,1 представлена функциональная схема цифроаналогового преобразователя; на фиг.2 изображены функциональные схемы блока суммированияи 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 иблок 9 сравненияБлок 8 суммирования (фиг,2) выполнен на двух сумматорах 10, 11 токов, двух преобразователях 12, 13 ток - напряжение, двухпереключателях 14, 15 и преобразователе 16 сопротивления. Блок 9 сравнения (фиг2) выполнен на двух источниках 17, 18 порогового напряжения, переключателе 19, компараторе 20 иключе 21,Цифроаналоговый преобразователь(фиг.1) работает следующим образом.В исходном состоянии импульсы навыходе преобразователя 2 кодов отсутствуют, сигналы на выходах ДП 5 т7 и блока 8 суммирования равны нулю.Ключ 3 находится в замкнутом состоянии. В блоке 9 сравнения ключ 21 ра-.зомкнут, а выход переключателя 19скоммутирован к выходу второго источника 18 порогового напряжения.Переключатель 4 и переключатели 14,15 блока 8 суммирования находятся водном из двух взаимно согласованныхположений (например, в положениях,показанных на фиг.1 и 2).Выходной сигнал цифроаналоговогопреобразователя (ЦАП) образуетсяпутем последовательного формированиялинейных сегментов выходной характеристики ЦАП. Начальные и конечныеточки линейных сегментов определяются выходными сигналами декодирующих преобразователей ДП 5 и 6, апромежуточные - выходным сигналом ДП7, причем выходные сигналы ДП 5 и 6используются для задания начальных иконечных точек сегментов поочередно,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Выходной сигнал ЦАП в пределах одногосегмента получают суммированием сигналов на выходе ДП 5 или 6 с сигналом ДП 7. Полная шкала преобразования ДП 7 выбирается из условияМ 2 Н, +2 Н р+2 С +1,где М- полнаяшкала ДП 7;Йъ, , Н и С - интегральная, дифференциальная нелинейности и погрешность смещения нуляДП 5 (ДП 6) соответственно, выраженные в единицах их младшего разряда.В качестве конечной точки линейного сегмента принимается лишь такоезначение выходного сигнала ДП 5 (ДП6), которое при формировании линейноувеличивающегося выходного сигналаЦАП превышает фиксированную для данного ЦАП величину, выбираемую из условия Р м 0,5 М 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 свыходным сигналом ДП 5 или 6 осуществляется с двумя значениями допусков,задаваемых соответственно двумя источниками 17, 18 порогового напряжения, Первый (более широкий) допускиспользуется для выбора значений конечных точек линейных сегментов выходного сигнала 1 МЛ. Его величина выбирается равной Р и задается источником 18 порогового напряжения, Второй (существенно более узкий) допускиспользуется для определения моментовравенства между выбранными значениями конечных точек линейных сегментови выходным сигналом ЦАП. Величинаузкого допуска, формируемого источником 17 порогового напряжения, выбирается с учетом допустимого значения дифференциальной нелинейностиЦАП, В общем случае величина этогодопуска должна иметь порядок долейединицы младшего разряда ДП 7.Рассмотрим один цикл формированиялинейно нарастающего сигнала,Входной код, соответствующий конечной точке линейно изменяющегосявыходного 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 выходной55 сигнал, а следовательно, и выходное пряжения ЦАП.г торык соответствует значению входного кода, С выхода преобразователя 2кодов импульсы поступают на цифровой вход ДП 7. Частота поступг гнияимпульсов определяется частотой внутреннего генератора преобразователя2 кодов. По мере поступления импульсов выходной сигнал ДП 7 начинает линейно увеличиваться, В сумматоре 11токов 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 1 6 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 неравномернымии знакопеременными скачками, соответствующими имеющейся в ДП 5 дифференциальной нелинейности. Через сумматор 10 токов и преобразователь 12ток - напряжение выходной сигнал ДП5 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 входкомпаратора 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 17порогового напряжения и замыкаетключ 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 точ 10 15 20 25 30 35 40 45 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 допуском, 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 состоянии, отличающемся от предыдущего только положением переключателей 4, 14 и 15 и содержимым ДП 5 и 7. В результате нового положения переключателей 4, 14 и 5 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 6тав которых помимо собственно ключейвходят элементы памяти (триггеры).Подключение входа опорного напряБжения ДП 7 к шине опорного сигнала в 10 15 формула изобретения 201, Цифроаналоговый преобразователь, содержащий первый, второй итретий декодирующие преобразователи,блок суммирования, регистр, входы 2 б которого являются входной шиной преобразуемого кода, выходы регистраподключены к соответствующим входампреобразователя кодов, выход которого подключен к цифровому входу перЗ 0 вого декодирующего преобразователя,выход которого соединен с первым информационным входом блока суммирования, первый выход которого являетсявыходной шиной, вход опорного сигнала второго декодирующего преобразователя объединен с одноименным входомтретьего декодирующего преобразователя и является входной шиной опорногосигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ,10 что, с целью повышения линейности характеристики преобразования, в него 5 1Увеличение выходного напряженияЦАП при формировании второго сегмента продолжается до совпадения выходного напряжения преобразователя 12 свыходным напряжением преобразователя13, значение которого соответствуетначальной точке третьего сегмента.Значения начальных точек третьего идругих нечетных сегментов подбирается аналогично описанному вьппе порядку подбора значений начальных точекчетных сегментов. Отличие состоит втом, что для формирования значенийначальных точек нечетных сегментовиспользуется ДП 6, а соответствующееего 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, произойдутповторное переключение переключателей 4, 14 и 15 и возврат элементовЦАП в исходное состояние, после чегоначнется формирование третьего линейно увеличивающегося сегмента выходного напряжения ЦАП, и т.д. до достижения выходным напряжением ЦАП значения, соответствующего записанномув регистре 1 коду, На этом формирование линейно возрастающего напряжения на выходе ЦАП прекращается.Установившееся значение выходногонапряжение ЦАП сохраняется до поступления следующего кода в регистр 1,после чего описанный процесс формирования линейно возрастающего напряжения повторится.В предлагаемом ЦАП при обеспечениисоответствующей полярности выходныхсигналов ДП 5 - 7 может быть выполнено формирование линейно убывающегонапряжения.Преобразователь 2 кодов может бытьреализован на счетчике импульсов, содержащем входы занесения цифровой информации, и генераторе импульсов.Последний импульс преобразователя 2кодов определяет момент окончания .преобразования параллельного входногокода в последовательный код. Ключи3 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 второгои третьего декодирующих преобразователей, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока суммироваб 0 ния, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми вторым входами блока сравнения,первый выход которого подключен к управляющему входу блока суммирования, Б входу обнуления первого декодирующего преобразователя, к первому управляющему входу ключа и управляющему входу переключателя, информационный вход которого соединен с выходом648первым 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 щ и й с я тем, что блок сравнения выполнен на первом и втором источниках порогового,напряжения, компараторе, переключателе и 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 входы 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 вход переключателя объединен с вторым управляющим входом ключа и подключен к выходу ключа. 14518 ключа, информационный и второй управляющий входы которого подключены соответственно к выходу преобразо" вателя кодов и второму выходу блока сравнения, вход опорного .сигнала пер-. вого декодирующего преобразователя соединен с одноименным входом второго декодирующего преобразователя.2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я 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 О разователя сопротивления является