Цифроаналоговый преобразовательс автоматической коррекцией нели-нейности

Союз Советскик Социалистическиз Республик(51)М. Клз с присоединением заявки йо(23) Приоритет 03 К 13/03 Гоеудврстмккый комитет СССР яо девам нзобретений я открытнйДата опубликования описания 28. 02. 81 Лениитрадокии ордена Ленина алектротехническяЪ - .институт имени В.И . Ульянова (Ленина) аявитель) ЦИФРОАНАЛОРОВЫЙ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЕОБРАЭОВАТЕЛЬОРРЕКЦИЕЙ НЕЛИНЕЙНОСТ постоян дин переклю нен чераналоговыходыуправля Изобретение относится к вычислительной 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 генераторв тока 13.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 сосьавляет большую часть об" щей ошибки.Наиболее близким к предлагаейму является цифроаналоговый преобраэова тель, содержащий блок управления, генератор постоянного тока, ценной делитель тока, а также аналоговые за поминающие элементы, управляемые генераторы тока и переключатели тока по числу разрядов преобразуемого кода и о чательного тока.Выход каждого генератора токасоединен с йнформационным входомпереключателя тока, первый выход которого соединен с входом цепногоделителя тока, а второй - с общейшиной, Выход цепного делителя тока о соединен через конденсатор с усилителем переменного тока, выход которого соединен с входом фазочувствительного выпрямителя. Выход фазочувствительного выпрямителя соедиез распределитель с входамивых запоминающих элементов,которых соединены с входамиемых генераторов тока, управляющие входы аналоговых запоминающихэлементов, распределителя и переклю О чателей тока соединены с выходаМиблока управления 2.Недостатками этого преобразователяявляются необходимость многократногопоочередного подключения генераторовтока корректируемого и всех младшихразрядов ко входам цепного делителя,измерения и выпрямления импульсныхсигналов с целью замыкания обратнойсвязи. Это существенно увеличивает ЗО время коррекции и требует ислользова 809549. ния в фазовом детекторе и аналоговых запоминающих элементах конденса-торов большой емкости.Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя и улучшение технологичности его изготовления.Поставленная цель достигается тем,кто в цифроаналоговый преобразовательс автоматической коррекцией нелинейности, содержащий цепной делитель тока, генератор постоянного тока иуправляемые генераторы тока, выходыкоторых соединены с информационнымивходами переключателей тока, первыевыходы которых соединены с входамицепного делителя тока, а вторые в . 15с общей шиной, блок управления ианалоговые запоминающие элементы,выходы которых соединены с входамиуправляемых генераторов тока, включены регистр сдвига, дополнительный 20аналоговый 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 первойгруппы элементов ИЛИ соединены спервым входом последующего, а у первого из них входы объединены, выходы всех элементов ИЛИ второй группыи одного элемента И соединены суправляющими входами переключателейтока, первые входы элементов ИЛИвторой 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 соедииены 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 синхроимпульсовблока управления соединен с первымивходами элементов И и "Запрет",управляющим входом дополнительного аналогового запоминающего элемента ивходом синхронизации регистра сдвига информационный вход которогосоединен с выходом блоКа управления,а выходы - со вторыми входами элементов "Запрет" и вторыми входамиэлементов ИЛИ первой группы, вторые выходы которых соединены совторыми входами элементов И.На чертеже представЛена блок-схема предлагаемого устройства, 60Цифроаналоговый преобразовательс автоматической корреКцией нелинейности содержит цепной делитель 1тока, входы которого соединены свыходами переключателей 2 тока рабочих разрядов и переключателя 3тока эталонного разряда, вторыевыходы которых соединены с общейшиной, управляющие входы переключателей 2 - с выходами элементов ИЛИ 4,переключателя 3 - с выходом элемента И 5, информационные входыпереключателей 2 рабочих разрядовсоединены с выходами управляемыхгенераторов б тока, а вход переключателя 3 эталонного разряда - с выходом генератора постоянного тока 7.Входы управляемых генераторов бпостоянного тока соединены с выходами аналоговых запоминающих элементов 8, информационные входы которых соединены с выходом дифференциального операционного усилителя 9,а управляющие входы - с выходамиэлементов 10 ."Запрет". Неинвертирующий вход усилителя 9 соединен свыходом цепного делителя 1 тока, аинвертирующий - с выходом дополнительного аналогового запоминающегоэлемента 11, информационный вход которого соединен с выходом операционного усилителя 9, а управляющий - свыходом синхроимпульсов (СИ) блока12 управления и входом синхронизациис регистра 13 сдвига. Информационныйвход регистра 13 сдвига соединен свыходом блока 12 управления. ВыходыВО,В,В регистра 13 сдвига соедйнейы с первыми, входами цепочкиэлементов ИЛИ 14, второй вход каждого из которых соединен с выходомследующего, 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 Во, В, ,В и Регистра 13 сдвига, а вторые входыэлементов И 15 соединены с выходамиэлемеитов ИЛИ 14. Выходы элементов10 "Запрет" и элементов И 15 попарно соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ4, третьи входы которых подключенык выходам блока 12 управления, наних поступает преобразуемый кодАА,А,1,Все элементы устройства широкоизвестны. Блок 12 управления можетбыть реализован в виде генератораи распределителя импульсов. Кон-.кретная схема распределителя импульсов определяется областью применения ЦАП.Устройство работает следующимобразом.Предусмотрены два режима работы"коррекция" и "преобразование". Врежиме "коррекция" блок 12 управления прекращает выдачу преобразуемых кодов, и на соответствующихвыходах устанавливаются напряжения,соответствующие логическому "нулю".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 М тактов (М 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( К, +Е) К /К.,где о 1 ифью 1, к=о, к./к - е =1 око,где К - коэффициент передачи токамладшего разряда на выход цепного делителя 1.Таким образом, напряжение, создаваемое на выходе ЦАП генератором ток генератора постоянного тока;К о - коэФфициент передачитока. генератора постоянного тока на выходделителя, имеющий размерность сопротивления;К и К.- коэффициенты усиленияоперационного усилителяпо инвертирующему и неинвертирующему входамсоответственно;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.За 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 фб тока младшего разряда становится равным напряжению, создаваемому генератором 7 постоянного тока.Аналогично в каждом очередном 1-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 -1 разрядов и эталонного, .а после окончания синхроимпульса на аналоговом запоминающем элементе 8 1-го разряда устанавливается такое напряжение, что весовой коэффициент этого разряда ра- вен 5 1 О 5О =Хо Ко Е К 2 ) ьигде Ю = 0 или 1 - значение -го разряда преобразуемого кода. Таким образом, обеспечивается линейность преобразования независимо 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 20 1 К=1 Х 1 К 1 о Ко 2 То К,При этом ошибки, вызванные ЭДСсмещения и неидентичностью коэффициентов передачи по разным входамоперационного усилителя в каждомтакте компенсируются.После М тактов коррекции токиво всех разрядах устанавливаютсятакими, что весовые коэффициентыкаждого разряда пропорциональны ЗО целой степени двух.Блок 12 управления автоматическипереходит в режим "преобразование".При этом на выходы блока 12 управ-.ления поступают коды, подлежащие 35 декодированию. Через элементы ИЛИ 4эти коды поступают на управляЮщиевходы переключателей 2 тока. Напряжение на выходе цепного делителя 1тока при этом пропорционально числу, 4 О представленному входным позиционнымдвоичным кодомимпульсных сигналов в фазовом детекторе, что существенно (в 50-100 раз) сокращает необходимое время коррекцииеДополнительный 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 изобретенияЦифроаналоговый 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя и улучшения технологичности его изготовления, в него включены регистр сдвига, дополнительный аналоговый запоминающий зле 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 второйгруппы и одного элемента И соединены с управляющими входами переключателей тока, первые входы элементов ИЛИ второй группы соединены свыходами преобразуемого кода блокауправления, вторые входы - с выходами элементов И, а третьи - с выходами элементов "Запрет" и управляющими входами аналоговых запоминающихэлементов, информационные входы которых соединены с выходом операционного усилителя с дифференциальнымвходом, неинвертирующий вход которо го соединен с выходом цепного делителя тока, а инвертирующий - с выходом дополнительного аналоговогозапоминающего элемента, выход синхроимпульсов блока управления соединен 20 с первыми входами элементов И и"Запрет", управляющим входом дополнительного аналогового запоминающегоэлемента и входом синхронизации регистра сдвига, информационный входкоторого соединен с выходом блокауправления, а выходы - со вторымивходами элементов "Запрет" и вторымивходами элементов ИЛИ первой группы,вторые выходы которых соединены совторыми входами элементов И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 349099, кл. Н 03 К 13/00, 25.07.722. Микроэлектронные кодирующие идекодирующие преобразователи.Под ред. Смолова В.Б. Л., "Энергия",1976 (прототип) .809549 Составитель Г. Шап Техред Е.Гаврилешк Корректор М. Вигула ". Редактор С. Шевчен аказ 457/77 илиал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 999 ВНИИПИ Государственно по делам ивобретени 113035, Москва, Ж, РаПодписное комитета СССР и открытий ская наб., д. 4