Способ функциональной подгонки цифроаналоговых преобразователей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) (11) 9 д) 4 н оз 10 с,ТЕНИЯ згото оговых ридно- изобре катни ится к бельной те ожет быт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗО ВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СИОСОБ ФУНКЦИОНАЛЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБР/10, 1980.ьство СССР1/10, 1984.ьной подгонкиАЗОВАТЕЛЕЙбластихники пользовано при и онных цифроанал лей (ЦАП) в гиб полнении. Цель ние быстродействия п ка соответствующих р дом разряде преобраз новременном контроле жения, до достижения по результатам измер напряжений ЦАП контр напряжения позволяетопераций при подгонкда, что приводит к уподгонки. 5 ил. влении прецизи- преобразоватепленочном истения - повышедгонки, Подгонзисторов в кажвателя, при одвыходного напряопределяемого ний выходных льного значения уменьшить число каждого разрякорению процесса13398Изобретение относится к области информационно в измерительн техники и микроэлектроники и может быть исиользовано при изготовлении прецизионных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) в гибридно-пленочном исполнении,Цель изобретения - повышениебыстродействия подгонки.На Фиг. 1 приведена эквивалентнаясхема цифроаналогового преобразователя в момент подгонки 1-го разряда;на фиг. 2 - зависимости токов, протекающих через подгоняемый резистор ичерез цвухполюсник от относительнойвеличины их разбаланс.а(преобразование этих токов в напряжение происходит линейно, подобные зависимостиимеют и выходные напряжения преобразователя ток - напряжение при указанном включении разрядов ЦАП); нафиг3 - эквивалентная схема четырехполюсника, где К К , К - сопротивления эквивалентного треугольникапринятой модели четырехполюсника; наФиг. 4 - эквивалентная схема резисторной декодирующей матрицы при подгонке второго разряда ЦАП (первыйразряд - старший); на фиг. 5 - структурная схема устройства, реализующаяспособ функциональной подгонки цифроаналоговьх преобразователей,Пифроаналоговый преобразовательсодержит четырехполюсник 1, образованный неподогнанной частью резисторной декодирующей матрицы ткпа КК,двухполюсник 2, образованный подогнанной частью резисториой декодирующей матрицы, резистор 3 подгоняемого 40-го разряда, преобоазователь 4 токнапряжение, входное сопротивлениеторго Г, -О, источник 5напряжения, источник 8 опорного напряжения, подгоняемый ЦАП, в состав 45которого входит декодирующая резисторная матрица 9.1, коммутатор 9.2,масштабирующий резистор 9.3, операционныи услитель 9.4, задатчик 10кода опорный ЦАП 11, компаратор 12, БОцифровой вольтметр 13, микро-ЭВМ 14,блок 15 управления лазером,Способ Функциональной подгонки ЦАПреализуется следующим образом.Подгонку начинают с младших разрядов ЦАП. Перед подгонкой -го разряда к входу преобразователя 4 токнапряжение подключают вначале одноплечо элементарного делителя, обра 87 2зованцого разрядным резистором 3 и двухполюсником 2, затем - другое, находят токи 1, , 1 , оставляют подключенным к входу преобразователя 4 то плечо, в котором протекает больший ток. При этом считается, что сопротивление резистора изменяется только в сторону его увеличения.Ток, протекающий через разрядный резистор 3, больше тока, протекающего через двухполюсник 2 (Фиг. 2, точки АIи А ). При этом следует подгонять (увеличивать сопротивление) резистора 3, Сопротивление двухполюсника 2 будет равносильно при этом эталону подгонки для сопротивления резистора 3. Считая, что сопротивление двухполюсника 2, как эталона подгонки резистора 3, равно 2 К=- - , (1)1 ггде Б - узловое напряжение данногоразряда илк падение напряжения на резисторе 3 и на двухполюснике 2,найдем сопротивление К,К, =- - =2 К-ЬК (2)1Ъгде ЬК - есть абсолютная разность сопротивления двухполюсника 2и сопротивления резистора 3.Из приведенных выражений найдем относительную величину разбаланса Ь; Еот включения 1.-го разряда и всех предыдущих вместе с дополнительнымЬК 1; -1 г, 13, -Цг,1007.=: - - 1003= - "- - 2 К 11003, (3)где Б, - напряжение на выходе преобразователя 4 при включении1-го разряда;напряжение на выходе преобразователя 4 от включения всех предыдущих младших разрядов вместе с дополнительным.Указанные соотношения соответствуют фиг. 1 и 2 и определяют случайподгонки разрядного резистора 3. Если ток, протекающий через двухполюсник 2 больше, то необходимо подгонять (увеличивать) его сопротивлениепутем воздействия подгоночным инструментом на резистор.При этом формулы (1) - (3) остаются справедливыми а эталоном подгонки (2 К) для данного разряда является резистор 3. Соответственно ток(12) 50 1, цротекдет уже через резс тср 3, гд напряжение П; образовывдется зд счет включения г.-го разряда. Из Формулы (1) - (3) можно выразить сопротивление К какЬ;К =(1 -- -) 2 К.100Параметры четырехполюсника 1 (фиг. 3) зависят от номера подгоняемого разряда:2+2К =-г,К; (5)и 2 - 1 ф220-1 +1КФги -г3 22 4-1 +К (7)эизПолученные соотношения (5) - (7) позволяют найти коэффициент передачи источника 5 опорного напряжения в узловую точку (Фиг. 1), а следовательно, с учетом Формул (1) - (4) можно получить следующие соотношения токовБ 1 ОО1 (8)К 2 100-Р;Ь; 100- Ь1 (9)2100 - )3;6;(10)3 2Хотя четырехполюсцик 1 предложенной эквивалентной схемы (фиг. 1) при подгонке старшего разряда вырождается, справедливость формул (8) и (9) не утрачивается.Таким образом, для всех без исключения разрядов ЦАП контрольное значе 40 ние тока (напряжения) 1 ;(Б ) можно получить из формул (8) и (9) в соответствии с графиком (фиг. 2) при Ь;7.=0.После этого, взяв отношение контрольного тока (напряжения) к току (на 45 пряжению) подгоняемой ветви по Формуле (8), получим а для контрольного напряжения, снимаемого с выхода преобразователя 4, эту Формулу можно представить в окончательном виде2 100- Я; Ь;5511 ----- -- Б (13)2 100 " фгде 11 - начальное напряжение отнвключения 1-го разряда либо младших относительно 1-го, сэпределеццее до с гподгсэцкц;11; - для ПЛ 11 9 (Фцг. 4) тс же,что 11, для эквивдцецтцойсхемы (Фиг. 1) .В результате подгонки всех рдзрядов с учетом соотцошеция (13) происходит подгонка ЦЛП по таким точцостцым параметрам, кдк линейность и дифференциальная нелинейность.После выравнивания ступеней статической характеристики преобразованияЦАП ее подгоняют по отцошецию к полной шкале преобразования до требуемого значения, изменяя при этом коэфФициент передачи преобразователя 4ток - напряжение,Устройство, реализующее способФункциональной подгонки, работаетследующим образом.При подгонке г.-го разряда ЦАП 9включают г.-й разряд подгоняемого 9 иопорного 11 ЦАП. Измеряют цифровымвольтметром 13 выходное напряжениеподгоняемого ЦАП 9, подсоединяя входцифрового вольтметра 13 к выходу испытуемого ЦАП 9 через коммутатор 12.Затем через коммутатор 12 подключаютвходы цифрового вольтметра 13 в диагональ моста, образованного подгоняемым 9 и опорным 11 ЦАП, его показание переписывают в память микро-ЭВМ 14Затем подключают все разряды подгоняемого ЦАП 9, младшие г.-го, включаядополнительный, не меняя преобразуемого кода на входе опорного ЦАП 11. Новое показание цифрового вольтметра 13,входы которого подключены через коммутатор 12 к диагонали моста ЦАП 9ЦАП 11, записывают в память микро-ЭВМ14, которая затем вычисляет разницуЬ 7 и сравнивает полученное значениес допустимым для данного разряда, если величина Ь Е превышает допустимоезначение для данного разряда, то микро-ЭВМ 14 дает команду "Разрешениеподгонки" блоку 15 управления подгоночным инструментом. При этом микроЭВМ 14, используя выражение (13),определяет контрольное значение напряжения г.-го разряда.Подгоночным инструментом удаляютчасть резистивного материала г.-горазрядного резистора (г.-го резисторасвязи) до достижения на выходе подгоняемого ЦАП 9 рассчитанного контрольного значения напряжения, при этомсравнение производит микро-ЭВМ 14..) 1.3 3 По достижении на выходе 11 ЛП 9 первоначально рассчитанной коцтро,но)1 величины микро-ЭВМ 14 дает команду на блок 15 управления лазером "Конец подгонки". После этого слова производится измерение напряжения в диагонали ЦАП 9 - ЦАП 11, оценка величины й 7, при помощи микро-ЭВМ, При новом значении Ь 7. выше нормы производятся новое измерение выходного напряжения ЦАП 9 и расчет нового контрольного напряжения, до значения которого производится повторная подгонка -го разряда.После подгонки всех разрядов ЦАП 9 осуществляют подгонку коэффициента передачи, воздействуя на масштабный резистор подгоночным инструментом (ла.зером), при всех включенных разрядах ЦАП 9, включая и дополнительный, до достижения модулем напряжения на выходе ЦАП 9 значения опорного напряжения источника 8.Ф о р мул а и з о б р е т е ни яСпособ функциональной подгонки цифроаналоговых преобразователей, по которому последовательно, начиная с младших разрядов, формируют сигнал разбаланса 1-го разряда путем формирования разности между первым выходным напряжением преобразователя, формируемым при включении д-го разряда, и вторым выходным напряжением преобразователя, формируемым при включении всех младших разрядов относительно 1-го, сравнивают сигнал Разбалакса с контрольной величиной Разбаланса и при их неравенстве осуществляют коррекцию сопротивления соответствующего резистора -го разряда декоди вующего резистора .-го разряда декодирующей матрицы определяют величину Б; контрольного напряжения .-го РазРяда по формуле=3-2=1-т - коэюициент зависящ й от3"номера подгоняемого разРяда,которое используют при коррекции сопротивления соответствующего резистора х-го разряда декодирующей матрицы40для сравнения с ним большего из первого и второго выходных напряжений,по достижении равенства между которыми коррекцию прекращают. 9887.пе чего повторно форм)1)ун)т сигнал разбаланса 1.-го разряда и сравнивают егос контрольной вепичиной разбаланса .)до их равенства, после чего осуществля)от коррекцию сопротивления масштабного резистора до момента достиженияравенства величины выходного напряжения преобразователя, при всех включенных его разрядах, его номинальномузначению, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия подгонки, формирование второго выходного напряжения преобразователя осуществляют при одновременномвключении дополнительного разряда,сравнение сигнала разбаланса осуществляют при нулевом значении контрольной величины разбаланса, а передСоставитель Б,ПершиковРедактор Л.Гратилло Техред Л.Серпюкова Корректор Е,РошкоЗаказ 4245/55 Тираж 901 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул Проектная, 4