Антилогарифмический цифро-аналоговый преобразователь

%" ц ПИСАН РЕТЕНИ 24-2 ССС977 т о2,ЦИФ 980,ОАНАза с хания и мультип к преобраностиФормы и определ затухан з ани и может ьше аждония с ион их устроиобретения вания в каскад цифра зователя (ЦАП) исодержи рядного цифрового , 1, ), и каскалоговый мульти- ль 4 напряжения,шифратор б, ана- логической де ну а(1=1 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВОДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относитсзовательной технике, в чак преобразователям цифровинформации в аналоговую,быть использовано в инфоризмерительных и управляющствах и системах, Цель из Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям цифровой формы информации в аналоговую, и может быть использовано в составе логарифмических аналого в цифров преобразователей, а также в информационно-измерительных и управляющих устройствах и системах.Цель изобретения - повышение точности преобразования,На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 функциональная схема каскада затухания; на фиг. 3 - Функциональная схема преобразователя кода; на фиг, 4 - графики зависимости случайной погрешности , каскада затухания от величины затухания А; каскада при разном колиповышение точности преобразования,Антилогарифмический ЦАП содержит несколько каскадов затухания, выполненных на умножающих ЦАП, аналоговыймультиплексор, повторитель напряженияи преобразователь кода, состоящий изнескольких элементов И и коммутаторов. Повышение точности достигается группирования каскадов затиспользования аналоговогоексора для исключения погршумов несрабатывающих при нных кодах старших каскя, а также за счет исполскольких однотипных ЦАПаскаде затухания для умайных погрешностей преоз,п, ф-лы, 4 ил. честве Б; входящих аналогового преобрАнтилогарифмиче входную шину 1 и-р кода (разряды 1,1 дов 2 затухания, а плексор 3, повтори .аналоговый выход 5 логовый вход 7, ши единицы,Вся совокупность и каскадов зая разбита на ш групп (шьп),из которых содержит один или несколько последовательно соединенных каскадов 2 затухания, причем выходявляющегося н 1-й группегп) последним, соединен с Я+1)-м сигнальным входом аналоговогоул ьтиплекс Ора 3, первый сигнальныйвход которого соединен с аналоговымвходом 7 устройства.Каждый а-й каскад затухания5,фиг, 2) состоит из одного или не -скольких (5, ) последовательно соединенных но аналоговому сигналу р-раз 1)Ядных умножаюших ЦАП 9,ур 9 к,.э9 б, и имет аналоговый Вход 10, ана-.гоговый выход 11, первый управляющийход 12, соединенный с -м разрядомхОДБОЙ шины 1 устрОЙства и второЙ1 правляющий вход 13, соединенный сходом 8 логической единицы, Цифровые входы каждого ЦАП 9 разбиты нафве группы с суммарным несом относяцихся к ним разрядов И,к и И,К соответственно (х=1,2п; 1 с=1,2,, Б;), Все цифровые входы ЦАП перой группы соединены с первым управляющим входом 12 каскада затухания,все цифровые входьГ второй группы -вторым управляющим входом 13 каскада, а значит и с шиной 8 логической 25Единицы устройства,ДешиФратор 6 (фиг, 3) содержит шцифровых коммутаторов 14 , 14,14 , ш элементов И 15, 15,15, входную шину 1 б и-разрядного ко-,да, подсоединенную к входной шине 1антипогарифмического ЦАП, выходнуюшлну 17 и (ш+1) цифров:.,х шин 18,18 ., 18 ,.задания Фикс ированныхЮ дконстант ,.,Л ,+,Антилогарифмическии ПАП работает Следующим образом,На входную шину 1 поступает цифровой код В, определяемый битами Ь;",40Ь; В;,1:1где В - весовые коэффициенты разрядов .На аналоговый вход 7 подается постоянное напряжение Ч . Каждый бит Ь,управляет своим 1.-м каскадом 2 затухания антилогарифмического ЦАП устанавливая его в одно из 2-х состоя -ний; в состояние нулевого затухания5 Оили в состояние фиксированного затухания А;. Входной код В с шины 1 Одновременно поступает на вход 16 дешифратора 6, выход 17 которого управляет состоянием мультиплексора 3, Напервый вход первого цифрового ком 55мутатора 14подан фикслрованный кодЯ. , соответствующий включению первого канада аналогового мультиплексора 3. На второй вход 1-го цифрового коммутатора 14 подан фиксированный код И 1;,1, соответствующийвключению (+1) -го канала аналоговогомультиплексора 3,Каждый 1-Й элемент И 15 имеет количество входов, соответствующее количеству каскадов 2 в 1-й группекаскадов затухания (фиг, 1), обозначение этих входов на Фиг. 3 (1,.1) совпадает с обозначением соответствующих входов управления антилогарифмического ЦАП на фиг. 1.Когда на всех разрядах входнойшины 1 присутствуют логические единицы (этот случай соответству:.т нулевому затуханию устройства), на выходах всех элементов И. 15 также имеются логические единицы, при этом навыход каждого цифрового коммутаторапроходит код с егс первого входа,т,е. на выходе 17 будет код Я ав мультиплексоре 3 б.,дет включен первый канал. Аналоговый сигнал при этомпроходит с входной шины 7 на вьгход5 устройства, минуя все каскады 2затухания.Когда на любом из входов 1-й группы появляется логический ноль, 1-йкоммутатор подключает код Н(.ри этом мультиплексор 3. подключаетперез (1+1)-й канал вход повторителя 4 (фиг, 1) к выходу 1-1 л группыкаскадов 2 затухания.При работе устройства с напряжениями одной полярности. число. каскадовзатухания в каждой группе должно бытьчетным для исключения инверсии сигнала. Внутри каскада 2-х затухания битЬ кода В поступает на первую группу1цифровых входов всех ЦАП 9 каскада,имеющих суммарные веса Б ;к (1 сФ 1,2,-м каскаде 2 затухания имеет видА= ь А(Ь;)=3 В где 5 153817Затчхание -го каскада, равное5; 5А;(Ь;)=, Ь,А;=Ь;А,=Ь; А;, (2) принимает два значения: при Ъ, =1.затухание нулевое, при Ъ; =О затуханиемаксимально и равно А.Выберем А; = Р Ь; ., (3) где а - требуемая разрешающая способность антилогарифмического ЦАП.Тогда из (2) общее затухание уст- ройства вВ= .Е Ь;В;. (4);:1Таким образом затухание.антилогарифмического ЦАП линейно зависит от входного кода В, Поскольку затухание связано логарифмической зависимостью с коэффициентом передачи устройства Кь то25ОСЬыхьх Вх 7 т,е, зависимость выходного напряжения устройства от входного кода является показательной (антилогарифмической) функцией. 30Рассчитаем веса И,; и Н;для каждого ЦАП 9 в каскадах 2, обеспечивающих требуемое затухание (3) каждого каскада, и оцепим улучшение погрешности преобразования эа счет использования нескольких ЦАП 9 в каскадах 2, а также приведем обоснование повышения точности антилагарифмического ЦАП эа счет введения мультик плексора 3, 40 Сначала рассмотрим несколько ЦАП 9 в каскаде 2, Левую часть выражения (4) можно разбить на слагаемые произвольным образом, Однако для сниже ния случайной погрешности -го каскада 2 необходимо стремиться к возможно более равномерному распределению А между ЦАП, входящими в каскад, т,е, 50Аьк Аф ЯТогда искомый весГ 1,к =Г 10 а . (6)Величина И в силу того, что2 к55 Аможет быть задано непрерывным и произвольным образом, является непрерывной, Физически реализуемыми решениями являются натуральные значе 5 6ния Г 1 , Обозначим Й ; - ближайшеек Г 1, натуральное число.Случай Я;=1. Следует принятьГ 1,к =Г 1 (7)Случай Я 2, В качестве нулевого:приближения примем (7),При этом затухание 1 с-го ЦАП в -мкаскаде будет2 коа затухание -го каскада 25А =А;(9)кВеличина парцианальной систематической погрешности преобразования,обусловленной дискретностью формирования логарифмических уровней (погрешность метода), составитА;К=А;-А;К, (10)для 1 - го каскада 2(12)Механизм снижения систематическойпогрешности при увеличении Я; обусловлен двумя факторами,Первый фактор следует из характера зависимости (12). Для снижения погрешности необходимо с ростом А, увеличивать Я;.Второй фактор. При Я;2 возможнавзаимная компенсация погрешностей(10) путем уточнения нулевого приближения (7) следующим образом:Г 1 , к Г 121 к + Ч)С ьгде с 1=О; 1; ф 2, и с 1 сИь,кПрй этом в силу несимметричной зависимости (12) относительно точки заданного затухания А можно подобратьтакие с 1, .что погрешности (10) в значительной мере компенсируются,Случайная погрешность (3; одногоЦАП, выраженная в логарифмическихединицах. затухания, обусловленнаяналичием смещения и нелинейности,выражается формулой= й 1 оь, (1+ в "ив )(3)6 иГ 1 агде 6 И 1 - . погрешность, учитывающаянелинеиность и смещение, выраженнаяв единицах младшего разряда (ЕГ 1 Р),Случайные погрешности разных экземпляров ЦАП, входящих в 1-Й каскад,1538175 где Можно с некоторым приближением считать независимыми, поэтому случайная погрешность д-го каскада составит ЕЗ"1 БР; (Я А ф ) 1 оц (1+ - 1 - - ).11а "э(14)Здесь также имеет место снижение погрешности с увеличением при больх А , обусловленное двумя фактораПервый фактор. обусловлен тем, чтов (14) зависит от отношения А,/Я;15Второй фактор, С увеличением числа ЦАПов в каскаде затухание растетропорционально Б , а случайная порешнос ть (в относительных единицах)- )ропорционально Б.,20Поэтому существуют такие затухасия А,(Б; Б ,), в которых при раэ 1 ых вариантах выполнения -го касКада, отличающихся числами Б;, и Б;, случайные погрешности , Б; А;), 25Графики зависимости (14) построены на фиг. 4 и на них отмечены точки (16) .Зная эти точки, можно сделать однозначный выбор в зависимости от требуемого затухания каскада А; 40 при ОА;-А; (1) и (2) следует выбрать Б,=1;А,(1) и.(2) (А,сА; ;2) и (3) следует выбирать Б; =2,"А, (2) и (3) (А,(А , (3) и (4)следует выбрать Б;3 и т,д.При этом случайная погрешность ь-го каскада минимальна,Случайную погрешность , одного ЦАП, обусловленная погрешностью ЬИу ЕИР полной шкалы (иначе называемой погрешностью масштаба), получим из (13) при А;, =0;;= о 1 од, (1+ - . - ). (17)1 Я1 о 55Погрешность полной шкалы 1-го каскада составитБ,) Ш).оц,. + - " -) . 6)ДИ 4 Б;Ж Эта погрешность сказывается прималых затуханиях и растет пропорционально 1 Б , При больших затуханияхею можно пренебречь.Расчеты по приведенным соотношениям показывают, что может быть реализован антилогарифмический ЦАП сприменением 12-разрядных ЦАП 9 с диапазоном 81, 91 дБ, имеющий систематическую погрешность преобразования,не превышающую тысячных долей децибела, случайную погрешность 0,03 дБ(на границе указанного диапазона) иразрешающую способность 0,01 дБ.Снижение погрешности эа счет введения мультиплексора 3 обусловленоследующим обстоятельством.В устройстве каскады соединены поаналоговому сигналу в порядке возрастания формируемых затуханий А; . Прималых затуханиях часть старших каскадов не участвует в формировании результирующего затухания А, Дпя исключения погрешности этих каскадовс помощью мультиплексора .3 изменяется точка съема выходного напряжения,Погрешность блоков 3 и 4 в основном определяется конечными сопротивлениями открытого канала г мультиплексора, входного сопротивленияповторителя К и смещением повторителя У;е=1 оа (1+ ), (20)Элементная база позволяет легковыполнитьЕсли в каскадах 2 затухания и вповторителе 4 применены однотипныеоперационные усилители, будет выполняться и соотношение(р;,Поэтому можно считать погрешностилюбого старшего каскада 2 и блоков3 и 4 соизмеримыми, В этих предположениях уменьшение погрешности антилогарифмического преобразователя обеспечивается в диапазоне затуханий0-Д/2, где Д - полный диапазон устройства,Таким образом, применение в каскадах затухания интегральных ЦАП позволяет уменьшить погрешность преобразования и улучшить разрешающуюспособность устройства, а изменениеточки съема выходного напряжения взависимости от величины входного кода1538175 О хаЬай аИ с помощью аналогового мультиплексорапозволяет уменьшить погрешность преобразования в области малых затуханий 5Формула изобретения 1, Антилогарифмический цифроаналоговый преобразователь, содержащий и-разрядную входную шину, и последовательно соединенных по аналоговому сигналу каскадов затухания и повторитель напряжения, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя, аналоговый вход первого кас када затухания соединен с .аналоговым входом антилогарифмического цифроаналогового преобразователя, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобраэова ния, в него введены аналоговый мультиплексор и дешифратор, а.п каскадов затухания антилогарифмического цифроаналогового преобразователя разделены на ш групп, каждая из которых содер жит К(КМ ) последовательно соединенных каскадов затухания, причем выход каскада затухания, являющегося в1-й группе (=1,2 ш) последним, соединен с Я+1)-и информационным ЗО входом аналогового мультиплексора, :первый информационный вход которого соединен с аналоговым входом антилогарифмического цифроаналогового преобразователя, выход аналогового муль- З 5 типлексора соединен с входом повторителя напряжения, первый вхпд управления каждого 1-го каскада (1=1,2, ,ц) затухания соединен с -и входом дешифратора и соединен с входом -го разряда входной шины антилогарифмического цифроаналогового преобразователя, второй управляющий вход 1-го каскада затухания соединен с шиной логической единицы, цифровой выход дешифратора подключен к входу управления аналогового мультиплексора.2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования в нем каждый каскад затухания содержит один или несколько последовательно соединенных по аналоговому сигналу умножающих цифроаналоговых преобразователей, аналоговый вход первого цифроаналогового преобразователя каскада затухания Соединен с ана-. логовым входом каскада, аналоговый выход последнего цифроаналогового преобразователя каскада затухания соединен с аналоговым выходом каска; да, а цифровые входы каждого умножающего цифроаналогового преобразователя разделены на две группы, причем все цифровые входы первой группы объединены и соединены с первым управляющим входом каскада, все цифровые входы второй группы объединены и соединены с вторым управляющим входом каскада затухания.1538175 юу еуиФ йМРД Д 2,3 АД.Ф Составитель Е, Телешининактор Л, Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректо ГКНТ СС оизвоцственно в издательск комбинат "Патент рина, 10 жгород, ул. аказ 170НИИПИ Госуда Тираж 546венного комитета113035 Москва )К о изобрет35, Раушс Подписно и открытия я наб д. 4/5