Функциональный цифро-аналоговый преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЬЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, Кл 2 с присоединением заявки Но С 06 У 7/26 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий( 54 ) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕО БРАЭО ВАТЕЛЬ ФИзобретение относится к цифроаналоговым преобразователям, находящим применение в радиотехнических установках различного назначения (например в компенсаторах диодных высокочастотных вольтметрах переменного напряжения, в схемах компарирования выходного напряжения нелинейных датчиков и т.д.), в электроиэмерительной и электронно-вычислк 10 тельной технике, системах управления и автоматики.Известен цифро-аналоговый преоб-, разователь, содержащий генератор импульсов, счетчик импульсов, узел 15 сравнения кодов"блок преобразования напряжения с аналоговым ключом, блоком управления аналоговым ключом, источником образцового напряжения и усредняющим устройством (1), 20Недостатком известного цифроаналогового преобразователя является воэможность иметь только линейную зависимость между входным управляющим кодом и выходным напряжением.25Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с промежуточным преобразованием в широтно-импульсно моду 2лированный (ШИМ) сигнал, содержащийгенератор импульсов, счетчик импульсов, первым кодовым выходом соединенный с первыми кодовыми входамипервого и второго узлов сравнениякодов и выходом нулевого положения -с первыми входами первого и второго узлов управления, вторые входыкоторых соединена с выходами соответственно первого и второго узловсравнения кодов, вторыки кодовымивходами соединенных с кодовыми входами соответственно старших имладших разрядов преобразователя,соединенные последовательно источникобразцового напряжения, первый аналоговый ключ и усредняющее устройство,выход которого служит выходомпреобразователя, второй вход усредняющего устройсгва соединен с выходом источника образцового напряжения через второй аналоговый ключ,вторые входы аналоговых ключей соединены с выходами соответствующихузлов управления, а выход генератора импульсов соединен со входом счегчика импульсов 2,Недостатком этого известного ЦАПявляется также только линейная зависимость между значением преобразуемого кода и выходным аналоговым сигналом, так как использование младшихразрядов преобразуемого кода дляполучения функционального преобразования не обеспечивает требуемой точности из-за суммирования напряжения,пропорционального значению кодамладших разрядов, с напряжением, пропорциональным значению КОВа старшихразрядов с постоянным весовым коэфФициентом.Цель изобретения - получениефункциональной зависимости междувыходной аналоговой величиной и .значением преобразуемого кода.Поставленная цель достигается тем,что в ЦАП с промежуточным преобразованием в ШИМ-сигнал введены счетчикс выходным дешифратором, два блокапостоянной памяти кодов, третий узелсравнения кодов и модулятор, выход.которого подключен ко входу счетчикаимпульсов, вход модулятора - к выходугенератора импульсов, второй кодовыйвыход счетчика импульсов соединен спервым кодовым входом третьего узласравнения кодов, выход которого череэсчетчик с выходным дешифратором подключен ко входам блоков постояннойпамяти кодов, выход первого иэ которых соединен со вторым кодовым входом третьего узла сравнения кодов,а выход второго блока постояннойпамяти кодов - со вторым входом модулятора.Цель изобретения - также повышение точносТи функционального преобразования,Эта цель достигается тем, что впреобразователь введен блокирующийузел, выход которого подключен ковторому входу второго узла управления, первый вход - ко второму кодовому выходу счетчика импульсов, а второй вход - к дополнительному. выходупервого узла управления.Применение такого преобразователяв компенсаторах позволяет легко изменять характер функциональной зависимости между выходной аналоговойвеличиной и входным преобразуемымкодом, что необходимо для переходаот одного типа датчиков к другомуили при применении детекторных диодов с различными характеристиками.На фиг, 1 представлена блок-схемафункционального ЦАП с промежуточнымпреобразованием в ШИМ-сигнал 1 наФиг, 2 - график работы преобразователя, представленного на фиг.1; наФиг, 3 - блок-схема ФУнкциональногоЦАП с промежуточным преобразованиемв ШИМ-сигнал, имеющего повьааеннуюточность преобразования; на фиг.4осциллограммы работы преобразователя,представленного на фиг.3,Функциональный преобразователь содержит генератор 1 импульсов, счетчи2 импульсов, первый и второй узлы3 и 4 сравнения кодов и блок 5 преобразования напряжения. В блок 5включены первый и второй аналоговыеключи б и 7, к первым входам которыхподключены выходы соответсгвеннопервого и второго узлов 8 и 9 управления. Ко вторым входам аналоговыхключей б и 7 подсоединен выход источника 10 образцового напряжения.Выходы ключей 6 и 7 соединены совходами усредняющего устройства 11,Вход 12 старших разрядов преобразуемого кода соединен со вторым кодовымвходом узла 3, выход которого соединен со вторым входом узла 8. Вход13 младших разрядов преобразуемогокода соединен со вторым входом узла4, выход которого соединен со вторымвходом узла 9. К выходной клемме 14преобразователя подключен выходусредняющего устройства 11. Парал лельный кодовый выход 15 счетчика 2соединен с первыми входами узловЗ,и 4; Выход 16 нулевого положениясчетчика 2 соединен с первьми входами узлов 8 и 9 управления. Выходгенератора 1 подключен к первомувходу модулятора 17, Выход счетчика 18 с выходным дешифратором подключен ко входам первого и второгоблоков 19 и 20 постоянной памяти 3 О кОДОВе ВыхОД втОрОгО иэ этих блОкОвподключен ко второму входу модулятора 17, выходом соединенного совходом счетчика 2. К первому кодовому входу третьего Узла 21 сравнениякодов подключен второй кодовый выход22 счетчика 2, ко второму кодовомувходу - выход блока 19, а к выходу - вход счетчика 18 с дешифратором. 40 45 50 55 60 65 На фиг. 2, а кривая у = 2(х) изображает аппроксимируемую зависимость; ломанная линия ОАВС - кусочно-линейную зависимость, аппроксимирующую зависимость у = й(х) с наперед заданной точностью; кривая б - накопление кода в счетчике 2; в - счетные импульсы на выходе модулятора 17 периода следования счетных импульсов, здесь Г д с - периоды следовайия счетных импульсов на аппроксимкрукийих отрезках ОА, АВ,ВС соответственно; г - импульсы на выходе узла 3 сравнения старших разрядов кодов; кривая д - положения счетчика 18 числа аппроксимирующих отрезков; е - импульсы, поступающие на узел 8 управления аналоговым ключом б; 1,3. - импульсы на выходе 16 декадного счетчика 2 импульсов, возникающие в момент совпадения старших разрядов управляющего кода и кода в счетчике 1 2 - импульс на выходе узла 3 сравнения; ж - эпюра напряжения на выходе аналогового ключа б; кривая з - напряжение на выходе усредняющего устройства 11; криПроцесс преобр азов ани я младших разрядов управляющего кода происходит следующим образом. При исходном положении (в момент времени 0) импульс с выхода 16 счетчика 2 включает через узел 9 управления ключ 7 5 и образцовое напряжение источника 10 подключается на второй вход усредняющего устройства 11. Когда код в счет чике накопится до значения, равного,младшим разрядам кода управления Бу 10на входе 13, тогда на выходе узла 4 сравнения возникает импульс, переключающий через узел 9 управленияключ 7 в исходное состояние, и подачанапряжения от источника 10 на второй 5вход усредняющего устройства прекращается. Таким образом, на второмвходе Усредняющего Устройства 11образуется импульс с длительностью Т . и периодом повторения Т, Усредняющееустройство 11 усредняет это напряжение и суммирует в заданном соотношении с усредненным напряжением старших разрядов кода управления, поступающих через ключ 6. и образуется 25суммарное напряжение на выходе 14преобразователя, Напряжение на выходе 14 от младших разрядов кодауправления пропорционально выражению (фиг.2 б,и): нтЯ Юдн ( г) ЭОвых т тНапряжение П.зависит толькоот кода 1)и нейропорционально круФтизне Мыйй характеристики Реобразования в окрестности точки Н-, как зта требуется на основании разложения функции преобразования в ряд Тейлора. По этой причине код младших разрядов преобразуется с метор дической погрешностью тем большей, чем больше изменение крутизныпинеда и диапазоне Оанп е Нп 1 афтИсходя из этого, данное решение уве личения разрешающей способности применимо в функциональном преобразоват еле при небольших изменениях крутиэны и небольшом, значении И,д (например, если И, = 0,01 Ю,п,и0 ьа 1(Мкрутизна 3 н меняется в два раза то можно обеспечивать методическую погрешность преобраэованиФя младших разрядов 1 О, 17.55Таким образом, наста ящее и зобретение обеспечивает достижение поставленной перед ним цели - получение функциональной зависимости между вы,хо дной аналоговой величиной и значело нием управляющего кода цифро-аналогового преобразователя с промежуточным преобразованием в ШИМ-сигнал.В еобразователе, представленномпр2 а фиг 3 генератор 1, счетчик12 узлы 3,4, со входными клеммами 13, блок 5 с ключами 6,7 и узлами 8,9 управления, источником 10, усредняющим устройством 11 и выходной клеммой 14, модулятор 17, счетчик 18, блоки 19 и 20 постоянной памяти кодов и узел 21 соединены между собой аналогично одноименным узлам преобразователя, схема которого дана на фиг.1. Ко второму входу узла 9 подключен выход блокирующего узла 23, Ко второму входу 25 узла 23 подключен дополнительный выход 26 узла 8 управления ключом 6, а к первому входу 24 узла 23 - второй кодовый выход 22 счетчика 2.В этом преобразователе на вход узла 9 управления аналоговым ключом 7 подаются управляющие импульсы с выхода узла 4 сравнения кодов и. с выхода блокирующего узла 23. На первый вход узла 4 подается код с выхода 15 счетчика 2. На второй вход узла 4 со входной клеммы 13 подаются младшие разряды преобразуемого кода. На первый вход 24 блокирующего узла 23 подается код с выхода 22 счетчика 2, на второй вход 25 узла 23 подаются импульсы с дополнительного выхода 26 узла 8 управления ключом 6. Ключ 7 включается после выключения ключа 6 и выключается при совпадении кодов на входах узла 4 сравнения кодов. Блокирующий узел 23 обеспечивает однократность включения и выключения ключа 7 в течение одного цикла, Выходные импульсные.напряжения Обоих ключей 6 и 7 суммируются и усредняются устройством 11.Осциллограммы работы преобразователя с повышенной точностью преобразования (фиг,4) изображают зависимость входного напряжения усредняющего устройства 11 от времени для ключа 6 )в) и для ключа 7 (П). Здесь Тп, - интервал времени, в течение которого замкнут основной ключ 6, Т - интервал времени, в течение которого замкнут ключ 7, Т - интервал времени, соответствующий времени полного цикла (длительность цикла).На фиг, 3 и 4 видно, что временное расположение импульса Т 1, соответствующего младшим разрядам кода Й зависит от длительности Т( им 2пульса старших декадкода И, дл. - тельность Т 1, определяемая значением периода следования )."(Я) счетных импульсов при окончании Т 1 (например, фиг.2 Т=с при Т.а и И),т.е, зависит от значения старших разрядов кода управления И. Следовательно, преобразование младших разрядовБ кода производится пропорционально производной в соответствии с формулой (3):11) -Е -дЕ -- п ф, )т с(й аоьа т т50 что находится в соответствии с выводами, сделанными выше на основанииформулы Тейлора,и .обеспечивает темсамым высокую точность преобразованиямладших разрядов преобразуемого кода. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает повышение точности функционального преобразования,Применение функционального цифроаналогового преобразователя с промежуточным преобразованием в ШИМ-сигнал в радиотехнических устройствам дает воэможность заменить в них, например, малонадежные резистивные делители напряжения, параметры которых зависят от температуры и нестабильны во времениПри этом устраняется также необходимость включения переключателей в сигнальную цепь, как это делается в резистивных делителях напряжения, где к переключателям предьявляются высокие требования в части переходного сопротивления и сопротивления изоляции. В схемах с функциональными цифро-аналоговыми преобразователями с ШИМ-сигналом в качестве делителей напряжения переключатели находятся в цепи входного управляющего кода и к ним не предьявляется высоких требований. Следовательно, реализация функционального цифро-аналогового преобразователя согласно настоящему изобретению .поэноляет создать радиотехнический узел, например, управляемый функционально источник напряжения, обладающий высокой надежностью, которую мож. - но повысить еще более реализацией его на современных интегральных элементах. Формула изобретения 1. Функциональный цифро-аналоговый преобразователь с промежуточным преобразованием в широтно-импульсно модулированный сигнал, содержащий генератор импульсов, счетчик импульсов, первым кодовым выходом соединенный с первыми кодовыми входами первого и второго узлов сравнения кодов и выходом нулевого положения с первыми входами первого и второго узлов управления, вторые входы 10 5 20 25 30 35 40 45 которых соедин ен ы с в ыходами со о тветстненно первого и второго узлов сравнения кодов, вторыми кодоными входами соединенных с кодовыми входами соответственно старших и младших разрядов преобразователя, соединенные последовательно источник образцового напряжения, первый аналоговый ключ и усредняющее устройство, выход которого служит выходом пре-образователя, второй вход усредняющего устройства соединен с выходом источника образцового напряжения через второй аналоговый ключ, а вторые входы аналоговых ключей соединены с выходами соответствующих узлов управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью получения функциональной зависимости между выходной аналоговой величиной и значением преобразуемого кода, в него введены счетчик с выходным дешифратором, дна блока постоянной памяти кодов, третий узел сравнения кодов и модулятор, причем выход последнего подключен ко входу счетчика импульсов, вход модулятора - к выходу генератора импульсов, второй кодовый выход счетчика импульсов соединен с первым кодовым входом третьего узла сравнения кодов, выход которого через счетчик с выходным дешифратором подключен ко входам блоков постоянной памяти кодов, выход первого из которых соединен со вторым кодовым входом третьего узла сРавнения кодов, а выход второго блока постоянной памяти кодов - со вторым входом модулятора.2. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности функциональ. ного преобразования, в него введен блокирующий узел, выход которого подключен ко второму входу второго узла управления, перный вход - ко второму кодовому выходу счетчика импульсов, а второй вход - к дополнительному выходу первого узла управ. ления.Источники информации,принятые во ннимание при экспертизе1, Патент США Р Зб 4 б 595,кл, 340-347 ИТ,2. Патент Франции Р 1484701,кл. 6 01 й (прототип).