ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК H03M1/66 

Изобретение относится к цифроаналоговым преобразователям /ЦАП/, может быть использовано для преобразования кодов в аналоговые сигналы.

Прототипом принят ЦАП [1], включающий последовательно соединенные регистр, блок импульсных усилителей, матрицу из девяти светодиодов, объектив, фотоприемник и операционный усилитель, выполняющий преобразование восьмиразрядных кодов в аналоговые сигналы. Вес излучения каждого светодиода задается соответствующими плотностями применяемых нейтральных светофильтров. Объектив собирает излучение светодиодов во входном окне фотоприемника, сигнал с которого поступает в операционный усилитель, с выхода которого аналоговый сигнал следует по назначению. Суммарный поток излучения светодиодов прямо пропорционален величине кода. Недостаток прототипа: на матрицу светодиодов приходится основное потребление электроэнергии, а сама матрица занимает большую часть объема ЦАП, препятствуя миниатюризации цифроаналового преобразователя.

Цель изобретения - снижение энергоемкости ЦАП и микротехнологическое его исполнение.

Техническими результатами являются снижение энергоемкости ЦАП и миниатюризация его исполнения, достигаемые введением в ЦАП пьезоэлектрического преобразователя /ПП/.

Сущность изобретения в том, что в ЦАП, содержащий регистр, блок импульсных усилителей, фотоприемник и операционный усилитель, вводится пьезоэлектрический преобразователь /ПП/.

Функциональная схема ЦАП на Фиг.1 включает регистр 1, блок 2 импульсных усилителей, которых по числу разрядов в регистре восемь, пьезоэлектрический преобразователь 3 /ПП/, фотоприемник 4 и операционный усилитель 5. Регистр 1 восьмиразрядный. ПП 3 содержит непрозрачный корпус 6, в котором расположен микросветодиод 7 белого свечения с микролинзой 8 на излучающей стороне, последовательно расположенные друг за другом и по оптической оси микролинзы 8 с первого по восьмой полупрозрачные микрозеркала 9_1-8, и по числу их включает с первого по восьмой микропьезоэлементы 10_1-8, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе 6, вторые свободные торцы микропьезоэлементов соответствующим образом соединены со своими микрозеркалами 9_1-8. В выходном отверстии корпуса 6 расположен фотоприемник 4 входным зрачком в сторону отражаемых от микрозеркал излучений. Микрозеркала 9 каждое площадью до 100 микрометров [2 с. 27, 30; 3 c.531] имеют светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному 1:0,5 [4 c. 223]. Стенки корпуса 6 имеют светопоглощающее покрытие. Излучение микросветодиода 1 фокусируется микролинзой 8 и поступает на первое микрозеркало 9₁ и последующие микрозеркала 9_2-8. Принцип действия пьезопреобразователя 3 основан на том, что каждое последовательно расположенное микрозеркало 9 пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, что соответствует принципу двоичного кода. В отсутствие управляющих сигналов на входах пьезоэлементов 10 микрозеркала 9_1-8 находятся в первом положении: излучение микросветодиода 7 при этом проходит сквозь все микрозеркала 9_1-8 и гасится до уровня ниже предела чувствительности фотоприемника 4. Выполняя порядок двоичного кода, каждое микрозеркало 9 ослабляет проходящее излучение в два раза: после первого микрозеркала в два раза, после второго в четыре раза…после седьмого в 128 раз. С поступлением на микропьезоэлемент 10 управляющего импульса с блока 2 по амплитуде соответствующего напряжению срабатывания микропьезоэлемента 10, свободный торец микропьезоэлемента совершает изгиб и выполняет поворот микрозеркала 9 на угол, соответствующий попаданию отраженного излучения с микрозеркала 9 во входное окно фотоприемника 4. В качестве микропьезоэлементов применяются трубчатые пьезоэлементы, работающие на изгиб, достоинство которых - прочность и надежность [5 с.27]. Один торец микропьезоэлементов 10 жестко закреплен в корпусе 6, при изгибе свободный торец переводит свое микрозеркало 9 во второе положение, при котором отраженное от микрозеркала излучение поступает во входное окно фотоприемника 4, а 50% излучения проходит сквозь микрозеркало на следующее за ним.

Работа ЦАП

В отсутствие управляющих сигналов микрозеркала 9_1-8 находятся в исходном положении, излучение микросветодиода 7 проходит сквозь все микрозеркала 9 и не отражается от них в фотоприемник 4. С приходом управляющих импульсов соответствующей амплитуды и длительности с импульсных усилителей блока 2 на входы микропьезоэлементов 10 свободные торцы микропьезоэлементов поворачивают свои микрозеркала 9 на угол, соответствующий направлению отраженного излучения во входное окно фотоприемника 4. Сигнал с фотоприемника 4 поступает в операционный усилитель 5. Суммарный отраженный поток с микрозеркал 9 прямо пропорционален величине кода, а величина аналогового сигнала с выхода усилителя 5 прямо пропорциональна отраженному от микрозеркал 9 суммарному излучению. Заявляемый ЦАП имеет меньшую энергоемкость, чем прототип /один светодиод вместо девяти/, и выполняется микроэлектронным изделием с использованием нанотехнологии. Для преобразования кодов с большим числом разрядов пьезоэлектрический преобразователь выполняется с большим числом микрозеркал, а блок 2 - с большим числом импульсных усилителей.

Источники информации

1. Патент РФ №2275740 C1 кл. H03M 1/66, бюл. №12 от 27.04.06, прототип.

2. "Домашний компьютер" №4, 2005, с.27, 30.

3. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC. 5-е изд. СПБ, 2004, с.531.

4. Б.Н.Бегунов, Н.Л.Заказнов. Теория оптических систем. М, 1973, с.223.

5. А.Ф.Плонский, B.И.Teapo. Пьезоэлектроника. М, 1979, с.26, 27.

6. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошников. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М, 1988, с.96 рис.4.31.

Изобретение относится к цифроаналоговым преобразователям (ЦАП) и может быть использовано для преобразования кодов в аналоговые сигналы. Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости ЦАП и миниатюризация его исполнения. Технический результат достигается благодаря тому, что в ЦАП, содержащий регистр, блок импульсных усилителей, фотоприемник и операционный усилитель, включен пьезоэлектрический преобразователь (ПП), содержащий непрозрачный корпус, в котором расположен микросветодиод белого излучения с микролинзой на излучающей стороне и последовательно расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы с первого по восьмой полупрозрачные микрозеркала, и содержащий по числу микрозеркал с первого по восьмой микропьезоэлементы, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе ПП, а вторые свободные торцы микропьезоэлементов соответствующим образом соединены с полупрозрачными микрозеркалами, входы микропьезоэлементов являются управляющими входами ПП и подключены к соответствующим выходам блока импульсных усилителей, фотоприемник ЦАП расположен в выходном отверстии корпуса ПП входным зрачком в сторону отражаемых от полупрозрачных микрозеркал излучений. 1 ил.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), содержащий последовательно соединенные регистр, входы которого являются входами ЦАП, и блок импульсных усилителей, последовательно соединенные фотоприемник и операционный усилитель, выход которого является выходом ЦАП, отличающийся тем, что в него введен пьезоэлектрический преобразователь (ПП), содержащий непрозрачный корпус, в котором расположен микросветодиод белого излучения с микролинзой на излучающей стороне и последовательно расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы с первого по восьмой полупрозрачные микрозеркала, и содержащий по числу микрозеркал с первого по восьмой микропьезоэлементы, первые торцы которых жестко закреплены в корпусе ПП, а вторые свободные торцы микропьезоэлементов соответствующим образом соединены с полупрозрачными микрозеркалами, входы микропьезоэлементов являются управляющими входами ПП и подключены к соответствующим выходам блока импульсных усилителей, фотоприемник ЦАП расположен в выходном отверстии корпуса ПП входным зрачком в сторону отражаемых от полупрозрачных микрозеркал излучений.