Многоканальный цифро-аналоговый преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к информацион но-измерительной технике и может быть использовано в технике аналого-цифровог и цифро-аналогового преобразования. Известен многоканальный цифро-аналоговый преобразователь (МЦАП), содер жащий ряц отдельных ЦАП, блок управления, коммутатор аналоговых сигналов, опорный ЦАП с регистром памяти, сумматоры аналоговых и цифровых сигналов коммутатор цифровых выхоцных сигналов запоминающих регистров ПАП и АЦП разности Cl Недостатками его являются высокая сложность входящих в него узлов и боль шие аппаратурные затраты. Известен также многоканальный цифро аналоговый преобразователь, содержащий блок у правления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого аналогового коммутаторов, а второй - с первым входом блока оперативной памяти, первый оцноканальный цифро-аналоговый преобразователь, выход которого через первый аналоговый коммутатор подключен к первому входу блока аналоговых заподминающих элементов, выход которого соединен с выходом устройства счетчик тестовых кодов и сче1чик кодов , первые входы которых соединены с третьим выходом блока управления, к первому входу которого пoдклю Eнa щина входных сигналов, и блок регистрации 2 , . Недостатком преобразователя является невысокая точность и малое время хранения аналоговой информации. Цель изобретения - повыщение параме рической надежности, т.е. вероятности то . го, что погрешность каналов ЦАП при работе в заданных условиях не выйдет за установленные допуски. Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный цифро-аналоговый преобразователь, содержащий блок управления, первый выход которого соединен с управляющим яходом первого аналогового коммутатора, а второй - с первым входом блока оперативной памяти, первый одноканальный цифро-аналоговый преобразователь, выход которого через первый аналоговый коммутатор подключен к . первому входу блока аналоговых запоминающих элементов, выход которого соединен с выходом устройства, счетчик тес товых кодов и счетчик коцов адреса, пер вые входы которых соединены с третьим выходом блока управления, к первому вхоау которого поаключена шина входных сигналов, и блок регистрации, введены блок элементов ИЛИ, второй и третий одноканальные цифро-аналоговые преобразователи, регистр адреса, цифровой коммутатор, блок разности, аналого-цифровой преобразователь, блок анализа, блок вентилей, второй аналоговый коммутатор и генератор, выход которого соединен с вторым входом счетчика адреса, выход которого подключен к первому входу блока регистрации и первому входу блока элементов ИЛИ, к второму входу которого подключен выход тестовых кодов, к третьему входу - шина входных сигналов, выход к вторым входам блока оперативной памяти и к первому входу регистра адреса, выход которого соединен с первым входом вторюго аналогового коммутатора и через блок вентилей с вторым входом блока аналоговых запоминающих элементов (АЗЭ), выход которого подключен через второй аналоговый доммутатор к первому входу блока разности, выход которого через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) соединен с блоком анализа, выход которого подключен к второму входу блока регистрации и к второму входу блока управления, первый выход которого соединен с управлякшим входом цифрового коммутатора, второй - с вторым входом регистра памяти адреса, четвертый - с вторым входом блока вентилей, пятый с третьимвходом блока оперативной памяти, выход которого через цифровой коммутатор подключен к входам первого, второго и третьего одноканальных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), выходы второго и третьего из которых соединены соответственно с вторым и третьим входами первого аналогового коммутатора, выход которого подключен к входам блока разности. На чертеже представлена структурная схема /МЦАП. Схема содержит генератор 1, счетчик 2, адреса, блок 3 управления, счетчик 4 i cTOBbix кодов, блок 5 элементов, блок оперативной памяти (ОП) б, регистр 7, аналоговый коммутатор 8, коммутатор 9 цифровой, первый ЦАП 10, второй ЦАП 11, третий ЦАП 12, блок 13 АЗЭ, блок 14 разности, АЦП 15, блок 16 анализа, блок 17 регистрации, шину 18 входных сигналов, блок 19 вентилей, выход 20 устройства, аналоговый коммутатор 21. Выход генератора 1 подключен к перому ахоцу счетчика .2 адреса, с вторым входом Xоторого соецинен первый выход блока 3 управления и выход счетчика 4 тестовых кодов, выход которого поцклю- чен через первый вход блока 5 элементов ИЛИ к первым входам ОП 6 и регистра 7 адреса, К вторым входам регистра 7 и ОП 6 подключен второй выход блока 3 управления, третий выход которого соединен с уйравяяюшим входом коммутатора 9 цифрового, к второму входу которого подключен выход ОП б, а первый, второй и третий въкоцы коммутатора 9 соединены с первым, вторым и третьим ЦАП соответственно, ЦАП 10, ЦАП 11 и ЦАП1 Выходы ПАП 1О, ПАП 11 и ПАП 12 через коммутатор 8 подключены к первому входу блока 13 АЗЭ и первому входу блока 14 разности; выход которого соединен с входом малозаряцного АЦП 15 разности, выход которого подключен к входу блока 16 анализа. Выход блока 16 соединен с входом блока3 управления и первым входом блока 17 регистрации, к второму входу которого подключен выход счетчика 2 и второй вход блока 5, третий вход которого соединен с шиной 18 аходных сигналов и вторым входом блока 3 управления. Третий выход блока 3 подключен к треть.ему в.ходу ОП 6, а чет вертый - через блок 19 вентилей к второму входу АЗЭ 13, выход которого соединен с шиной 20 выходных аналоговых сигналов и первым входом коммутато ра 21. Второй вход коммутатора 21 подключен к в,ыходу регистра 7 и второму входу блока 19 вентилей. Выход коммута тора 21 соединен с вторым входом блока 14. | Многоканальный ЦАП работает следую щим образом. Он имеет три режима функционирования: основной и два вспомогательных. Ос новной - это режим обновления информации в МЦАП. Вспомогательные - это режим регенерации (восстановлении) инфо мации и режим, проверки ЦАП. В первом режиме аля занесения цифро вой информации по шине 18 в МЦАП и преобразования ее в аналоговую блоки должны быть в следующем состоянии: счетчики 2 и 4 и регистр 7 в нулевом состоянии, коммутаторы 8 и 9 осуществляют коммутацию таким образом, что коды с ОП 6 поступают на исправный ЦАП например ЦАП 10, и аналоговый сигнал поступает с его выхода на вход блока АЗЭ 13. По шине 18 импульс Заись поступает в блок 3 управления, а через блок 5 код управляющего воэцействия NI и код адреса канала N2 постудает а вход ОП 6 и код N поступает также в регистр 7. Блок 3 управления вырабатывает два импульса: первый - Запись в ОП, второй - (с некоторой задерккой) Списывание из ОЗУ. По первому импульсу коды N., и NQ записываются в ОП 6, а по второму код Ы через коммутатор 9 записывается в ЦАП 1Q и код N/2 записывается в регистр 7, На выходе ЦАП 10 формируется аналоговый эквивалент, который через коммутатор 8 подается на информационный вход АЗЭ 13. По адресу, поступающему из регистра 7 в АЗЭ 13, к информационному входу подключается соответствующая ячейка АЗЭ, обладающая тем свойством, что за время выборки tgHa ее выходе устанавливает ся сигнал, равный сигналу, присутствующему на ее входе. Вторым параметром, характеризующим ячейку АЗЭ, является время хранения это время, в течение которого сигнал на выхода его будет | отличаться от исходного на величину, не превьщдающую допустимую погрещносгь хранения. Таким образом, по истечении времени i g на соответствующем выходе блока АЗЭ 13 устанавливается аналоговый эквивалент, равный входному коду N., и устройство готово к проведению следующего цикла записи в другую ячейку АЗЭ 13 или обновления информации в той же ячейке. Второй режим - режим регенерации осуществляется в промежутках между циклами основного режима. Вго необходимость продиктована тем, что реальные ячейки АЗЭ 13 имеют конечное значение tj. Так как соотношение составляет тысячи и десятки тысяч, то этот режим может осуществляться с такой периодичностью, которая не нарушает и не затрудняет проведение циклов основного режима. Для осуществления первого вспомогательного режима необходимо, чтобы счетчики 2 и 4 и регистр 7 были в нулевом состоянии, коммутаторами 9 и 8 выбран один из исправных ЦАП, например ЦАП 10. При отсутствии по шине 18 импульса Запись в блоке 3 управления вырабатывается разрешающий сигнал, по которому от генератора 1 записывается в счетчик 2 единица. По этому адресу изОП 6 списывается в ПАП 10 код, хранящийся в соответствующей ячейке ОП. Аарес из счетчика 2 эаписьшается также в регист который при наличии управляющего сигна на блоке 19 вентилей осуществляет подключение к выходу ЦАП 10 ячейки блока 13 АЗЭ. Выход, этой ячейки коммутатором 21 подключается JK блоку 14 разности, на второй вход которого поступает через коммутатор 8 аналоговый сигнал с выхода ЦАП Ю. Разностный сигаал с выхода блока 14 преобразуется с помощью АЦП в код, который поступает в блок 16 анализа. В блоке 16 проверяет ся условие выхода этой разности за поле допуска: ,(1) где дн р- код, подучаюшийся на выходе АЦП; NAQP, - допустимое отклонение разности. Если условие (1) выполняется, то при условии, если в блок 3 управления не поступает сигнал Запись , в счетчик 2 от генератора поступает вторая единицу и цикл регенерации информации уже по новому адресу повторится в той же после довательности, что и выше. Если же разность превышает допустимую, т.е. времени, отведенного на восстановление сиг нала по каким-йибо причинам оказалось недостаточно, то по тому же адресу проводится повторная запись. Если условие ( опять не будет выполнено, то адрес неис правной ячейки записывается в блок 17 регистрации. Регенерация по остальным адресам продолжается в той же последовательности. В процессе эксплуатации или в начале работы МЦАП возникает потребность в проверке правильности работы основного узла устройства - ЦАЙ. Причем в орлнчие от элементов вычислительной техники о правильности функционирования ЦА можно судить, лишь проверив его во всех точках его характеристики Ъход - выход . Устройство в этом втором вспомогате льном режиме работает следующим образом. Коммутаторы 9 и 8 осуществляют подключение ЦАП 10. В счетчик 2 заносится код 00 ... 01, а в счетчике 4 устанавливается код ООО ... 00. Информация из счетчиков 2 и 4 через блок ИЛИ 5 поступает в ОП 6 и переписывается в ЦАП 10. Код адреса записывается в регистр 7, который осуществляет подключение к выходу ЦАП 10 соответствующей ячейки АЗЭ 13. После записи аналоговой информации в соответствующую ячейку в счетчики 2 и 4 добавляется по единице и аналоговый эквивалент возросшего на единицу кода заносится в следующую по номеру ячейку. Для случая, когда число возможных кодовых комбинация меньше числа каналов и соответственно ячеек, в ячейки АЗЭ 13 оказываются занесенными все значения характеристики ПАП 1Q. После этого ЦАП 11 коммутаторами 9 и 8 подключается к ОП 6 и АЗЭ 13, а коммутатором 21 подключается выход ячеек АЗЭ к первому входу блока 14, на второй вход которого поступает сигнал с выхода ЦАП 11. В счетчик 2 заносится код 00 ... О1, а в счетчик 4 устанавливается код ОО ... ОО. Информация из счетчиков 2 и 4 через блок 5 ИЛИ поступает в ОП fci и переписывается в ЦАП 11. По адресу из регистра 7 осуществляется подключение коммутатором 21 выхода соответствующей ячейки к блоку 14. АЦП 15 измеряет разность между значениями сигналов с выхода ЦАП 10 и ЦАП 11, соответствующих коду ОО ... 01. Если условие (1) будет соблюдаться, то осуществляется переход к проверке сутедующей комбинации путем увеличения числа в счетчиках 2 и 4 на единицу. Циклы проверки продолжаются до тех пор, i пока не будут проверены все точки характеристики ЦАП. Если условие (1) в одной из точек будет нарушено, то по команде блока 16 анализа адрес ее заносится в блок 17 регистрации. Когда цикл сравнения характеристик ЦАП Ю и ЦАП 11 заканчивается, то осуществляется цикл сравнения характеристик ЦАП 11 и ЦАП 12, т.е. в следующем положении ключей коммутаторов 9 и 8 значения напряжений в точках характеристики ЦАП 11 заносятся в АЗЭ и сравниваются после этого путем соответствующего переключения ключей коммутаторов 9 и 8 с точками характеристикиЦАП 12. В той же последовательности сравниваются характеристики ЦАП 12 и ЦАП 10. Такая процедура проверки позволяет выявить неисправный ЦАП и проверить тракты АЗЕ. Таким образом, использование одного ЦАП в системе многоканального преобразования сущесвенно повышает идентичность каналов, простоту контроля всеч участков многоточечной характеристики каждого канала и, тем самым, повышает параметрическую надежность работы устройства.

16

12

Вх

швтят

18

9

11

10

W

2Q Вш

aaii

п

15