Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1986 года по МПК H03M1/86 

Изобретение относится к электронной измерительной технике и может быть использовано, в частности, для построения прецизионных калибраторов Известен цифроаналоговый преобразователь, содержащий генератор импульсов, регистр, счетчик, триггер, переключатель, источник опорного напряжения и фильтр. Однако быстродействие данного уст ройства ограничивается параметрами переключателя и фильтра. Известен также цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), .содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с первыми входами переключателей, вторые входы которых подключены к общей шине, резисторную матрицу, усредняющий блок, сдвигающий регистр, выходы которого соединены с управляющими входами переключателей, счетчик импульсов, блок сра нения кодов и генератор, выход которого соединен с выходом счетчика импульсов, первые входы которого подключены к первым входам блока сравнения кодов, вторые входы которого соединены с шиной входного кода. Недостатком данного устройства яв ляется сложность конструкции, обусловленная наличием элементов памяти, включенных последовательно с переключателем в каждом разряде. Целью изобретения является упрощение . Цель достигается тем, что в цифро аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения,выход которого соединен с первыми входами переключателей, вторые входы ко торых подключены к общей шине, резис тивную матрицу, входы которой соединены с выходами соответствующих пере ключателей усреднякящй блок, вход которого соединен с выходом резистив ной матрицы, а выход - с выходной шиной, сдвигающий регистр, выходы ко торого соединены соответственно с управляющими входами переключателей, счетчик импульсов, блок сравнения ко дов и генератор импульсов, выход которого соединен с входом счетчика им пульсов, первые выходы которого подключены к первым входам блока сравне ния кодов, вторые входы которого соединены с шиной входного кода,введены формирователь ШИМ-сигнала и бло |1формирования сдвигающих импульсов. первый вход которого саединен с первым выходом блока сравнения кодов, второй вход - с вторым выходом счетчика импульсов, а выход - с входом синхронизации сдвигающего регистра, информационный вход которого подключен к выходу формирователя ШИМ-сигнала, первый вход которого соединен с вторым входом блока сравнения кодов, второй вход - с третьим выходом счетчика импульсов. Кроме того, каждый разряд сдвигающего регистра выполнен на последовательно соединенных основной и дополнительной триггерных ячейках, синхронизирующие входы которых соединены с входом синхронизации сдвигающего регистра, причем первый выход основной триггерной ячейки каждого разряда кроме последнего подключен к входу дополнительной триггерной ячейки следующего разряда, вход первой из которых соединен с информационным входом сдвигающего регистра, выходы которого подключены к вторым входам основных триггеряых ячеек. При этом блок формирования сдвигающих импульсов выполнен на элементе выделения первого импульса,, элементе вьщеления второго импульса и элементе суммирования импульсов, причем первый вход блока формирования сдвигающих импульсов соединен с входом элемента вьщеления второго импульса, второй вход - с входом элемента выделения первого импульса, выход которого соединен с первым входом элемента суммирования импульсов, второй вход которого соединен с выходом элемента вьщеления второго импульса, а выход -. с выходом блока формирования сдвигающих импульсов. . На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит генератор 1 импульсов, резистивную матрицу на резисторах 2, усредняющий блок 3, переключатели 4, счетчик 5, блок 6 сравнения кодов сдвигающий регистр 7, содержащий основные 8 и дополнительные 9 триггерные ячейки, источник 10 опорного напряжения, формирователь 11 ШИМ-сигнала, блок 12 формирования сдвигакищх импульсов, состоящий из элемента 13 вьщеления первого импульса, элемента 14 выделения второго импульса и элемента 15 суммирования. шину 16 входного кода и выходную шину 17. Генератор 1 импульсов соединен с входом счетчика 5, первые выходы которого подключены к первым входам . блока 6 сравнения кодов, вторые вход которого соединены с шиной 16 входно го кода. Первые выходы блока 6 сравн ния кодов и счетчика 5 подключены соответственно к первому и второму входам блока 12 формирования сдвигающих импульсов, выход которого подкл чен к входу синхронизации сдвигающего регистра 7. Выходы сдвигающего ре гистра 7 подключены к управляющим входам переключателей 4. Вход сдвига ющего регистра 7 соединен с выходом формирователя 11 ШИМ-сигнала, первый и второй входы которого соединены со ответственно с вторыми выходами блока 6 сравнения кодов и счетчика 5 им пульсов . Первые входы переключателей 4 подключены к выходу источника 10 опорного напряжения. Выходы переключателей 4 через резисторы 2 соединены с входом блока 3, выход которого подключен к выходной шине 17. Вторые входы переключателей 4 соединены с общей шиной. Вход синхронизации сдвигающего регистра 7 соединен с входами синхро низации всех основных 8 и дополнител ных 9 триггерных ячеек. В каждом разряде выход дополнительной триггер ной ячейки 9 подключен к входу основ ной триггерной ячейки 8, выход которой в каждом разряде кроме последнего соединен с входом дополнительной триггерной ячейки 9. Вход дополнител ной триггерной ячейки 9 первого разряда подключен к входу сдвигающего регистра 7, выходы которого.соединены с вторыми выходами основных триггерных ячеек 8. Первый вход блока 12 формирования сдвигакнцих импульсов через элемент 14 вьщеления второго импульса соединен с вторым входом элемента 15 суммирования импульсов, первый вход которого через элемент 13 выделения первого импульса соединен с вторым входом блока 12 формирования сдвигаю щих импульсов, выход которого подклю чен к выходу элемента 15 суммирования импульсов. . Устройство работает следу1Шчим образом. 94 Генератор 1 запускает счетчик 5, показанный в виде последовательного соединения двух счетчиков - счетчика 5-1 младших разрядов и счетчика 5-2 старших разрядов. В момент переполнения (обнуления) счетчика 5-2 вырабатывается импульс (см. фиг. 1 и 2) начальной установки формирователя 11 (например R-S-триггера) в . состояние 1. Каждый разряд счетчика 5-2 имеет также выходы на соответствующие входы блока 6-2 сравнения кодов, сигнал на выходе которого, вырабатываемый в момент совпадения кодов счетчика и входного кода преобразователя, возвращает формирователь 11 в исходное состояние О. В результате на его выходе формируется импульс и, , длительность которого t пропорциональна входному коду N преобразователя, показанного на фиг. 2, t 2 1 S 3 к где Т - период преобразования, К - число фаз широтно-импульсной модуляции, каждая из которой образована последовательным .. соединением переключателя 4-i и резистора 2-i. Аналогично формируются парные импульсы и и , синхронизирующие работу сдвигающего регистра 7: первый из них - в момент переполнения (обнуления) младших разрядов счетчика 5-1, второй - в, момент совпадения кода счетчика 5-1 С кодом управления младшими разрядами преобразователя (N), при этом элементы выделения первого 13 и второго 14 импульсов обеспечивают формирование неперекрывающихся коротких импульсов, необходимых для правильной работы (тактирования) сдвигающего регистра 7. Сформированные таким образом парные импульсы повторяются с периодом Т/К и сдвинуты относительно друг друга на временной интервал tд, пропорциональный коду управления (N) младшими разря преобразователя (на фиг. 2 Т/ЗК). После сложения в элементе 15 эти импульсы ( ) поступают на синхронизирующий вход сдвигающего регистра 7. Емкость счетчика 5 выбирается в ависимости от требуемой разрешаюей способности преобразователя,при том количество старших разрядов

счетчика определяется числом фаз преобразователя - К (в случае построения счетчика в двоичном коде количество его старших разрядов равно logj К).

Под воздействием импульсов с элемента 15 суммирования (), поступающих на синхронизирующий вход сдвигающего регистра 7, осуществляется последовательный сдвиг широтно-модулированного импульса U , поданного на вход сдвигающего регистра 7. При этом триггеры основных триггерных ячеек 8 срабатывают через равные интервалы Т/К в моменты подачи импульсов и возвращаются в исходное состояние в момент подачи импульсов U причем длительность широтно-модулированного импульса U пропорциональна суммарному коду N N + N. (см. фиг. 2).

С выходов сдвигающего регистра 7 сигналы поступают на управляющие входы переключателей 4, в результате на их выходах вырабатывается из напряжения Е опорного источника 10 К последовательностей широтно-модулированных импульсов (к - фазный ШИМ-сигнал), которые после суммированияна резисторах 2 и усреднения в блоке 3 создают на выходной шине 17 преобразователя сигнал,пропорциональный входному оду N.

Таким образом, предлагаемый преобразователь за счет введения новых блоков (формирователя ШИМ-сигналов и блока формирования сдвигающих импульсов) позволяет преобразовывать входной код более простыми средствами при сохранении высокой точности преобразования.

1. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с первыми входами переключателей, вторые входы которых подключены к общей шинe резистивную матрицу, входы которой соединены с выходами соответствующих переключателей, усредняющий блок, вход которого соединен с выходом резистивной матрицы, а выход - с выходной шиной, сдвигающий регистр,выходы которого соединены соответственно с управляющими входами переключателей, счетчик импульсов, блок сравнения кодов и генератор импульсов, выход которого соединен с входом счетчика импульсов, первые выходы которого подключены к первьм входам блока сравнения кодов, вторые входы которого соединены с шиной входного кода, отличающийс я тем, что, с целью упрощения, в негр введены формирователь ПНМ - сигнала и блок формирования сдвигакицих импульсов, первый вход которого соединен с первым выходом блока сравнения кодов, второй вход - с вторьм выходом счетчика импульсов, а выход с входом синхронизации сдвигакицего регистра, информационный вход которого подключен к выходу формирователя ШИМ-сигнала, первый вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения кодов, второй вход - с третьим выходом счетчика импульсов. 2.Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что каждый разряд сдвигающего регистра выполнен на последовательно соединенных основной и дополнительной триггерных ячейках, синхронизирующие входы которых соединены с входом синхронизации сдвигающего регистра, причем первый выход основной триггерной ячейки каждого разряда, кроме последнего, подключен к входу дополнительной триггерной ячейки следующего разряда, вход первой из которых соединен с информационным входом сдвигакндего ре(Л гистра, выходы которого подключены к вторым входам основных триггерных ячеек. 3.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок формирования сдвигающих импульсов выполнен на элементе выделения первого импульса, элементе выделения второго импульса и элементе суммиро|вания импульсов, причем первый вход ; блока формирования сдвигающих импульсов соединен с входом элемента выделения второго импульса, второй вход с входом элемента выделения первого , импульса, выход KOTojioro соединен с первым входом элемента суммирования импульсов, второй вход которого соединен с выходом элемента выделения второго импульса, а выход -.с выходом блока формирования сдвигакнцих импульсов.

б

Фиг/

Фиг. 2