Способ функциональной подгонки цифроаналоговых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

1

Изобретение относится к области информационно-иэмернтельной техники и микроэлектроники и быть использовано при изготовлении прецизионных цифроаналоговых преобразователей (|АП) в гибридно-пленочном исполнении ,

Цель изобретения - повышение быстродействия подгонки.

На фиг. 1 приведена эквивалентная схема цифроаналогового преобразователя в момент подгонки i-ro разряда; на фиг„ 2 - зависимости токов, протекающих через подгоняемый резистор и через двухполюсник от относительнор величины их разбаланса,(преобразование этих токов в напряжение происходит линейно, подобные зависимости имеют и выходные напряжения преобразователя ток - напряжение при указан HOI включении разрядов ЦАП) ; на фиг. 3 - эквивалентная схема четырехполюсника, где R,s гы сопротивления эквивалентного треугольника принятой модели четырехполюсника; на фиг. 4 - эквивалентная схема резис- торной декодирующей матрицы при подгонке второго разряда ПАП (первый разряд - старший); на фиг. 5 - структурная схема устройства, реализующая способ функциональной подгонки цифроаналоговых преобразователей.

Цифроаналоговый преобразователь содерлшт четырехполюсник 1, образованный неподогнанной частью резистор ной декод1-:рующей матрицы типа R-2R, двухполюсник 2, образованньш подогнанной частью резисторной декодирующей матрицы, резистор 3 подгоняемого i-ro разряда, преобразователь 4 ток напряжение, входное сопротивление которого , источник 5 опорного напряжения, источник 8 опорного напряжения , подгоняемый ЦАЦ, в состав которого входит декодирующая резис- торная матрица 9.1э когдаутатор 9.2, масштабирующий резистор 9.3, операционный усршитель 9.4д задатчик 10 кода, опорный ЦАП 11, компаратор 12, цифровой вольтметр 13, микро-ЭВМ 14, блок 15 управления лазером.

Способ функциональной подгонки ЦАП реализуется следующим образом.

Подгонку начинают с младших разрядов ЦАПо Перед подгонкой i-ro разряда к входу преобразователя 4 ток - напряжение подключают вначале одно ллечо элементарного делителя, обра0

5

25

98872

зованного разрядным резистором 3 и двухполюсником 2, затем - другое, находят токи 1 ; , Ijj , оставляют подключенным к входу преобразователя 4 то плечо, в котором протекает больший ток. При этом считается, что сопротивление резистора изменяется только в сторону его увеличения.

10 Ток, протекающий через разрядный резистор 3, больше тока, протекающего через двухполюсник 2 (фиг. 2, точки А и А ). При этом следует подгонять (увеличивать сопротивление).резисто15 ра 3. Сопротивление двухполюсника 2 будет равносильно при этом эталону подгонки для сопротивления резистора 3, Считая, что сопротивление двухполюсника 2, как, эталона подгонки ре2Q зистора 3, равно

,(1)

2;

где Ц. - узловое напряжение данного

разряда или падение напряжения на резисторе 3 и на двухполюснике 2,

найдем сопротивление

R,, Y-- 2R-iR, (2)

- - i

где AR - есть абсолютная разность сопротивления двухполюсника 2 и сопротивления резистора 3. Из приведенных выражений найдем относительную величину разбаланса Д;% 35 от включения i-ro разряда и всех предыдущих вместе с дополнительным

A,|,

(3)

где и. - напряжение на выходе преобразователя 4 при включении i-ro разряда;

и2 - напряжение на выходе преобразователя 4 от включения всех предьщущих младших разрядов вместе с дополнительным.

Указанные соотношения соответствуют фиг. 1 и 2 и определяют случай подгонки разрядного резистора 3. Если ток, протекающий через двухполюсник 2 больше, то необходимо подгонять (увеличивать) его сопротивление путем воздействия подгоночным инст- 5 рументом на резистор.

При этом формулы (1) - (3) оста- Еотся справедливыми,, а эталоном подгонки (2R) для данпого разряда является резистор 3. Соответственно ток

30

400%,

0

1 j протекает уже через резис тор 3, ,а напряжение U,; образовывается за счет включения i-ro разряда. Из формулы (1) - (3) можно выразить сопротивление R; как

R;(1-f5o)2R.

Параметры четырехполюсника 1 (фиг, 3) зависят от номера подгоняемого разряда:

.

72(1-0 +1

«,.

-н) 2 -1

Полученные соотношения (5) - (7) позволяют найти коэффициент передачи источника 5 опорного напряжения в узловую точку (фиг. 1), а следовательно, с учетом формул (1) - (4) можно получить следую1цие соотношения токов

. УШО.

{J Р9 ..

R 2 100-/ ; 4,

и 100-й;

(9)

R 2 100-p ui где ft; - коэффициент, зависящий от

номера подгоняемого разряд

o2i- ,1

(10)

Хотя четырехполюсник 1 предложенной эквивалентной схемы (фиг. 1) при подгонке старшего разряда вьфождает- ся, справедливость формул (8) и (9) не утрачивается.

Таким образом, для всех без исключения разрядов ЦАП контрольное значение тока (напряжения) I к; (UK; ) можно получить из формул (8) и (9) в соответствии с графиком (фиг. 2) при .

После этого, взяв отношение контрольного тока (напряжения) к току (н пряжению) подгоняемой ветви по формуле (8), получим

т 2liio2i 3; i; т

2 100 а для контрольного напряжения, снимаемого с выхода преобразователя 4, эту формулу можно представить в окончательном виде

2 100-Э;-л;

(12)

и.

{Н

(13)

2-100 где и;„ - начальное напряжение от

включения i-ro разряда либо младших относительно

а

а59887

i-ro, определенное до см о подг(

и,-„ - для НЛП 9 (фиг. А) то же, что ДЛЯ эквиналентноГ схемы (фиг. 1) .

В результате подгонки всех разрядов с учетом соотпопшшш (13) происходит подгонка ЦАП по таким точност- Q ным параметрам, как линейность и дифференциальная нелинейность.

После выравнивания ступеней статической характеристики преобразования ЦАП ее подгоняют по отношению к пол- g ной шкале преобразования до требуемого значения, изменяя при этом коэффициент передачи преобразователя А ток - напряжение.

Устройство, реализующее способ „„ функциональной подгонки, работает следующим образом.

При подгонке i-ro разряда ЦАП 9 включают i-й разряд подгоняемого 9 и опорного 11 ЦАП. Измеряют цифровым 25 вольтметром 13 выходное напряжение подгоняемого ЦАЦ 9, подсоединяя вход цифрового вольтметра 13 к выходу испытуемого ЦАП 9 через коммутатор 12. Затем через коммутатор 12 подключают входы цифрового вольтметра 13 в диаго30

35

40

45

50

55

наль моста, образованного подгоняемым 9 и опорным 11 ЦАП, его показание переписывают в память микро-ЭВМ 14 Затем подключают все разряды подгоняемого ЦАП 9, младшие i-ro, включая дополнительный, не меняя преобразуемого кода на входе опорного ПАП 11. Новое показание цифрового вольтметра 13, входы которого подключены через коммутатор 12 к диагонали моста ЦАП 9 - ЦАП 11, записывают в память микро-ЭВМ 14, которая затем вычисляет разницу Д% и сравнивает полученное значение с допустимым для данного разряда, если величина и превьшает допустимое значение для данного разряда, то микро-ЭВМ 14 дает команду Разрешение подгонки блоку 15 управления подгоночным инструментом. При этом микро- ЭВМ 14, используя выражение (13), определяет контрольное значение напряжения i-ro разряда.

Подгоночным инструментом удаляют часть резистивного материала i-ro

разрядного резистора (i-ro резистора связи) до достижения на выходе подгоняемого ЦАП 9 рассчитанного контрольного значения напряжения, при этом сравнение производит микро-ЭВМ 14.

i: 3

По достижении иа выходе ЦЛ11 9 первоначально рассчитанной кор(тро.пьной величины микро-ЭВМ 14 дает команду на блок 15 управления лазером Коней, подгонки. После этого слова производится измерение напряжения в диагонали ДАЙ 9 - НАЛ 11, оценка величины Ь% при помощи микро-ЭВМ. При новом значении л% выше нормы производятся новое измерение выходного напряжения ЦАП 9 и расчет нового контрольного напряжения, до значения которого производится повторная подгонка i-ro разряда.

После подгонки всех разрядов ЦАП 9 осуществляют подгонку коэффициента передачи, воздействуя на масштабный

резистор подгоночным инструментом

(лазером), при всех включенных разрядах ЦАП 9, включая и дополнительный, до достижения модулем напряже- - ния на выходе ПАП 9 значения опорного напряжения источника 8,

Формула изобретения

. Способ функциональной подгонки цифроаналоговых преобразователей, по которому последовательно, начиная с младших разрядов, формируют сигнал разбаланса i-ro разряда путем формирования разности между первьм выходным напряжением преобразователя, формируемым при включении i-ro разряда, и вторым выходным напряжением преобразователя, формируемым при включении всех младших разрядов относительно i-ro, сравнивают сигнал разбаланса с контрольной величиной разбаланса и при их неравенстве осуществляют коррекцию сопротивления соответствующего резистора i-ro разряда декодид5

0

5

0

5

0

рующай матрицы П)(;образователя, после чего пс вторно формируют сигнал разбаланса 1-го разряда и сравнивают его с контрольной величиной разбаланса до их равенства, после чего осуществляют коррекцию сопротивления масштабного резистора до момента достижения равенства величины выходного напряжения преобразователя, при всех включенных его разрядах, его номинальному значению, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия подгонки, формирование второго выходного напряжения преобразователя осуществляют при одновременном включении дополни 1;ельного разряда, сравнение сигнала разбаланса осуществляют при нулевом значении контрольной величины разбаланса, а перед - к ррекцИей сопротивления соответствующего резистора i-ro разряда декодирующей матрицы определяют величину UK контрольного напряжения i-ro разряда по формуле

l iiioo-/} ;)

2. 100 где i - номер подгоняемого разряда; Uj - большее из первого и второго выходных напряжений преобразователя;

Л; - относительная величина разбаланса, %;

+1 т- гг-Т коэффициент, зависящий от

номера подгоняемого разряда ,

которое используют при коррекции сопротивления соответствующего резистора i-ro разряда декодирующей матрицы для сравнения с ним большего из первого и второго выходных напряжений, по достижении равенства между которыми коррекцию прекращают.

и

RcS2

У

1

Яс5,

Изобретение относится к ббласти информационно-измерительной техники и микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении прецизионных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) в гибридно-пленочном исполнении. Цель изобретения - повышение быстродействия подгонки. Подгонка соответствующих резисторов в каждом разряде преобразователя, при одновременном контроле выходного напряжения, до достижения определяемого по результатам измерений выходных напряжений ЦАП контрольного значения напряжения позволяет уменьшить число операций при подгонке каждого разряда, что приводит к ускорению процесса подгонки. 5 ил. (/) С ОС ее ос ОС ОС «ч

1/71

1Я2

4

Ic.

Ж

t ff/2(;

0i/2j

/tf%;

Ai7.

Ш /ГМ

фиг. 2 KZH Г

Упр

Фиг. З

ФагМ