Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/66 

Од СО

00

О

со

со

113

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть спользовано для создания точных и быстродействующих цифроаналоговых аналого-цифровых преобразователей. Цель изобретения - повьппение точности преобразования при сохранении быстродействия.

На. фиг . 1 приведена функционалЪ- ная схема цифроаналогового преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы цикл работы генератора ортогональных сигналов; на фиг.3 - схема |1мпульсного токового ключа; на фиг.4- фхема фильтра нижних частот. ; Цифроаналоговый преобразователь Додержит источник 1 опорного тока, Генератор 2 ортогональных сигналов, (m+l) импульсных токовых ключей 3, де m - число старших разрядов пре- фбразуемого кода, (т+1)фильтров 4 йижних частот, m токовых ключей 5 Старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выпол- Яенный (п-га)-разрядным, где п - число разрядов преобразуемого кода и быходную шину 7.

На т+1 выходах генератора 2 ортогональных сигналов вырабатьтаются

импульсы f с периодом Т и скважностью Q. (i 1 ,2, ... ,га) ,взвешенной по любому закону, например двоич Ному (фиг,2). На т+1 выходе генера о |гора 2 ортогональных сигналов выра- |5атьшается периодический импульсный

Ьигнал со скважностью Q , равной 4-

ркважности Q.

; Импульсный ТОКОВЫЙ КЛЮЧ 3 содерЬсиТ диод 8, первьй 9 и второй 10 кон

ренсаторы, первый 11 и второй 12

резисторы, биполярный 13 и полевой 1

транзисторы.

Фильтр 4 нижних частот вьшолнен токовым и содержит первый 15 и вто- рой 16 операционные усилители, интегрирующий конденсатор 17, RC-фильт 18, токозадающий резистор 19 и полевой транзистор 20.

Цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы генератора 2 ортогональных сигналов, поступая последовательно во времени на управляющие входы импульсных токовых ключей 3, приводят к последовательному подключению источника 1 опорного тока к входам фильтр ов 4 нижних частот, на входах которых появляются периодичес

кие импульсы тока, постоянная состав- ляющая которых li, определяется выражением

4

QI

;

(1)

0 5 0 5

5

0

о

5

0

5

где I источника 1

Q,ток опорного тока;

скважность импульсных сигналов.

На выходах m фильтров 4 нижних частот формируются га весовых токов старших разрядов I. ,1,, ,... ,1,взвешенных например, .по двоичному закону, а на выходе (т+1)-го фильтра 4 нижних частот формируется ток, равный по величине току .

С выхода (т+1)-го фильтра 4 нижних частот ток поступает на вход кодо- управляемого делителя 6 тока. Использование выходного тока (т+1)-го фильтра нижних частот в качестве опорного тока для цифроаналогового преобразования младших разрядов кода позволяет избавиться от проблем согласования характеристики преобразования старших и младших разрядов, обычно возникающей при комбинированном построении многоразрядных цифро- аналоговых преобразователей.

Выходной сигнал, пропорциональный входному коду, формируется путем сложения на суммирующей шине 7 весо- , вых токов 1 Д., т старших разрядов и выходного тока кодоуправляе- мого резистивного делителя 6 тока в комбинации, определяемой входным кодом Ngy .Число старших разрядов определяется требуемой погрешностью цифро- аналогового преобразователя. I

Использование в качестве импульсных токовых ключей импульсных диодов 8, переключаемых через конденсатор 9 выходными сигналами генератора 2, обеспечивает высокую точность соот- ношения длительностей импульсов токов, поступающих на входы фильтров 4 нижних частот.

Допустим, что во время, предшествующее моменту to(фиг.2), ток опорного источника I тока Протекает через диод 8 и транзисторы 13 и 14 первого импульсного токового ключа 3. В момент времени t на управляющий вход первого импульсного токового ключа 3 поступает запирающий сигнал, а на управляющий вход второго импульсного токового ключа 3 - отп ирающий сигнал. В результате диод 8 первого импульсного токового ключа 3 закрьшается, а диод 8 второго импульного токового ключа 3 открывается. При этом ток опорного источника 1 тока переключается из первого испульс- ного токового ключа во второй.

В течение некоторого времени после момента to транзистор 13 второго импульсного токового ключа 3 остается в закрытом состоянии, поскольку напряжение на его переходе база- эмиттер близко к нулю и определяется напряжением на конденсаторе 9, емкость которого намного больше емкости конденсатора 10. По мере заряда конденсатора 9 током источника 1 опорного тока напряжение на нем возрастает и достигает значения, при котором транзистор 13 второго импульного токового ключа 3 второго канала открывается. При этом начинает формироваться передний фронт импульса тока на входе соответствующего фильтра 4 нижних частот.

По окончании отпирающего сигнала, действующего на управляющем входе второго импульсного токового ключа 3 ток источника 1 опорного тока переключается в третий импульсный токовый ключ. При этом транзистор 13 второго импульсного токового ключа 3 . еще некоторое время остается в открытом состоянии под действием напряжения на конденсаторе 9. В результате конденсатор 9 второго импульсного токового ключа 3 разряжается через транзистор 13 того же ключа. Процесс разряда конденсатора 9 определяет задний фронт импульса тока на входе соответствующего фильтра А нижних частот,

Очевидно, что конденсаторы 10, обеспечивая форсированный процесс переключения источника 1 опорного тока не изменяют величины зарядов, поступающих на входы фильтров 4 нижних частот. В результате точность задания соотношений зарядов, поступающих на входы фильтров 4 нижних частот, определяется точностью формирования соотношения временных интервалов выходных сигналов генератора. 2, а так-, же частотными свойствами импульсных диодов 8 и не зависит от частотных свойств биполярных транзисторов 13.

Конденсаторы 10 обеспечивают квазипостоянный режим работы транзисто

ров 14. Такой режим работы полевых транзисторов 14 позволяет компенси- ров ать с помощью резисторов 12 разброс напряжений затвор-исток транзисторов 14 и обеспечить постоянное напряжение на анодах диодов 8 в процессе переключения тока источника 1 опорного тока.

0 Особенность работы фильтра 4 нижних частот заключается в том, что значение напряжения, до которого заряжается конденсатор 17 и конденсаторы RC-фильтра 18,не зависит от ве5 личины сопротивления резисторов

RC-фильтра, а равно произведению постоянной составляющей импульсов тока на значение сопротивления резистора 19. Таким образом, путем выбора ве0 личины сопротивления резистора 19 можно минимизировать напряжение на конденсаторах в пределах, обеспечивающих незначительные токи утечки, и тем самым повысить точность выделе5 НИН постоянной составляющей. Мини- Мальное значение сопротивления резистора 19 ограничивается требуемой областью линейной работы операционного усилителя 16.

Формула изобретения

1.Цифроаналоговый преобразователь, содержащий источник опорного тока, первый выход которого подключен к шине нулевого потенциала, кодоуправ- ляемый резистивный делитель тока, управляющие входы которого являются соответствующими входными шинами п-га младших разрядов преобразуемого кода, где п - число разрядов преобразуемого кода, выход объединен с выходами m токовых ключей старших разрядов и является выходной шиной, управляющие входы m токовых ключей 5 старших разрядов являются соответ- ствзпощими входными шинами m старших разрядов преобразуемого кода, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности при сохранении быстродействия, введены генератор ортогональных сигналов,т+1 фильтров нижних частот, т+1 импульсных токовых ключей, информационные входы которых объединен и подключены к второму выходу источника опорного тока, управляющие входы подключены к. соответствующим выходам генератора ортогональных сигналов, выходы подключены к входам соответствующих

5

0

0

5

(tn+1) фильтров нижних частот, выходы га из которых подключены к информационным входам соответствующих токовых ключей старших разрядов, выход (ю+1)-го фильтра нижних частот подключен к информационному входу кодо- уЛравляемого резистивного делителя

тока.

2. Преобразователь по п.1, о t - личающийся тем, что каждый импульсный токовый ключ выполнен н;а первом и втором конденсаторах, п;ервом и втором резисторах, биполяр- HJOM транзисторе, полевом транзисторе Д|ИОде, анод которого является инфор- м|ационным входом, катод подключен к п(ервой обкладке первого конденсатора njepBOMy вьшоду первого резистора и к з{миттеру биполярного транзистора, ба з;а которого подключена к второму вы- В1оду первого резистора, первому вы- в|оду второго резистора и к первой о|бкладке второго конденсатора, вто- р1ая обкладка которого объединена с н1торой обкладкой первого конденсато- pia, затвором полевого транзистора и я(вляется управляющим входом, исток Долевого транзистора подключен к второму выводу второго резистора, сток ббъединен с коллектором биполярного транзистора и является выходом импульсного токового ключа.

3. Преобразователь по п.1, о т - jj и ч а ю щ и и с я тем, что каж

0 О

5

дый фильтр нижних частот вьшолнен на первом и втором операционных усилителях, интегрирующем конденсаторе, токозадающем резисторе, полевом транзисторе, RC-фильтре, выполненном на К резисторах и К конденсаторах, первые обкладки которых объединены между собой, с первым вьшодом токоз.адаю- щего резистора, с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, инвер- ти{)ующим входом первого операционного усилителя и являются входом фильтра нижних частот, неинвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к шине нулевого потенциала, выход подключен к второй обкладке интегрирующего конденсатора и к первому вьшоду первого из К резисторов, первые выводы К-1 резисторов, начиная с второго,подключены соответственно к вторым выводам К-1 резисторов, начиная с первого, вторые выводы К резисторов подключены к вторым обкладкам соответствующих К конденсаторов, второй вьгаод К-го резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к второму выводу токозадающего резистора и к истоку полевого транзистора, затвор которого подключен к выходу второго операционного усилителя, а сток является выходом фильтра нижних частот.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть ис- испольэовано для создания точных и быстродействующих цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей Цель - повьшение точности при сохранении быстродействия. Цифроаналого-. вый преобразователь содержит источ- ник 1 опорного тока, генератор 2 ортогональных сигналов, импульсные токовые ключи 3, фильтры 4 нижних частот, токовые ключи 5 старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выходную шину 7. Повышение точности при сохранении быстродействия достигается за счет прецизионного формирования взвешенных эталонных токов с использованием ШИМ-сигналов с последующей их коммутацией быстрыми токовыми ключами 5. 2 з.п.ф-лы, 4 ип. (Л

М Л

Е

t

и

Фие.2

Фиг.д

Фыг.