Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1990 года по МПК H03M1/66 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при построении прецизионных цифроаналоговых преобразователей, а также контрольно- измерительной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена функциональная сх.ема цифроаналогового пре- образователя.

Цифроаналоговый преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, основнойn-разрядный кодоуправ- ляемый делитель КУЛ) 2, два дополнитель иых n-и (п-1)-разрядныхКУД Зи 4соот- |ветственно, каждый КУЛ выполнен в виде резистивной матрицы (5-7) игруппы пере ключателей (8-10), выходной 11,первый 2 и второй 13 преобразователи ток- напряжение, каждый из которых выполнен в виде операционного усилителя (14-16) и резистора (17-19) обратной связи, два масштабирующих элемента на резисторах 20 и 21, а также вход- кую 22 и выходную 23 шины

I к/1 - составляющие 1го тока основно которые ответвл полнительные КУ В случае идеальных пер 8 и операционного усилите циалы ср; на выходах рези матрицы 5 типа R-2R должн ны нулю. Из-за остаточных лений переключателей 8, н смещения нуля и напряжени статизма операционного ус потенциалы СР| отличаются определяются выражением

Резистивная матрица 6 выполнена i(ja резисторах 24 и резисторе 25, рези- Јтивная матрица 7 - на резисторах 26, 30 п. а-т r-+a (I-r-+IL +U

,гч-тnf Д1 1111(СДЛСТ

резисторе 27 и резисторах 28.

Цифроаналоговый преобразователь

где ,

-инверсное з рядной цифр

работает следующим образом.

Переключатели 8 подключают выходы резистивной матрицы 5 типа R-2R то к общей шине, то к суммирующей точке выходного преобразователя 11 ток - напряжение в зависимости от управляющего кода Ја,, ..., а;, .., ап) на п|ине 22, где а; е{0; 1.

Выходное напряжение преобразователя формируется на выходе операцион- Його усилителя 14 (шина 2.3) в соответствии с выражениями

Roc(I RM,)

вых +иеых i

мг п

,+исмО

(1)

;1;Ы;

1«1

е R

ос

вы

и

&ЫХ4

сопротивление резистора 17 обратной связи операционного усилителя 14; выходной ток основного КУД

2;

выходное напряжение первого преобразователя 12 ток- напряжение;

Ml

см

I: R,,,, - сопротивление первого масштабирующего элемента на резисторе 20; напряжение смещения нуля операционного усилителя 14 ток 1-го разряда основного КУД 2;

1Ь , Ц); - потенциал i-ro узла КУД 2 и потенциал на выходе i-ro разряда резистивной матриц 5 типа R-2R;

2R - сопротивление разрядного

резистора основного КУД 2;

IM .

I к/1 - составляющие 1го разрядного тока основного КУД 2, которые ответвляются в дополнительные КУД 3 и 4. В случае идеальных переключателей 8 и операционного усилителя 14 потенциалы ср; на выходах резистивной матрицы 5 типа R-2R должны быть равны нулю. Из-за остаточных сопротивлений переключателей 8, напряжения смещения нуля и напряжения ошибки статизма операционного усилителя 14 потенциалы СР| отличаются от нуля и определяются выражением

п. а-т r-+a (I-r-+IL +U

), (2)

ы 35 ы-

где ,

40

К

«;

о

-инверсное значение разрядной цифры кода;

-остаточные сопротивления переключателей 8 1-го разряда соответственно при и

-напряжение ошибки ста- i тизма операционного усилителя 12;

--коэффициент усиления ..

усилителя 14 без обратной связи.

Под действием этих потенциалов 45 узловые потенциалы КУД 2 изменяются на величину U.U; . Поэтому выходной ток основного КУД 2 и его погрешность &I ..,„ можно представить в виде

wOf К4

w И

Ёп г . , t.j. А Г

f u LBbix

i - и UI h«-355 21a,AU;-Z:a,tp,) 50

вых

(3)

i n-

55

ВЫХ

h

-21a;iK ;- 21 a,iKa,

.

42- .... Л .1

2RX

(

(2R

),

2R/

..aluU;- - r -а,,-(k+ l;)

(4)

где R,, R. 51543546

сопротивления резисторов

24младших и резистора

25старшего разрядов

КУД 3;-

R - сопротивление разрядного резистора 28 дополнительного КУД 4; ЕО - напряжение источника 1

опорного напряжения о Для компенсации первого члена выражения (4) дополнительный КУД 4 осуществляет весовое суммирование потен- циаловср;(1 1, п-1), аналогичное такому же весовому суммированию потен- циалов в основном КУД 2, при этом потенциал 1-го узла КУД 4 равен &U; /2. Поэтому при подсоединении выходов ре- зистивной матрицы (значение сопротивлений „резисторов 26-28 которой удов- летворяют условию 2Ra7 4R4g) при помощи переключателей 10 или к общей шине, или к суммирующей точке первого преобразователя 12 ток-напряжение, в суммирующую точку второго операционного усилителя 15 с выхода

КУД 4 поступает ток

t и-f

W щ а;йи;

Для компенсации второго члена вы- ражения (4) переключатели 9 подсоединяют выходы резистивной матрицы 6 то к общей шине, то к суммирующей

точке второго преобразователя 13 ток- напряжение. Под действием выходного напряжения третьего операционного усилителя 16 в суммирующую точку второго операционного усилителя 15 поступает ток

Ай где

Uftbix 1 RM R,

ROC2.,1

RMCL R,

n-i

OCQ.

-а-.,

19

R

ма

сопротивление резистора обратной связи третьего операционного усилителя 16; сопротивление второго масштабирующего элемента на резисторе 21 .

В результате выходное напряжение первого преобразователя 12 ток-напряжение

тт -т

иВЬ|Г ROCI

Rr

n-i

-fS-2 ; u;

n-l

M,f.

+ Roc, 5- 5

где ROC| сопротивление резистора 18 обратной связи второго операционного усилителя 15.

С учетом (1)-(5) справедливо

При обеспечении R 2R BocLlR.Mi/RfiCLRoc.l

-, DJ.D VDD

ROCt +RMi

RA4 RMu

R0 2R( -

R«(R MI

R( RM

1)

выходное напряжение цифроаналогового преобразователя

И -F But

U8b№ hOR

2м +

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый преобразователь при том же быстродействии обладает более высокой линейностью функции преобразования, поскольку (при компенсации погрешностей .от остаточных сопротивлений ключей, напряжения смещения нуля и напряжения ошибки статиз- ма выходного усилителя) методическая кодозависимая составляющая погрешности выходного напряжения ЦАП не возникает.

Формула изобретения

Цифроаналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, основной п-разрядный кодоуп- равляемый делитель, первый (п-1)-разрядный и второй n-разрядный дополнительные кодоуправляемые делители, первый, второй и выходной преобразователи ток-напряжение, последний из которых выполнен в виде первого операционного усилителя и первого резистора обратной связи, включенного между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя, выт ход и неинвертирующий вход которого являются соответственно выходной шиной и шиной нулевого потенциала, первый преобразователь ток-напряжение выполнен в виде второго операционного усилителя и второго резистора об-

ратной связи, включенного между выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого через первый масштабирующий элемент, выполненный в виде первого резистора, соединен, с инвертирующим вкодом первого операционного усилите- л|я, второй преобразователь ток-напря- жЬние выполнен в виде третьего опера- пленного усилителя и третьего резистора обратной связи, включенного между выходом и инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход и неинвертирующий вход которого соединены соответственно с первым вы- вэдом второго масштабирующего элемента, выполненного в виде второго резистора, и с шиной нулевого потенциала, основной n-разрядный кодоуправ- ллемый делитель выполнен в виде пер- вэй группы переключателей и резистив- нэй матрицы типа R-2R из п-1 после- д(эвательно соединенных резисторов , п разрядных резисторов и кор- ротирующего резистора, первые выводы nJM разрядных резисторов, кроме п-го, соединены с первыми выводами соответ- с(гвующих резисторов связи, первый вы- n-го разрядного резистора объеди- с вторым выводом (ir-)-ro резисто р связи и подключен к первому выходу источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с ши- нэй нулевого потенциала, вторые выво- ды разрядных резисторов резистивной матрицы типа R-2R соединены с информационными входами соответствующих переключателей первой группы переключателей, первые выходы которых под- кпючены к шине нулевого потенциала а вторые выходы подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, корректирующий резистор резистивной матрицы типа R-2R вклю- чен между шиной нулевого потенциала И первым выводом первого резистора Озязи резистивной матрицы типа R-2R, первый п-1 разрядный дополнительный кодоуправляемый делитель выполнен на второй группе переключателей и первой резистивной матрице, выполненной в виде группы из п-1 последовательно соединенных резисторов одинакового сопротивления, п-1 групп из двух после- довательно соединенных резисторов одинакового сопротивления и дополнительного резистора, первый вывод которого объединен с первым выводом

первого резистора группы из п-1 последовательно соединенных резисторов одинакового сопротивления, а второй вывод объединен с первыми выходами переключателей второй группы перёклю.- чателей и подключен к шине нулевого потенциала, объединенные первые выводы резисторов i-й, кроме (п-1)-й группы из п-1 групп из двух последовательно соединенных резисторов соединены с вторым выводом 1-го, кроме (n-l)-ro резистора, группы из п-1 последовательно соединенных резисторов одинакового сопротивления, объединенные первые выводы резисторов (п-1)-и группы из п-1 групп из двух последовательно соединенных резисторов соединены с первым выводом (п-1)- го резистора группы из п-1 последовательно соединенных резисторов одинакового сопротивления, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, вторые выводы первого и второго резисторов i-й группы из п-1 групп из двух последовательно соединенных резисторов подключены к информационным входам 1-х переключателей соответственно первой и второй групп переключателей, вторые выходы переключателей второй группы переключателей соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, второй n-разрядный дополнительный кодоуправляемый делитель выполнен на третьей группе переключателей и второй резистивной матрице, выполненной в виде п резисторов, первые выводы которых соединены с информационными входами соответствующих переключателей третьей группы переключателей, первые выходы которых подключены к

шине нулевого потенциала, а соответствующие управляющие входы объединены с управляющими входами соответствующих переключателей первой и второй групп переключ йтелей и являются входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, вторые выводы п резисторов второй резистивной матрицы соединены с информационными входами соответствующих переключателей первой группы переключателей, второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, вто91543546io

рые выходы переключателей третьейгде i 1,2,.„.,(n-1); Rn - сопротивг

группы переключателей соединены сление n-го резистора второй резистивинвертирукицим входом третьего опера-ной матрицы, RJ - сопротивление i-ro

ционного усилителя, причем Rn RJ , с резистора второй резистивной матрицы.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при построении прецизионных цифроаналоговых преобразователей, а также контрольно-измерительной аппаратуры. Цель изобретения - повышение точности. Цифроаналоговый преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, основной кодоуправляемый делитель 2, два дополнительных кодоуправляемых делителя 3,4, выходной 11, первый 12 и второй 13 преобразователи ток-напряжение, два масштабирующих элемента на резисторах 20 и 21, входную 22 и выходную 23 шины. Положительный эффект достигается за счет инверсного включения кодоуправляемого делителя 3 и соединения выхода преобразователя 13 через масштабирующий элемент с инвертирующим входом преобразователя 12. 1 ил.