Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1993 года по МПК H03M1/66 

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые и может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей.

Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет упрощения дополнительного функционального преобразователя.

На фиг.1 представлена функциональная- схема ЦАП; на фиг.2 - электрическая функциональная модель ЦАП. .

ЦАП содержит кодоуправляемый делитель (КУД) 1 тока, источник 2 опорного; напряжения, выходной операционный усилитель (ОУ) 3, резистор 4 обратной связи выходного 0-У, дополнительный резистор 5, делитель б напряжения, повторитель, дополнительный- КУД 8 код - ток, два дополнительных ОУ 9, 10, два резистора 11, 12 обратной связи дополнительных ОУ, аналоговый инвертор 13, шину 14 управления, выходную шину 15, подложку 16, причем второй преобразователь 17 является функциональным.

На фиг.2 приведены следующие обозначения:

Uon - опорное напряжение, ивых выходное напряжение преобразователя Мпр- преобразуемый код, Кмпр - коэффициент преобразования ЦАП, Км-коэффициент деления дополнительного КУД, Nnp.cr - код, образованный из старших разрядов кода Nnp, Ux - напряжение на выходе дополнительного усилителя, обратного канала, Uy - напряжение на выходе дополнительного усилителя.-...Функциональная модель фиг.2 является абсолютным аналогом схемы фиг.1, с той лишь разницей, что из состава функциональной схемы исключен делитель напряжения, в то время как преобразователь на втором ОУ 9 на схеме фиг.1 имеет коэффициент преобразования в два раза выше, чем этот же усилитель на схеме фиг.2. Данное обстоятельство упрощает фиг.2, не меняя существа процесса преобразования.

Устройство работает следующим образом.

Преобразуемый п - разрядный код N поступает по шине управления на вход КУД 1, с выхода которого ток, пропорциональный коду N идет на вход преобразователя ток-напряжения, выполненного на операционном усилителе 3 и резисторе 4 обратной связи, а затем на выходную шину 15. Перша m разрядов кода N поступают также

на вход дополнительного КУД 8, выполненного по типу весового двоичного резистив- ного делителя тока, с выхода которого ток преобразуется в напряжение двумя дополнительными операционными усилителями 9 и 10 с резисторами 11 и 12 в цепи их обратной связи. Принимаем, что буферный (аналоговый) усилитель-инвертор имеет коэффициент передачи минус 1. Далее принимаем для упрощения, что коэффициент передачи дополнительного усилителя обратного канала К -1..

KN Кыпр; а электрическая модель фиг.2 будет соответствовать выражению, представленному системой уравнений

-(Uon + Ux) KN .- Uy

-(Uon + Ux)(1-KN) Ux(1)

из второго уравнения системы имеем

;:. Ux : .Уоп(1-Кы)(2) Ux И-(1 -Км) ...... ()

20

25

Подставляя (2) в первое уравнение системы (1), получим

Uv

Uon KN

1 +(1-Км)3

(3)

Сигнал Uy инвертируется «налоговым

инвертором 13 и подаете/я на первый вывод

дополнительного резистора RT (фиг.1) на

другой вывод которого: подается напряжеНИе Uon. :..;;,-. ;..-/:-: :;; :;:/ -; : ;: : ..

Таким образом падение напряжения на дополяительном резисторе RT будет

равно, ...,- : ; .

L)RT ... ; Uon2(1-KN)(1+(1-KN)

(4)

и пропорционально протекающему через RT току. V -.;....;

Выберем реальные коэффициенты KN для трехразрядного двоичного преобразователя, согласно , полагая что

в ; .

а

2 - (I -KN) 1+(1 -KN.)

Правая колонка табл,1 показывает, что при коэффициенте передачи дополнительного усилителя обратного канала К - -1, нестабильность суммарной мощности рассеяния в области подложки 16 остается во

всем диапазоне преобразования несколько более 30%.

Предположим, что К 2. при этом система уравнений (1) преобразуется в систему уравнений (4)

f -{Uon + Ux) KN - Uy

j-2(Uon + Ux)(1-KN)Ux

Второе уравнение системы (4) преобразуется к виду

м- 2 Uon ( 1 KN ) Ux- --T + 2(1-KN)

Далее, подставляя (5) в первое уравнение системы (4), получим

KN

(1+2(1 -KN))

. (6)

Падение напряжения URT на дополнительном резисторе 5

(l- 1+2(-Км))в -и 3 -О -Км),71

vJon -i я / л---tt V /

1 + 2 ( 1 - KN )

Если коэффициент передачи дополнительного усилителя обратного канала принять К -3, то система (1) получит вид (8)

-(Uon + Ux) KN Uy

.|-3(Uon + Ux)0-KN) Ux I

При этом

.. ,, 4 (1 - KN ),т URT-Uon 1+У(. (9)

Рассчитаем суммарные мощности рассеивания в области подложки 16 для приведенных случаев К -1, , К -3 и сведем эти значения в табл.2.

Оценка суммарной активной мощности, выделяемой в области подложки 16, согласно табл,2 показывает, что при коэффициенте передачи К -3 дополнительного усилителя 10, вариация активной мощности во всем диапазоне преобразования сохраняется равной около 10%, что вполне соответствует 3-, 4-разрядному дополни тельному КУД 8, Таким образом стабилизируется температурный режим в области

подложки 16. а следовательно повышается точность преобразования кода в аналоговый сигнал. В отличие от аналога и прототипа в предложенном ЦАП достигается 5 высокая температурная стабильность и точность ЦАП в конечном счете, благодаря более простой и линейной структуре дополнительного преобразователя.

10

Формула изобретения

1. Цифроаналоговый преобразователь, содержащий первый и второй резисторы с тепловой связью между ними, первый и втр15 рой преобразователи код-ток, последний из которых выполнен функциональным, управляющие входы первого из которых объединены с соответствующими управляющими входами второго преобразователя

20 код - ток и являются входной шиной преобразуемого кода, а выходы соединены с инвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, неинвертирующие входы которых под25 ключены к шине нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя соединен через первый резистор со своим инвертирующим входом и является выходной шиной, вход аналогового сигнала первого

30 преобразователя код - ток соединен с выходом опорного сигнала второго преобразователя код - ток, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет упрощения, в него введены аналоговый инвер35 тор и третий резистор, первый и второй выводы которого соединены соответственно с инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом аналогового ин40 вертора, выход которого через второй резистор соединен с выходом опорного сигнала второго преобразователя код - ток.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что функциональный пре45 образователь код - ток выполнен в виде источника опорного напряжения, кодоуправляемого делителя на резистив- ной матрице и блоке двухпоэиционных переключателей, делителя напряжения на

50 четвертом и пятом резисторах, повторителе напряжения на третьем операционном усилителе и преобразователе тока в напряжение на шестом резисторе и четвертом операционном усилителе, неинвертирую55 щий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с первыми выводами шестого и пятого резисторов, второй вывод последнего из которых объединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя и первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого является выходом опорного напряжения второго преобразователя код - ток и соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциа- ла, выход третьего операционного усилителя объединен со своим инвертирующим входом и соединен с аналоговым вхо0

дом кодоуправляемого делителя, управляю щме входы и первый выход которого являю - ся соответственно управляющими входами и выходом функционального преобразователя код - ток, второй выход кодоуправляемого делителя соединен с вторым выводом шестого резистора и инвертирующим входом четвертого операционного усилителя.

Изобретение относится к автЬматике и измерительной технике и может быть использовано при создании высокоточных преобразователей цифровой информации в аналоговую. Цель изобретения - повышение надежности за Счет упрощения. Цифро- аналоговый преобразователь содержит пре- образователь 1 код - ток, источник 2 опорного напряжения, первый операционный усилитель 3, первый 4 и второй 5 резисторы, имеющие между собой тепловую связь, делитель 6 напряжения на четвертом и пятом резисторах, повторитель 7 напряжения на третьем операционном усилителе, кодоуправляемую матрицу 8, второй 9 операционный усилитель, третий 11 и шестой 12 резисторы, аналоговый инвертор 13, входную шину 14 преобразуемого кода, выходную шину 15. На элементах 6, 7, 8, 10, 11. 12 реализован функциональный преобразователь код - ток. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 2 табл. ч % е в Щиг.1

Таблица 1

Таблица 2

I/V

Пр. cm

N

ty

Фигг