Цифро-аналоговый преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к цифроаналого вой преобразовательной технике и предназначено, в частности, для использования в цифровых измерительных приборах. Известен цифроаналоговый преобразователь (UAFI) с промежуточной широтноимпульсной модуляцией (ШИМ), содержащий генератор, выходом соединенный со счетным входом счетчика, выходы ко торого соединены с первыми входами блока сравнения, вторь и входами соединенного с входами преобразуемого кода. Выход нулевого положения счетчика и выход блока сравнения соед1шены со входами блока управления аналоговым ключом, выходом соединенного с управляюшим входом аналогового ключа, который соединяет выход источника образцово го напряжения с входом фильтра нижних частот, выход последнего является выходом преобразователя ij. Недостатком этого преобразователя является то, что в нем осуществлена KOf рекция погрешностей только фильтра нижних частот. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ЦАП, содержащий генератор импульсов, подключенный к счетному входу вспомогательного счетчика, который вместес основным счетчиком соединен с блоком сравнения, выход последнего соединен с нулевым установочнык-г входом, а выход вспомогательного счетчика с единичньал установочным входом триггера формирования широтно-модулированных импульсов. Выход триггера подключен к ключевой схеме, которая на время длительности импульса подключает вход фильтра н.ижник частот к источнику стабилизированного напряжения. Выделяемая фильтром постоянная составляющая напряжения пропорциональна преобразуемомукоду 2Д Недостатком известного ЦАП с ШИМ Является отсутств.ие возможности линеа-ч ризации характеристики цифроаналогового преобразователя. В связи с этим ужесточаются требования к линейности всех аналоговых узлов ЦАП и к времёнйлм характеристикам дискретных эттй ентов. Целью изобретения является повышение точности преобразования и снижение требований к линейности характеристик составляющих элементов, Псхзтавленная цель достигается тем, что цифроаналоговый преобразователь, содержащий генератор импульсов, соединенный выходом со счетным входом вспомогательного счетчика,, выходы которого соединены с первыми входами основного блока сравнения, вторыми входамисоединенногр с выходамиосновного счетчика и входами программного блока, вььХрд основного блока сравнения соединен с нулевым установочным входом триггера форми рования широтно-модулированньгх импульсов, вьпсоДом соединенного с управляющим входом ключа, соединяющего выход источника стабилизированного напряжениясо входом фильтра нижних частот, введены реверсивный счет чйк и дополнительный блок сравнения, при чем выход программного блока соедийен с шиной реверса реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми вхо.ь дами допопн1ггельного блока сравнения, вторые входы которого соединены с выходами вспомогательного счетчика, а выход дополнительного блока сравнения с нулевым установочным входом вспомогатель- ного счетчика и единичным установочным входом триггера формирования широтномодулированных импульсов.. На фиг. 1 представлена блок-схет а ЦАП; на фиг. 2 - диаграмма, иллюстрирующая работу ЦАП, ЦАП содержит основной счетчик 1, выходами соединенный с первыми входами основного блока 2 сравнения, вторые входы которого соединены с вызсодами вспомогательного счетчика 3, соединенного нуле1зым установочным входом с единич ным установочным входом триггера 4 фор мирования широтнб-модулированных импуль сов. Счетный вход счетчика 3 соединен с выходом генератора 5 импульсов. Выход триггера 4 соединен с управляющим входом ключа 6, соединяющего выход источника 7 стабилизированного напряжения и вход фильтра 8 нижних частот. Выход счетчика 1 соединен также со входами гГрограммногч) блока 9, входом соединенHOix) с шиной реверса введенного реверсив ного счетчика Ю, выходами соединенного с первыми входами дополнительного блока 11 срШнен:Щ вторые входьГ которого со& яииены с выходами счетчика 3. Выход блока 11 соединен с единичным установоч-; ным входом триггера 4, нулевой установочный вход которого соединен с выходом блока 2. Работа предлагаемого ПАП аналогична работе известных ЦАП и ШИМ и заключается в преобразовании числа в основном счетчике 1, вводимого в него последовательно или параллельно, в длительность имityrtbcoB стабильного напряжения с последующим выделением постоянной составляющей. В известных ЦАП с ШИМ длительность импульсов формируется выходным сигналом с основного блока сравнения 2 и импульсом переполнения от вспомогательного счетчика 3, поступающими соответственно на нулевой и единяичный установочные входы триггера 4. Период Т формируемой импульсной последоватеттьности определяется соотношениетл между емкостью вспомогательного счетчика и частотой заполнения его импульсами, поступающими от reiaepaTopa 5. В предлагаемом ЦАП, как и в известных ЦАП с ШИМ, на время длительности импульса tp, сформированного тригг&ром 4, ключ 6 подключает источник 7 стабилизированного напряжения ко входу фильтра 8 нижних частот, выходное-напряжение которого является выходным параметром ЦАП. Ьш напряжение источника 7 стабигде и„ лизированного напрясжения показания основного счетчика 1} емкость вспомогательного сче-рчика 3: частота генератора 5 импульсов. Выражение (1) можно записать так вых- В реальных условиях иэ-за некиеальности фронтов формируемых импульсов напряжения, нелинейных характеристик аналоговых узлов (ключа 6, фильтра 8 нижних частот) коэффициент преобразования (К) ЦАП не постоянен во всем диапазоне преобразования, что приводит к возн1шновению погрешностей нелинейности, т. е. к снижению точности преобразования. Из (2) следует, что при неизменном числе П в основном счетчике 1 выходное напряжение ЦАП можно регулировать, изменяя емкость вспомогательного счетчика 3. Этот принцип положен в основу линеар 57;аации градуировочной характерис;тики предлагаемого ПАП, которая осуществпяется по командам программного блока 9 с помощью реверсивного счетчика 10 и блока 11 сравнения. Сущность применяе мой линеаризации характеристик ПАП заключается в том, что на стадии градуи ровки ЦАП устанавливается функциональная зависимость, связьшающая емкость N вспомогательного счетчика 3 с числом п записанным в основном счетчике 1, т, е. N((n) , обеспечивающая условие К сопз1 во всем диапазоне преобразова ний. В связи с тем, 4to диапазон измене ний емкости вспомогательного счетчика 3 в реальных условиях невелик, то i . где NQ - емкость счетчика 3 при отсутствии погрешностей нелинейности: , i Л N1 - диапазон необходимых регуiлировок. Величина Л N. в реальных условиях не превосходит 2-3% от N , а знак ее определяется знаком погрешности нелиней -ности./ Особенность работы ЦАП заключается в том, что в исходном состоянии в допол нительном счетчике 1О устанавливается показание NQ. При записи преобразуемого числа h(, в основной счетчик 1 программный блок 9 на основе признаков, связан ных с числом И и введенных в него при градуировке, осуществляет соответствую . щее увеличение или уменьшение показания в дополнительном счетчике Ю. Программный блок 9 по сути своей работы является программируемым преобразователем типа код-код с представлении выходного кода в виде импульсов, поступающих на счетнъ1Й вход дополнительного счетчика 10, Кроме то1Ч, программный блок 9 уп|завляет направлением счета в дополнительном счетчике 10 по признакам, связанным с числом nj,Выходы триггеров вспомогательного 3 и дополнительного 10 счетчиков соединены с дополнительньюл блоком 11 сра&- . нения, поэтому в момент равенства показаний в этих счетчиках на выходе блока 11 появляется импульс, устанавливающий вспомогательный счетчик 3 в нулевое состояние, а триггер 4 в единичное состояние. Триггер 4 устанавливается в нулевое состояние импульсом с основного блока 2 сравнения при равенстве показаний в основном 1 и вспомогательном 3 счетчиках. 66 Таким образом, в формировании длитель; ности периода последовательноетйшйротнб модулированных импульсов участвует переменная емкость вспомогательного счётчика 3, т. е. в отличие от известного ЦАП, в предлагаемом ЦАП осуществляется . регулировка длительности периода импульсной последовательности. Это позволяет , осуществить линеаризацию реальной характерис тики ЦАП, что иллюстрирует фиг. 2. Из фиг. 2а видно, что 1ля линеаризации характеристики ЦАП на участке ОА с целью уменьшения выходного напряжения Uftwy необходимо увеличивать емкость вспомогательного счетчика 3 (фиг, 2 б, участок .6Х ), а на участке АВ (фиг. 2. а)уменьшать аугкость счетчика 3 с целью увеличения Ug,jj,y (фиг, 2 б, участок А в ). Огуществт яемая линеаризация позволяет снизить требования к линейности таких аналоговых узлов ЦАП как ключ 6, фильтр 8 нижних частот, усилитейи мощности, включаемые обычно на выходе ЦАП, и тем самым повысить точность преобразования. При этом основным преимуществом предлагаемого ЦАП является то, что все операции по линеаризации характеристики осуществляются на элементах дискретной техники. Предлагаемый ЦАП может найти применение в измерительной технике при создании вьюокоточных источников напряжения. Отсутствие необходимости в вь соколинейных презиционных аналоговых . .JTdA iA UCJKJf Ы11 fjejl A. выгодно отличает предлагаемый ЦАП от известных ПАП с ШИМ. Возможность получения заданной нелинейной зависимости между значением преобразуемого кода ивыходным напряпкением позволяетисполь- . зовать предлагаемый ЦАП для компенсации нелинейности измерительных-прео ра-; зователей. Формула изобретения Цифроаналоговый преобразователь, соержащий генератор импульсов, соединена ый выходом со счетньп входом вспомоательного счетчика, выходы которого со&инены с первыми входами (основного блоа сравнения, вторыми входами соединеного с выходами основного счетчика и ходами программного блока, выход основого блока сравнения соединен с нулевь0 становочным входом триггера формироваия щиротно-модулированных импульсов, ыходом соединенного с управляющим

входом ключа, соединяющего выход источника стабилизированного нвпр51жения со входом фильтра нижних час-гот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и снижения требований к линейности характеристик составляющих его элементов, в него введены реверсивный счетчик и дополнительный блок сравнения, причем выход программного блок соединен с шиной реверса реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми входами дополнительного блока сравнения, вторые входы

которого соединены с выходами вспомогательного счетчика, а выход дополнительного блока сравнения соединен с нулевым установочным входом вспомогательного счетчика и единичным установочным входом триггера формирования широтно-модулирсеанных импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3646545, кл. Н 03 К 13/О2, 1972.

2.Патент Франции Ms 148701, кл. Q 01 I, 1967 (прототип).