Цифро-аналоговый функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06J3/00 G06G7/26 

1

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известен цифроаналоговый функциональный преобразователь Г , содержащий резисторную матрицу, ключи на полевых транзисторах и формирователи сигналов управления ключами, позволяющий получать напряжение вида А где основание, an- код показателя степени, поступающего на цифровой вход преобразователя.

Его недостатком является высокая схемотехническая сложность и сложность настройки для получения малой погрешности преобразования.

Наиболее близким техническим решением является цифроаналоговый функциональный преобразователь, содержащий блок пересчета, реализованный на генераторе импульсов, элементе И, триггере управления и счетчике, входы которого являются цифровьа1И входами преобразователя, нуль-орган, соединенный выходом со входом блока пересчета, выход которого подключен ко входу первого интегратора, аналоговый запоминающий элемент, вход которого соединен с выходом первого интегратора а выход является выходом пр еобразователя, второй интегратор.

соединенный выходом со входом нульоргана и через ключ с выходом первого интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом нуль-органа 23 .

5 Основной недостаток зтого преобразователя - время преобразования, так как время интегрирования для получения приемлемой точности должно составлять десятки микросекунд для показателя степени, равного единице, и пропорционально увеличивается при увеличении показателя степени. Это время определяется широкополосностью усилителя интегратора.

15 Так, даже для наилучших интегральных операционных усилителей коэффициент передачи порядка 100-500 соответствует верхней граничной частоте 0,5+ 0,1 МГц, т.е. время интегрирования

20 при точности 0,2-1% должно составлять около 10 МКС.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Это достигается тем, что цифроана25 логовый функциональный преобразователь, содержащий триггер управления, элемент задержки, счетчик, входы которого являются цифровыми входами преобразователя, а выход старшего разряда подключен.через элемент задержки к первому входу триггера управления, второй вход которого является входом запуска преобразователя, элемент И, первый вход которого подклю чен к прямому выходу триггера управления, а второй вход - к выходу генератора импульсов, источник опорного напряжения, выход которого через первый аналоговый ключ соединен с первой обкладкой первого интегрирующего конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала, аналоговой запоминающий элемент, вход которого через второй аналоговый ключ соединен с первой обкладкой первого интегрирующего конденсатора, а выход является выходом преобразователя, управляющие входы первого, второго аналоговых ключей, соединены соответственно с инверсным выходом триггера управления и выходом старшего разряда счетчика, дополнительно содержит третий и четвертый аналоговые ключи инвертор, второй интегрируюи й конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка через третий аналоговый ключ - с первой обкладкой первого интегрирующего конденсатора и через четвертый аналоговый ключ - с шиной нулевого потенциала, выход элем.ента И и управляющий вход третьего аналогового ключа соединены со входом инвертора, выход которого подключен к счетному входу счетчика и к управляющему входу четвертого аналогового ключа.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит счетчик 1, инвертор 2, элемент задержки 3, триггер управления 4, источник опорного напряжения 5, элемент И 6, генератор импульсов 7, аналоговый зпоминающий элемент 8, первый и второй интегрирующие конденсаторы Э, 10, первый, второй, третий и четвертый аналоговые ключи 11, 12, 13, 14. .

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер управления 4 находится в таком состоянии, когда ключ 11 замкнут и конденсатор 9 заряжен до величины опорног напряжения Е, В счетчик 1 заносится код показателя степени rig, при этом ключи 12 и 13 разомкнуты, а ключ 14эамкнут.

С поступлением на вход запуска преобразователя импульса пуск тригер управления 4 опрокидывается и на выходе элемента И б, появляются импульсы от енератора импульсов 7 с периодом повторения Т. Одновременно с этим ключ 11 размыкается. Через время равное Т/2 ключ 13 замыкается, а с помощью инвертора 2, ключ 14 размыкается. За счет подключения к первому конденсатору 9 второго конденсатора 10, напряжение на первом конденсаторе 9 станет равным

и.

--Е-а,

где С н С - емкости первого и второго конденсаторов 9, 10.

На втором конденсаторе 10 накопится заряд Q и Сг,, Во втором такте вначале разрядится второй конденсатор 10 через ключ 14, а затем ключ 13 замыкается и напряжение на первом конденсаторе 9 станет равным

Затем ключ 13 размыкается, а 14 замыкается и второй конденсатор 10 снова сбрасывает свой заряд. Далее процесс повторяется.

С

Если обозначить ct : udVC

где (У г - , и принять Е ( UJ) то напряжение на первом конденсаторе 10 через и импульсов можно записать в следующем виде

-и(

чМ-И

,

Так как счетчик 1 работает на сложение, то через п тактов (ri N-hg, а N коэфЛициент пересчета на выходе счетчика 1 появляется импульс, который замкнет ключ 12 и в аналоговый запоминающий элемент 8 запишется напряже П-Е« и,л«нН-

ние

Этот импульс через элемент задержки 3 установит триггер управления 4 в исходное состояние.

Время преобразования определяется

показателем степени , и скоростью перезаряда емкости С„, Так, при емкости С 100 пф и сопротивлении открытого ключа на полевом транзисторе 100 Ом, время перезаряда можно оценить как 6Г 6-100-100-10 6-100 60 НС. Это время примерно на два порядка мень.ше, чем в прототипе. При показателе степени 100, время преобразования будет чуть больше 10 мкс,

5 в то время как в прототипе это время соответствовало показателю степени 1. Таким образом, предложенный преобразователь имеет более высокое быстродействие , чем прототип.

0

Следует отметить, что данное

устройство из-за отсутствия операционных усилителей, вносящих, как правило, дополнительные дрейфы имеет и более высокую точность.

Формула изобретения

Цифроаналоговый функциональный преобразователь, содержащий триггер управления, элемент задержки, счетчик, входы которого являются цифровыми входами преобразователя, выход старшего разряда подключен через элемент задержки к первому входу тригера управления, второй вход триггера управления является входом запуска преобразователя, элемент И, первый вход которого подключен к прямому выходу триггера управления, а второй вход - к выходу генератора импульсов, источник опорного напряжения, выход которого через первый аналоговый ключ соединен с первой обкладкой первого интегрирующего конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала, аналоговый запоминающий элемент, вход которого через второй анлоговый ключ соединен с первой обкладкой первого интегрирующего конденсатора, а выход Является выходом преобразователя, управляющие входы первого, второго аналоговых ключей соединены соответственно с инверсным выходом триггера управления и выходом старшего разряда счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит третий и четвертый аналоговые ключи, инвертор,второй интегрирующий конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторгя обкладка через третий аналоговый ключ - с первой обкладкой первого интегрирукмцего кон-,

o денсатора и через четвертый аналоговый ключ - с шиной нулевого потанциала, выход элемента И и управляющий вход третьего аналогового ключа соединены со входом инвертора, выход которого подключен к счетному

входу счетчика и к управляющему входу четвертого аналогового ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ямный в. Е., Белоносов КЗ. И.,

0 Подольный Э.и. Быстродействующий управляемый аттенюатор.- Приборы и техника эксперимента 1977, 3, с. 127.

2.Авторское свидетельство СССР

5 № 393749, кл. С Об F 7/20, 1973 (прототип),