Цифро-аналоговый преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для преобразования информации, представленной в цифровом виде, в аналоговую форму - ток или напряжение, и может быть использовано для осуществления связи цифровых устройств с аналоговыми устройствами.

Известен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), содержащий источник образцового тока, выполненный или в виде устройства со взвещенными резисторами и с источником образцового напряжения, ключи, коммутирующие разрядные токи во входную цепь буферного усилителя - преобразователя тока в напряжение, выполненного на операционном усилителе 1.

Однако данный ЦАП имеет более низкое быстродействие, чем ЦАП, построенный на токовых ключах и не использующий операционного усилителя.

Известен цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок источников разрядных токов, выходы которого соединены с входами блока переключателей токов, выходы которого подключены к эмиттеру транзистора р-п-р-типа, база которого соединена с выходом источника напряжения смещения 2.

Недостаток такого ЦАП - наличие влияния на точность и время преобразования

температурного и режимного изменения параметров транзистора, в эмиттерной цепи которого происходит суммирование разрядных токов.

Цель изобретения состоит в повыщении точности и быстродействия.

Достигается это тем, что в цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок источников разрядных токов, выходы которого соединены с входами блока переключателей токов, выходы которого подключены к эмиттеру транзистора р-п-р-типа, база которого соединена с выходом источника напряж;ения смещения, введено два

дополнительных источника напряжения, три резистора и токовое зеркало, выполненное на двух транзисторах п-р-л-типа, причем коллектор транзистора р-п-р-типа соединен с коллектором и базой первого транзистора п-р-л-типа и базой второго транзистора п-р-л-типа, эмиттеры первого и второго транзисторов л-р-л-типа подключены к выходу первого дополнительного источника напряжения, первый коллектор второго транзистора л-р-л-типа соединен с эмиттером транзистора р-л-р-типа, второй коллектор второго транзистора л-р-л-типа подключен к выходной шине и первому выводу первого резистора, второй вывод которого через второй резистор

Соединен с эмиттером транзистора р-л-ртипа, а через третий резистор подключен к выходу второго дополнительного источника напряжения и входу блока источников разрядных токов.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого ЦАП.

Предлагаемый ЦАП содержит блок 1 источников разрядных токов, блок 2 переключателей разрядных токов, управляющие входы которого соединены с входом 3 ЦАП, а выходы объединены и подключены к эмиттеру р-п-р транзистора 4, база которого соединена с источником напряжения смещения 5, а коллектор с входом 6 токового зеркала 7. Эмиттеры транзисторов п-р-п-типа токового зеркала 7 подключены к отрицательному полюсу источника питания 8, и один из коллекторов 9 двухколлекторного транзистора 10 я-р-п-типа соединен с эмиттером транзистора 4 р-п-р-типа, а второй коллектор 11 двухколлекторного транзистора 10 соединен непосредственно с выходом 12 ЦАП и через резисторы 13 и 14 - с положительным полюсом источника 15, а обш,ая точка резисторов 13 и 14 подключена через резистор 16 к эмиттеру транзистора 4.

Принцип действия устройства состоит в следующем.

При нулевом коде на входе 3 ЦАП токи с выходов блока 2 переключателей разрядных токов равны нулю. В эмиттер транзистора 4 поступает часть тока, протекающего через резистор 16. Другая же часть тока течет в коллектор 9 двухколлекторного транзистора 10. Распределение тока зависит от геометрических размеров транзисторов токового зеркала. Если, например, площади коллекторов транзисторов одинаковы, а площадь эмиттера транзистора 10 вдвое больще площади эмиттера входного транзистора токового зеркала, то ток, протекающий через резистор 16, делится почти поровну между эмиттерной цепью транзистора 4 и коллекторной цепью транзистора 10. При этом ток в коллекторе И транзистора 10 равен току эмиттера транзистора 4. При другом соотношении площадей эмиттерных и коллекторных переходов существует иное распределение токов в цепях устройства, но соединение коллектора 9 транзистора 10 с эмиттером транзистора 4 попрежнему обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи по току. При заданных величинах токов в цепях устройства соответствующим выбором сопротивления резистора 13 устанавливается нулевой потенциал на выходе 12.

При ненулевом коде на входе 3 в эмиттер транзистора 4 поступает дополнительный ток, величина которого соответствует числу включенных разрядов. Токи в токовом зеркале увеличиваются и потенциал на выходе 12 понижается. Происходит преобразование

цифрового кода в аналоговую величину - напряжение.

При подключении к выходу 12 внешнего устройства происходит ответвление части тока коллектора 11 транзистора 10 во входную цепь внещнего устройства. Однако при этом изменяется потенциал общей точки резисторов 13 и 14, что вызывает изменение тока через резистор 16. Увеличение тока через резистор 16 компенсирует ответвление тока во входную цепь внешнего устройства и происходит стабилизация масштаба преобразования цифро-аналогового преобразователя.

Введение в цифроаналоговый преобразователь токового зеркала, а также дополнительных связей его с элементами известного ЦАП обеспечивает более высокие показатели, а именно - уменьшение погрешности из-за температурных и режимных изменений параметров транзисторов, уменьшение погрешности преобразования из-за изменения сопротивления внешней нагрузки, наличие нулевого потенциала на выходе

при нулевом входном коде, более высокое быстродействие, обусловленное хорошими частотными свойствами токового зеркала.

Формула изобретения

Цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок источников разрядных токов, выходы которого соединены со входами блока переключателя токов, выходы которого подключены к эмиттеру транзистора р-п-р-типа, база которого соединена с выходом источника напряжения смещения, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности и быстродействия, в него введено два дополнительных источника напряжения, три резистора и токовое зеркало, выполненное на двух транзисторах п-р-л-типа, причем коллектор транзистора р-п-р-типа соединен с коллектором и базой первого транзистора п-р-л-типа и базой второго транзистора п-р-л-типа, эмиттеры первого и второго транзисторов п-р-я-типа подключены к выходу первого дополнительного источника напряжения, первый коллектор второго транзистора я-р-л-типа соединен с эмиттером транзистора р-л-р-типа, второй коллектор второго транзистора я-р-я-типа подключен

к выходной шине и первому выводу первого резистора, второй вывод которого через второй резистор соединен с эмиттером транзистора р-я-р-типа, а через третий резистор подключен к выходу второго дополнительного источника напряжения и входу блока источников разрядных токов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и

системах. Под ред. Г. М. Петрова. - М.: «Машиностроение, 1973, с. 152, рис. 62.

2. Патент США № 3.815.121, кл. 340347ДА, 04.06.74 (прототип).