Цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к импульсной технике и, в частности, к преобразователям код-напряжение.

Известны цифро-аналоговые преобразователи, содержащие цифровые управляемые сопротивления, представляющие собой наборы резистивных делителей напряжения и ключевых элементов по числу разрядов преобразуемого цифрового кода 1 .

Недостаток устройства состоит в его сложности, чтс) обусловлено необходимостью применения большого количества прецизионных резистивных и ключевых элементов.

Известен также цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения первый переключатель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напряжения, второй вход которого подключен к второй клемме источника опормог о н гфяхения и первому входу сгллживлкхцего фильтра, а выход - к второму входу сглаживающего фильтра, и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управляющим входом переключателя 2 .

Недостатком известного устройства является ограниченная точность преобразования цифрового кода в напряжение, что обусловлено влиянием ,Q сопротивления ключей и внутреннего сопротивления источника опорного напряжения.

Целью изобретения является повышение точности цифро-аналогового преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, первый переключа-. 20 тель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напряжения, второй вход которого подключен к второй клемме и ;точника. опорного напряжения и «ходу

сглаживающего фильтра, а выход к второму входу сглаживающего фильтра, .и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, введены второй переключатель, усилитель с .цепью отрицательной обратной связи, повторитель напряжения и резистор ,причем первые, вторые и управляющие входы первого и второго гюреключателей попарно объединены, выход второго переключателя подключен к Неинвертирующему входу усилителя, выхо которого соединен с первым входом цепи отрицательной обратной связи усилителя и через резистор с вторым входом сглаживающего фильтра, выход которого яерез повторитель напряжения соединен с вторым йходом цепи отрицательной обратной связи усилителя, при этом инвертирующий вход усилителя подключен к выходу цепи отрицательной обратной связи.

На чертеже приведена структурная схема цифро-аналогового преобразователя.

Цифро-аналоговый преобразователь содержит клеммы 1 и 2 для подключения источника опорного напряжения, переключатели 3 и , сглаживающий фильтр 5 преобразователь 6 цифрового кода в широтно-импульс.ный сигнал, усилитель 7 с цепью 8 отрицательной обратной связи, повторитель напряжения 9,. резистор 1 О, выходные клеммы 11 и 12, входные клеммы 13 для подключения кодированных сигналов, подлежащих преобразованию в аналоговый сигнал. Цепь отрицательной обратной связи 8 состоит из делителя напряжения, выполненного из резисторов и 15. Входы переключателей 3 и t объединены и присоединены к клеммам 1 и 2, yhpaвляющиe входы переключателей 3 и объединены и присоединены к выходу преобразователя 6. Выход переключателя 3 соединен с входом сглаживающего фильтра 5, выход которого соединен с выходными клеммами 11 и 12. Выход переключэтеля соединен с неинвертирующим входом усилителя 7. выход которого через резистор 10 соединен с входом сглаживающего фильтра 5-, - .

Выход цифро-аналогового. npeoiSpaзователя (клемма 11) через повторитель напряжения 9 соединен с выводом

резистора 15 цепи отрицательной обратной связи 8. Общая точка резисторов и 15 соединена с инвертирующим входомусилителя 7, а второй вывод резистора 1 соединен с выходом усилителя 7

Цифро-аналоговый преобразователь работает следующим образом.

На клеммы 13 подается цифровой код, подлежащий преобразованию в аналоговый сигнал. Преобразователь 6 преобразует входной код с клемм 13 в широтно-импульсный сигнал, который поступает на управляющие входы

5 переключателей 3 и Д. Во время действия импульса широтно-импульсного сигнала переключатели .3 и синхронно переключаются в положение а , а во время паузы между импульсами - в

0 положение S. .

Импульсы прямоугольной формы с амплитудой, равной величине опорного напряжения Up и длительностью, определяемой длительностью выходного сигнала преобразователя 6, с выхода переключателя 3 поступают на вход сглаживающего фильтра 5 на выходе которого формируется напряже-и

равное

8blX

Jk т eb(X оп

t де tyi - длительность импульсов i преобразователя 6; Т - период следования импульсов преобразователя 6,

Так как длительность импульсов ty( ПРЯМО пропорциональна входному кодированному сигналу на клеммах 13, то, следовательно, напряжение ам)( на клеммах 11 и 12 пропорционально цифровому сигналу на клеммах 13.

Одновременно опорное напряжение иon через переключатель Ц, работающий синхронно с переключателем 3, поступает на неинвертирующий вход усилителя 7 и после усиления в К раз через резистор 10 поступает на выход переключателя 3. Ток 1, создаваемый источником опорного напряжения равен

Ua-U

В аых

L Ф

напряжение в точкеb (на входе сглаживающего фильтра 51; напряжение на выходе сглаживающего фильтра 5; значение сопротивления в цепи сглаживающего фильтра 5Так как к входам усилителя 7 при жены напряжения UQI, и Ugj,,, то ток Ij создаваемый усилителем 7. равен т . Цоп-Цбых Ч5 где К - значение коэффициента усил ния усилителя 7. определяе мое величина резисторов 1 и 15; - значение сопротивления 10. Найдем значение коэффициентов пе редачи усилителя 7, при котором будет выполняться условие , UB-U0bix Ki on-Uebix) к арK,)Q Т.К. при Uon-ивых «i Jon-UebiK откуда Следовательно, выбрав значение коэффициента передачи усилителя 7 по формуле (1), можно обеспечить равенство при котором ток че рез переключатель 3 не протекает. П этом на переключателе 3 отсутствует падение напряжения несмотря на нали чие сопротивления этого переключате ля. Собственное остаточное напряжение МОП-ключа весьма мало и состав ляет единицы микровольт. В неустановившихся режимах (при изменении сигналов на клеммах 13) когда выходное напряжение сглаживаю щего фильтра имеет как постоянную, так и переменную составляющие ток 1 также имеет переменную и постоян ную составляющие. Однако наличие связи выхода фильтра 5 через повторитель напряжения 9 с цепью отрицательной обратной связи 8 усилителя 7 позволяет обеспечить точно такое же изменение тока 1д, т.е. как статическом, так и в динамическом состояниях выполняется равенство 1.ЧФормула изобретения Цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, первый переключатель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напряжения, второй вход которого подключен к второй клемме источника опорного напряжения, и первому входу сглаживающего фильтра, а выход - к второму входу сглаживающего фильтра, и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переключатель , усилитель с цепью отрицательной обратной связи, повторит тель напряжения и резистор, причем первые, вторые и управляющие входы первого и второго переключателей попарно объединены, выход второго переключателя подключен к неинвертирующему входу усилителя, выход которого соединен с первым входом цепи отрицательной обратной связи усилит, теля и через резистор с вторым входом сглаживающего фильтра, выход которого через повторитель напряжения соединен с вторым входом цепи отрицательной обратной связи усилителя, при этом инвертирующий вход усилителя подключен к выходу цепи отрицательной обратной связи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи напряжения, под ред. В.Б. Смолова и . Н.А. Смирнова. Л., Энергия, , с. 21. рис. 1-6. 2.Авторское свидетельство СССР tr , кл. Н 03 К 13/20, .06.78 (прототип).

i 0f

i/i

on.

/

X3..,

У

-0//

-HZ

;/

Jx

i л

l 0 0 0

J31) /J /J