SU748866A1

SU748866A1 - Цифро-аналоговый преобразователь

Info

Publication number: SU748866A1
Application number: SU762371424A
Authority: SU
Inventors: Исаак Меерович Данилевич; Геннадий Рудольфович Круль
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1976-06-14
Publication date: 1980-07-15

Description

Изобретение относится к цифроанал'оговой преобразовательной технике и предназначено, в частности, для использования в цифровых измерительных приборах.

Известен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с промежуточной широтноимпульсной модуляцией (ШИМ), содержащий генератор, выходом соединенный со счетным входом счетчика, выходы коI торого соединены с первыми входами блока сравнения, вторыми входами соединенного с входами преобразуемого кода. Выход нулевого положения счетчика и выход блока сравнения соединены со входами блока управления аналоговым ¹ключом, выходом соединенного с управляющим входом аналогового ключа, который соединяет выход источника образцового напряжения с входом фильтра нижних частот, выход последнего является выходом преобразователя [1].

Недостатком этого преобразователя является то, что в нем осуществлена кор2 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 установочным входом, а выход вспомогательного счетчика с единичным установочным входом триггера формирования широтно-модупированных импульсов. Выход триггера подключен к ключевой схеме, которая на время длительности импульса подключает вход фильтра нижних частот к источнику стабилизированного напряженйя. Выделяемая фильтром постоянная составляющая напряжения пропорциональна преобразуемомукоду [2Д^

Недостатком известного ЦАП с ШИМ является отсутствие возможности линеа—.. ризадии характеристики цифроаналогового преобразователя. В связи с этим ужесто-

7488Θ8 чаются требования к линейности всех ‘ аналоговых узлов ПАП и к временным характеристикам дискретных элементов.

Целью изобретения является повышение точности преобразования и снижение требований к линейности характеристик составляющих элементов.

Поставленная цепь достигается тем, что цифроаналоговый преобразователь, содержащий генератор импульсов, соеди- ₁₀ненный выходом со счетным входом вспомогательного счетчика,, выходы которого соединены с первыми входами основного блока сравнения, вторыми входамисоединенногосвыходамиосновного ₁₅счетчика и входами программного блока, вы- _;ход основного блока сравнения соединен с нулевым установочным входом триггера формирования широтно-модупйрованньгх импульсов, выходом соединенного с управляющим входом ^; ₂о ключа, соединяющего выход источника стабилизированного напряжениясо входом фильтра , нижних частот, введены реверсивный счет-'! чик и дополнительный блок сравнения, при-, чем выход программного блока соеди- 25 ней с шиной реверса реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми вхо>. дами дополнительного блока сравнения, вторые входы которого соединены с выходами вспомогательного счетчика, а выход ₃₀дополнительного блока сравнения с нулевым установочным входом вспомогатель- ' ного счетчика и единичным ус тановочным входом триггера формирования широтномоду пиров энных импульсов. · ₃₅

На фиг. 1 представлена блок-схема ЦАП; на фиг. 2 - диаграмма, иллюстрирующая работу ЦАП,

ПАП содержит основной счетчик 1, вы- ₄θ ходами соединенный с первыми входами основного блока 2 сравнения, вторые входы которого соединены с выходами вспомогательного счетчика 3, соединенного нулевым установочным входом с единич-₄₅ным установочным входом триггера 4 формирования широтно-модулированных импульсов. Счетный вход счетчика 3 соединен с выходом генератора 5 импульсов. Выход триггера 4 соединен с управляющим вхо- $ дом ключа 6, соединяющего выход источника 7 стабилизированного напряжения и вход фильтра 8 нижних частот. Выход счетчика 1 соединен также со входами программного блока 9, входом соединенного с шиной реверса введенного реверс ивного счетчика 10, выходами соединенного с первыми входами дополнительного блока 11 сравнения; вторыевхода готорсго сое динены с выходами счетчика 3. Выход блока 11 соединен с единичным установочным входом триггера 4, нулевой установочный вход которого соединен с выходом блока 2.

Работа предлагаемого ЦАП аналогична работе известных ЦАП и ШИМ и заключается в преобразовании числа в основном счетчике 1, вводимого в него последовательно или параллельно, в длительность импульсов 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 единичный установочные входы триггера 4.

Период Т формируемой импульсной последовательности определяется соотношением между емкостью вспомогательного счетчика и частотой заполнения его импульсами, поступающими от генератора

5. В предлагаемом ЦАП, как и в известных ЦАП с ШИМ, на время длительности импульса t_n, сформированного триггером 4, ключ 6 подключает источник 7 стабилизированного напряжения ко входу фильтра 8 нижних частот, выходное'Напряжение которого является выходным параметром ЦАП. .· где U_o - напряжение источника 7 стабилизированного напряжения;

и - показания основного счетчика 1; N - емкость вспомогательного счетчика 3;

£_о - частота генератора 5 импульсов.

Выражение (1) можно записать так ^|^6ых~^п'ьГ'^{зП к} ’?

В реальных условиях иэ-эа неидеальности фронтов формируемых импульсов напряжения, нелинейных характеристик аналоговых узлов (ключа 6, фильтра 8 нижних частот) коэффициент преобразования (К) ПАП не постоянен во всем диапазоне преобразования, что приводит к возникновению 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 линеариΛ·Λ_Ζ· 'зации градуировочной характеристики ₍предлагаемого ПАП, которая осуществил-1 ется по командам программного блока 9 с помощью реверсивного счетчика 10 и блока 11 сравнения. Сущность применяемой линеаризации характеристик ПАП заключается в том, что на стадии градуировки ЦАП устанавливается функциональная зависимость, связывающая емкость N вспомогательного счетчика 3 с числом и, записанным в основном счетчике 1, т, е. Ы^=£(гц) , обеспечивающая условие K=const. во всем диапазоне преобразований. В связи с тем, чЮ диапазон изменений емкости вспомогательного счетчика 3 в реальных условиях невелик, то .Ν^Ν^ΔΝ;, ₍₃₎ где Ν_ο - емкость счетчика 3 при отсутствии погрешностей нелинейности;

. i Δ NI - диапазон необходимых регу лировок.

Величина Δ Nt. в реальных условиях не превосходит 2-3% от N , а знак ее определяется знаком погрешности нелинейности./

Особенность работы ЦАП заключается в том, что в исходном состоянии в дополнительном счетчике 10 устанавливается показание N_o. При записи преобразуемого числа hj, в основной счетчик 1 программный блок 9 на основе признаков, связанных с числом Иt и введенных в него при градуировке, осуществляет соответствующее увеличение или уменьшение показания ³⁵в дополнительном счетчике 10. Программный блок 9 по сути своей работы является программируемым преобразователем типа 'код-код' с представлением выходного кода в виде импульсов, поступающих на счетный вход дополнительного счетчика 10. Кроме того, программный блок 9 управляет направлением счета в дополнительном счетчике 10 по признакам, связанным с числом п[·

Таким образом, в формировании длитель; ности периода последовательности широтно·^' модулированных импульсов участвует переменная емкость вспомогательного счетчика 3, т. е. в отличие от ' известного ЦАП, в предлагаемом ЦАП осуществляется . регулировка длительности периода импульсной последовательности. Это позволяет осуществить линеаризацию реальной характеристики ЦАП, что иллюстрирует фиг. 2.

Из фиг. 2а видно, что для линеаризации характеристики ЦАП на участке ОА с цепью уменьшения выходного напряжения Uftbix необходимо увеличивать емкость вспомогательного счетчика 3 (фиг. 2 б, участок ОА ), а на участке АВ (фиг. 2. а)уменьшать емкость счетчика 3 с целью увеличения (фиг. 2 б, участок А'в’).

Осуществляемая линеаризация позволяет снизить требования к линейности таких аналоговых узлов ПАП как ключ 6, фильтр 8 нижних частот, усилители мощности, включаемые обычно на выходе ЦАП, и тем самым повысить точность преобразования.

При этом основным преимуществом предлагаемого ПАП является то, что все операции по линеаризации характеристики осуществляются на элементах дискретной техники.

Предлагаемый ЦАП может найти применение в измерительной технике при 'создании высокоточных источников напряжения. Отсутствие необходимости в высоколинейных презинионных аналоговых узлах выгодно отличает предлагаемый ЦАП от известных ЦАП с ШИМ. Возможность получения заданной нелинейной зависимости между значением преобразуемого кода ₍ивыходным напряжением позволяет исполь-. эовать предлагаемый ЦАП для компенсации нелинейности измерительных· прео^ра-; зователей.

Claims

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

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