SU953723A1

SU953723A1 - Digital-analogue converter

Info

Publication number: SU953723A1
Application number: SU813236378A
Authority: SU
Inventors: Юрий Сергеевич Мальцев; Виктор Дмитриевич Шевченко
Original assignee: Омский Ордена Ленина Завод Точных Электрических Приборов "Электроточприбор"
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1982-08-23

Description

1one

Изобретение относитс к импульсной технике и, в частности, к преобразовател м код-напр жение.The invention relates to a pulse technique and, in particular, to code-voltage converters.

Известны цифро-аналоговые преобразователи , содержащие цифровые управл емые сопротивлени , представл ющие собой наборы резистивных делителей напр жени и ключевых элементов по числу разр дов преобразуемого цифрового кода 1 .Digital to analog converters are known that contain digital controlled resistances, which are sets of resistive voltage dividers and key elements by the number of bits of the digital code 1 being converted.

Недостаток устройства состоит в его сложности, чтс) обусловлено необходимостью применени большого количества прецизионных резистивных и ключевых элементов.The disadvantage of the device lies in its complexity (cfc) due to the need to use a large number of precision resistive and key elements.

Известен также цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напр жени первый переключатель , первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напр жени , второй вход которого подключен к второй клемме источника опормог о н гф хени и первому входу сгллживлкхцего фильтра, а выход - к второму входу сглаживающего фильтра, и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управл ющим входом переключател 2 .A digital-to-analog converter is also known. It contains a reference voltage source and a first switch, the first input of which is connected to the first terminal of the reference voltage source, the second input of which is connected to the second terminal of the source and the first input of the filter, and the output the second input of the smoothing filter, and the digital code converter into a pulse-width signal, the output of which is connected to the control input of the switch 2.

Недостатком известного устройства вл етс ограниченна точность преобразовани цифрового кода в напр жение, что обусловлено вли нием ,Q сопротивлени ключей и внутреннего сопротивлени источника опорного напр жени .A disadvantage of the known device is the limited accuracy of converting a digital code to a voltage, which is due to the influence, Q of the resistance of the keys and the internal resistance of the source of the reference voltage.

Целью изобретени вл етс повышение точности цифро-аналогового преобразовани .The aim of the invention is to improve the accuracy of the digital-to-analog conversion.

Поставленна цель достигаетс тем, что в цифро-аналоговый преобразователь , содержащий источник опорного напр жени , первый переключа-. 20 тель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напр жени , второй вход которого подключен к второй клемме и ;точника. опорного напр жени и «ходуThe goal is achieved by first switching to a digital-to-analog converter containing a source of reference voltage. 20, the first input of which is connected to the first terminal of the voltage source, the second input of which is connected to the second terminal and to the point. bearing stress and “go

сглаживающего фильтра, а выход к второму входу сглаживающего фильтра, .и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управл ющим входом первого переключател , введены второй переключатель, усилитель с .цепью отрицательной обратной св зи, повторитель напр жени и резистор ,причем первые, вторые и управл ющие входы первого и второго гюреключателей попарно объединены, выход второго переключател подключен к Неинвертирующему входу усилител , выхо которого соединен с первым входом цепи отрицательной обратной св зи усилител и через резистор с вторым входом сглаживающего фильтра, выход которого ерез повторитель напр жени соединен с вторым йходом цепи отрицательной обратной св зи усилител , при этом инвертирующий вход усилител подключен к выходу цепи отрицательной обратной св зи.the smoothing filter, and the output to the second input of the smoothing filter, and a digital converter into a pulse-width signal, the output of which is connected to the control input of the first switch, a second switch, an amplifier with a negative feedback circuit, a voltage follower and a resistor , the first, second and control inputs of the first and second control switches are pairwise combined, the output of the second switch is connected to the non-inverting input of the amplifier, the output of which is connected to the first input of the circuit Yelnia feedback amplifier and via a resistor to the second input of the smoothing filter, the output of which Erez voltage follower coupled to a second circuit yhodom negative feedback amplifier, the inverting input of amplifier circuits connected to the output of negative feedback.

На чертеже приведена структурна схема цифро-аналогового преобразовател .The drawing shows a block diagram of a digital-to-analog converter.

Цифро-аналоговый преобразователь содержит клеммы 1 и 2 дл подключени источника опорного напр жени , переключатели 3 и , сглаживающий фильтр 5 преобразователь 6 цифрового кода в широтно-импульс.ный сигнал, усилитель 7 с цепью 8 отрицательной обратной св зи, повторитель напр жени 9,. резистор 1 О, выходные клеммы 11 и 12, входные клеммы 13 дл подключени кодированных сигналов, подлежащих преобразованию в аналоговый сигнал. Цепь отрицательной обратной св зи 8 состоит из делител напр жени , выполненного из резисторов и 15. Входы переключателей 3 и t объединены и присоединены к клеммам 1 и 2, yhpaвл ющиe входы переключателей 3 и объединены и присоединены к выходу преобразовател 6. Выход переключател 3 соединен с входом сглаживающего фильтра 5, выход которого соединен с выходными клеммами 11 и 12. Выход переключэтел соединен с неинвертирующим входом усилител 7. выход которого через резистор 10 соединен с входом сглаживающего фильтра 5-, - .The digital-to-analog converter contains terminals 1 and 2 for connecting a voltage source, switches 3 and, a smoothing filter 5, a digital code converter 6 for a pulse-width signal, an amplifier 7 with a negative feedback circuit 8, a voltage follower 9, . resistor 1 O, output terminals 11 and 12, input terminals 13 for connecting coded signals to be converted to an analog signal. Negative feedback circuit 8 consists of a voltage divider made of resistors and 15. Switches 3 and t inputs are combined and connected to terminals 1 and 2, yp the inputs of switches 3 and connected and connected to the output of converter 6. The output of switch 3 is connected with the input of the smoothing filter 5, the output of which is connected to the output terminals 11 and 12. The output of the switch is connected to the non-inverting input of the amplifier 7. whose output through the resistor 10 is connected to the input of the smoothing filter 5-, -.

Выход цифро-аналогового. npeoiSpaзовател (клемма 11) через повторитель напр жени 9 соединен с выводомDigital-to-analog output. npeoiSprazovatel (terminal 11) through the voltage follower 9 is connected to the output

резистора 15 цепи отрицательной обратной св зи 8. Обща точка резисторов и 15 соединена с инвертирующим входомусилител 7, а второй вывод резистора 1 соединен с выходом усилител 7resistor 15 of the negative feedback circuit 8. The common point of the resistors and 15 is connected to the inverting input of amplifier 7, and the second terminal of resistor 1 is connected to the output of amplifier 7

Цифро-аналоговый преобразователь работает следующим образом.Digital-to-analog Converter works as follows.

На клеммы 13 подаетс цифровой код, подлежащий преобразованию в аналоговый сигнал. Преобразователь 6 преобразует входной код с клемм 13 в широтно-импульсный сигнал, который поступает на управл ющие входыA digital code is applied to the terminals 13 to be converted to an analog signal. Converter 6 converts the input code from terminals 13 into a pulse-width signal that is fed to the control inputs.

5 переключателей 3 и Д. Во врем действи импульса широтно-импульсного сигнала переключатели .3 и синхронно переключаютс в положение а , а во врем паузы между импульсами - в5 switches 3 and D. During a pulse-width pulse, switches .3 and synchronously switch to the a position, and during the pause between pulses - to

0 положение S. .0 position S..

Импульсы пр моугольной формы с амплитудой, равной величине опорного напр жени Up и длительностью, определ емой длительностью выходного сигнала преобразовател 6, с выхода переключател 3 поступают на вход сглаживающего фильтра 5 на выходе которого формируетс напр же-иRectangular pulses with an amplitude equal to the magnitude of the reference voltage Up and a duration determined by the duration of the output signal of the converter 6, from the output of the switch 3 are fed to the input of the smoothing filter 5 at the output of which is formed directly

равное equal to

8blX8blX

Jk т eb(X опJk t eb (X op

t де tyi - длительность импульсов i преобразовател 6; Т - период следовани импульсов преобразовател 6,t de tyi - pulse duration i transducer 6; T is the period following the impulses of the converter 6,

Так как длительность импульсов ty( ПРЯМО пропорциональна входному кодированному сигналу на клеммах 13, то, следовательно, напр жение ам)( на клеммах 11 и 12 пропорционально цифровому сигналу на клеммах 13.Since the pulse duration ty (RIGHT is proportional to the input coded signal at terminals 13, therefore, the voltage is am) (at terminals 11 and 12 is proportional to the digital signal at terminals 13.

Одновременно опорное напр жение иon через переключатель Ц, работающий синхронно с переключателем 3, поступает на неинвертирующий вход усилител 7 и после усилени в К раз через резистор 10 поступает на выход переключател 3. Ток 1, создаваемый источником опорного напр жени равенAt the same time, the reference voltage Ion through the switch C, operating synchronously with switch 3, goes to the non-inverting input of amplifier 7 and, after amplification K times through resistor 10, goes to the output of switch 3. The current 1 generated by the voltage source is

Ua-UUa-u

В аых In aykh

L ФL f

напр жение в точкеb (на входе сглаживающего фильтра 51; напр жение на выходе сглаживающего фильтра 5; значение сопротивлени в цепи сглаживающего фильтра 5Так как к входам усилител 7 при жены напр жени UQI, и Ugj,,, то ток Ij создаваемый усилителем 7. равен т . Цоп-Цбых Ч5 где К - значение коэффициента усил ни усилител 7. определ е мое величина резисторов 1 и 15; - значение сопротивлени 10. Найдем значение коэффициентов пе редачи усилител 7, при котором будет выполн тьс условие , UB-U0bix Ki on-Uebix) к арK,)Q Т.К. при Uon-ивых «i Jon-UebiK откуда Следовательно, выбрав значение коэффициента передачи усилител 7 по формуле (1), можно обеспечить равенство при котором ток че рез переключатель 3 не протекает. П этом на переключателе 3 отсутствует падение напр жени несмотр на нали чие сопротивлени этого переключате л . Собственное остаточное напр жение МОП-ключа весьма мало и состав л ет единицы микровольт. В неустановившихс режимах (при изменении сигналов на клеммах 13) когда выходное напр жение сглаживаю щего фильтра имеет как посто нную, так и переменную составл ющие ток 1 также имеет переменную и посто н ную составл ющие. Однако наличие св зи выхода фильтра 5 через повторитель напр жени 9 с цепью отрицательной обратной св зи 8 усилител 7 позвол ет обеспечить точно такое же изменение тока 1д, т.е. как статическом, так и в динамическом состо ни х выполн етс равенство 1.ЧФормула изобретени Цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напр жени , первый переключатель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напр жени , второй вход которого подключен к второй клемме источника опорного напр жени , и первому входу сглаживающего фильтра, а выход - к второму входу сглаживающего фильтра, и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого соединен с управл ющим входом первого переключател , отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в него введены второй переключатель , усилитель с цепью отрицательной обратной св зи, повторит тель напр жени и резистор, причем первые, вторые и управл ющие входы первого и второго переключателей попарно объединены, выход второго переключател подключен к неинвертирующему входу усилител , выход которого соединен с первым входом цепи отрицательной обратной св зи усилит, тел и через резистор с вторым входом сглаживающего фильтра, выход которого через повторитель напр жени соединен с вторым входом цепи отрицательной обратной св зи усилител , при этом инвертирующий вход усилител подключен к выходу цепи отрицательной обратной св зи. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи напр жени , под ред. В.Б. Смолова и . Н.А. Смирнова. Л., Энерги , , с. 21. рис. 1-6. 2.Авторское свидетельство СССР tr , кл. Н 03 К 13/20, .06.78 (прототип).voltage at point b (at the input of the smoothing filter 51; voltage at the output of the smoothing filter 5; resistance value in the circuit of the smoothing filter 5 So as to the inputs of amplifier 7 at the voltage UQI, and Ugj, then the current Ij generated by amplifier 7. where K is the value of the amplification factor of the amplifier 7. The determined value of resistors 1 and 15. - The value of the resistance 10. Find the value of the transfer coefficients of the amplifier 7, which will satisfy the condition UB-U0bix Ki on -Uebix) to ap,) Q TK in case of Uon-iVi «i Jon-UebiK, from where Hence, choosing the value of the transfer coefficient of amplifier 7 by formula (1), it is possible to ensure equality at which the current through switch 3 does not leak. On this switch 3 there is no voltage drop despite the presence of resistance of this switch l. The intrinsic residual voltage of the MOP key is very small and amounts to units of microvolts. In unsteady modes (when the signals at terminals 13 change) when the output voltage of the smoothing filter has both a constant and a variable component, the current 1 also has a variable and a constant component. However, the connection of the output of the filter 5 through the voltage follower 9 to the negative feedback circuit 8 of the amplifier 7 allows to provide exactly the same change in current 1e, i.e. Both the static and dynamic states are equal to 1. CHAMPION OF THE INVENTION A digital-to-analog converter containing a reference voltage source, a first switch, the first input of which is connected to the first terminal of the reference voltage source, the second input of which is connected to the second terminal the reference voltage source and the first input of the smoothing filter, and the output to the second input of the smoothing filter, and the digital code-to-pulse converter, the output of which is connected to the control the first switch, characterized in that, in order to increase accuracy, a second switch, an amplifier with a negative feedback circuit, a voltage repeater and a resistor are introduced into it, the first, second and control inputs of the first and second switches are pairwise combined, the output of the second switch is connected to the non-inverting input of the amplifier, the output of which is connected to the first input of the negative feedback circuit, amplifies the bodies and through a resistor to the second input of the smoothing filter, the output of which ovtoritel voltage coupled to the second input circuit the negative feedback amplifier, the inverting input of amplifier circuits connected to the output of negative feedback. Sources of information taken into account in the examination 1. Semiconductor encoding and decoding voltage converters, ed. V.B. Smolova and. ON. Smirnov. L., Energie, p. 21. fig. 1-6. 2. USSR author's certificate tr, cl. H 03 K 13/20, .06.78 (prototype).

i 0fi 0f

i/ii / i

on.on.

//

X3 ..,X3 ..,

УHave

-0//-0 //

-HZ-Hz

;/; /

JxJx

i л i l

l 0 0 0l 0 0 0

J31) /J /JJ31) / J / J

Claims

Формула изобретения где К - значение коэффициента усиления усилителя 7, определяемое величина резисторов 14 и 15;The claims where K is the value of the gain of the amplifier 7, the determined value of the resistors 14 and 15;

R_<0 - значение сопротивления 10.R _<0 - resistance value 10.

Найдем значение коэффициентов передачи усилителя 7, при котором будет выполняться условие ^B^0bix K(U_on-U3yx)Find the value of the transfer coefficients of amplifier 7, under which the condition ^ B ^ 0bix K (U _on -U3yx)

т.к. при ^υβ^=υσπ » то ^оп~^иВых откудаbecause when ^υ β ^{= υ} σπ "then ^ op ~ ^and Out

Следовательно, выбрав значение коэффициента передачи усилителя 7 . по формуле (1), можно обеспечить равенство 1_Х=1₂» ^ПР^И котором ток через переключатель 3 не протекает. При этом на переключателе 3 отсутствует падение напряжения несмотря на наличие сопротивления этого переключателя.Therefore, choosing the value of the gain of the amplifier 7. according to the formula (1), it is possible to ensure the equality 1 _X = 1 ₂ » ^P P ^And which current does not flow through switch 3. In this case, there is no voltage drop on switch 3 despite the presence of resistance of this switch.

Собственное остаточное напряжение МОП-ключа весьма мало и составляет единицы микровольт.The intrinsic residual voltage of the MOS key is very small and amounts to units of microvolts.

В неустановившихся режимах (при изменении сигналов на клеммах 13)> когда выходное напряжение сглаживающего фильтра имеет как постоянную, так и переменную составляющие, ток также имеет переменную и постоянную 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 , т.е. как вIn transient modes (when changing signals at terminals 13)> when the output voltage of the smoothing filter has both constant and alternating components, the current also has alternating and constant components. However, the presence of the connection of the output of the filter 5 through the voltage follower 9 with the negative feedback circuit 8 of the amplifier 7 allows us to provide exactly the same change in current, i.e. how in

Цифро-аналоговый преобразователь, содержащий источник опорного напря10 жения, первый переключатель, первый вход которого соединен с первой клеммой источника опорного напряжения, второй вход которого подключен к второй клемме источника опорного напря15 жения,и первому входу сглаживающего' фильтра, а выход - к второму входу сглаживающего фильтра, и преобразователь цифрового кода в широтно-импульсный сигнал, выход которого сое20 динен с управляющим входом первого переключателя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переключатель , усилитель с цепью от25 рицательной обратной связи, повторит тель напряжения и резистор, причем первые, вторые и управляющие входы первого и второго переключателей попарно объединены, выход второго 30 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 усилитё40 ля подключен к выходу цепи отрицательной обратной связи.A digital-to-analog converter containing a reference voltage source, a first switch, the first input of which is connected to the first terminal of the reference voltage source, the second input of which is connected to the second terminal of the reference voltage source, and the first input of the smoothing filter, and the output to the second input a smoothing filter, and a digital code to pulse-width signal converter, the output of which is connected to the control input of the first switch, characterized in that, in order to increase accuracy, it is introduced A second switch, an amplifier with a negative feedback circuit, a voltage follower and a resistor, the first, second and control inputs of the first and second switches are paired, the output of the second 30 switch is connected to a non-inverting input of the amplifier, the output of which is connected to the first input of the negative circuit feedback amplifier., tela and through a resistor with a second input of the smoothing filter, the output of which through a voltage follower is connected to the second input of the negative feedback circuit of the amplifier, in this case, the inverting input of the amplifier is connected to the output of the negative feedback circuit.