Цифро-аналоговий перетворювач

Цифро-аналоговий перетворювач, що містить два перетворювачі код-напруга, автомат керування, який відрізняється тим, що в нього введено два мультиплексори кодів, два коректори адитивних похибок, два коректори мультиплікативних похибок, два підсилювачі, джерело опорних напруг, джерело опорних кодів, два ключі, три перемикачі, при цьому перший і другий входи мультиплексорів паралельно під'єднанні до джерела опорних кодів, треті входи під'єднані до входу цифро-аналогового перетворювача, вихід першого мультиплексора через перший перетворювач коднапруга, перший коректор адитивних похибок, перший коректор мультиплікативних похибок з'єдна U 2 (19) 1 3 Задача вирішується тим, що в цифро-аналоговий перетворювач, що містить два перетворювачі коднапруга, автомат керування введені два мультиплексори кодів, два коректори адитивних похибок, два коректори мультиплікативних похибок, два підсилювачі, джерело опорних напруг, джерело опорних кодів, два ключа, три перемикачі, при цьому перший і другий входи мультиплексорів паралельно під'єднані до джерела опорних кодів, треті входи під'єднано до входу цифроаналогового перетворювача, вихід першого мультиплексора через перший перетворювач коднапруга, перший коректор адитивних похибок, перший коректор мультиплікативних похибок з'єднано з першими входами першого підсилювача і вихідного перемикача, вихід другого мультиплексора через другий перетворювач код-напруга, другий коректор адитивних похибок, другий коректор мультиплікативних похибок з'єднано з першим входом другого підсилювача і другим входом вихідного перемикача, вихід якого є виходом цифроаналогового перетворювача, другі входи підсилювачів з'єднано з виходами джерела опорних напруг, вихід першого підсилювача через перший ключ під'єднано до входу першого перемикача, два виходи якого під'єднані до керуючих входів першого коректора адитивних похибок, і першого коректора мультиплікативних похибок, вихід другого підсилювача через другий ключ під'єднано до входу другого перемикача, два виходи якого під'єднані до керуючих входів другого коректора адитивних похибок і другого коректора мультиплікативних похибок, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий, шостий, сьомий, восьмий виходи автомата керування з'єднано відповідно з керуючими входами мультиплексорів, перемикачів, ключів, джерела опорних напруг, вихідного перемикача. Кресленням на фігурі представлена структурна схема запропонованого цифро-аналогового перетворювача. Перший і другий входи мультиплексорів 1 і 2 паралельно під'єднані до джерела опорних кодів 3, треті входи під'єднано до входу цифроаналогового перетворювача, вихід першого мультиплексора 1 через перший перетворювач коднапруга 4, перший коректор адитивних похибок 5, перший коректор мультиплікативних похибок 6 з'єднано з першими входами першого підсилювача 7 і вихідного перемикача 8, вихід другого мультиплексора 2 через другий перетворювач код-напруга 9, другий коректор адитивних похибок 10, другий коректор мультиплікативних похибок 11 з'єднано з першим входом другого підсилювача 12 і другим входом вихідного перемикача 8, вихід якого є виходом цифро-аналогового перетворювача, другі входи підсилювачів 7 і 12 з'єднано з виходом джерела опорних напруг 13, вихід першого підсилювача 7 через перший ключ 14 під'єднано до входу першого перемикача 15, два виходи якого під'єднані до керуючих входів першого коректора адитивних похибок 5 і першого коректора мультиплікативних похибок 6, вихід другого підсилювача 12 через другий ключ 16 під'єднано до входу другого перемикача 17, два виходи якого під'єднані до керуючих входів другого коректора адитивних похи 63173 4 бок 10 і другого коректора мультиплікативних похибок 11, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий, шостий, сьомий, восьмий виходи автомата керування 18 з'єднано відповідно з керуючими входами мультиплексорів 1 і 2, перемикачів 15 і 17, ключів 14 і 16, джерела опорних напруг 13, вихідного перемикача 8. Мультиплексори 1, 2 - це багатовходові схеми, що будуються на звичайних логічних елементах. Джерелом опорних кодів 3 може бути набір високих і низьких рівнів напруги, що відповідають паралельному двійковому коду, тобто набору логічних «нулів» та «одиниць». Перетворювачі код-аналог 4, 9 можуть бути побудовані за різними схемами, наприклад на резистивних матрицях, за широтно-імпульсною модуляцією і т.п. Коректори адитивних похибок - це елементи з пам'яттю, які можуть бути побудовані на конденсаторах, напруга яких зміщує рівень «нуля» в перетворювачах код-напруга 4, 9. Аналогічно побудовані коректори мультиплікативних похибок 6, 11, напруга конденсаторів, яких змінює внутрішню опорну напругу перетворювачів код-напруга 4, 9 і таким чином може збільшувати або зменшувати коефіцієнт перетворення перетворювачів код-напруга 4, 9. Функцію коректора мультиплікативних похибок можуть виконувати також цифрові потенціометри з пам'яттю. Підсилювачі постійного струму 7, 12 - це інтегральні підсилювачі з малим дрейфом «нуля», які широко застосовуються в електронних пристроях. Джерело опорних напруг 13 - це звичайне високо-стабільне джерело двох напруг, яке може бути побудоване на основі термостабілізованих стабілітронів. Комутаційні елементи 8, 14, 15, 16, 17 - це елементи, які можуть бути реалізовані на транзисторах у вигляді інтегральних схем. Запропонований цифро-аналоговий перетворювач функціонує так, що перший канал цифроаналогового перетворювача (блоки 1, 4, 5, 6) перетворює вхідний код Nвх в напругу, яка надходить на вихід цифро-аналогового перетворювача. При цьому мультиплексор 1 знаходиться в стані 3, ключ 14 розімкнено, перемикач 8-у верхньому стані. У цей час другий канал цифро-аналогового перетворювача (блоки 2, 9, 10, 11) знаходиться в стані двохетапної калібровки. Після калібрування функції каналів змінюються на протилежні, тобто перший канал переходить в режим двохетапної калібровки, а другий канал у режим неперервного перетворення вхідного коду у вихідну напругу (Nвх  Uвих ) і т.д. Всі ці зміни режимів відбуваються циклічно за командами автомата керування 18. Розглянемо детальніше як відбувається калібрування каналів цифро-аналогового перетворювача на прикладі другого каналу. Перший етап калібрування: ключ 16 замкнуто, перемикач 17 у стані 1 і код N01 із джерела опорних кодів 3 через мультиплексор 2 (стан 1) надходить на перетворювач код-напруга 9. Напруга із блока 9 через коректори 10,11 надходить на під 5 63173 силювач 12, де порівнюється з опорною напругою U01 джерела 13. При цьому відбувається стабілізація вихідної напруги блока 11. Має місце таке співвідношення: [N01  K 90  (1   9 )  Uзм9  UK12 ]  K11  U01 , (1) де K 90  (1   9 ) номінальний коефіцієнт передачі перетворювача код-напруга 9 та його мультиплікативна похибка  9 ; Uзм9 - напруга зміщення блока 9; UK12 - компенсуюча напруга від підсилювача 12; K11 - коефіцієнт передачі коректора мультиплікативної похибки 11. При виборі N01  0 і N01  0 відбувається автоматична установка «нуля» каналу 2, тобто: Uзм9  UK12  0 (2) Другий етап калібрування: ключ 16 замкнено, перемикач 17 у стані 2 і код N02 із джерела опорних кодів 3 через мультиплексор 2 (стан 2) надходить на перетворювач код-напруга 9. Напруга із блока 9 через коректори 10,11 надходить на підсилювач 12 де порівнюється з опорною напругою U02 джерела 13. При цьому відбувається стабілізація вихідної напруги блока 11. Має місце таке співвідношення: [N02  K 90  (1   9 )  Uзм  UK12 ]  K11    U02 , (3) де  - корегуючий коефіцієнт, що формується підсилювачем 12 у блоці 11. Зважаючи на попереднє рівняння маємо N02  K 90  (1   9 )  K11    U02 , тобто: K 90  (1   9 )  K11    U02 / N02 (4) Це закінчення другого калібрування другого 6 каналу цифро-аналогового перетворювача. За командою автомата керування другий канал цифро-аналогового перетворювача переходить в режим перетворення вхідного коду Nвх . Після закінчення перехідного процесу в цьому каналі вихідний перемикач 8 переходить в стан 2 і на виході з'являється напруга Uвих , яка буде точно відповідати вхідному коду Nвх . Дійсно: Uвих  [Nвх  K90  (1   9 )  Uзм  UK12 ]  K11   , Враховуючи (2) і (4): Uвих  Nвх  U02 / N02 Таким чином при незмінності похибки за час калібрування і при перетворенні Nвх вихідна напруга з високою точністю буде відповідати вхідному коду. На похибку перетворення впливає опорна напруга U02 , але її нестабільність для сучасних опорних елементів складає менше 0,001 %. На похибку перетворення впливає дрейф «нуля» підсилювачів 7 і 12, але для сучасних операційних підсилювачів він малий і складає 20 HB  . C Враховуючи, що Uвих , як правило, це одиниці вольт, похибка від підсилювачів буде складати -5 приблизно 10 %. Таким чином за даною схемою можна реалізувати 20-ти розрядний цифроаналоговий перетворювач. Джерела інформації: 1. Каванаг К. Автоматическая калибровка смещения нуля цифро-аналоговых преобразователей. Электронные компоненты и системы - Киев: VD MAIS, 2010, №1, с. 6-7. 2. Патент США. № 4,967,197 від 30 жовтня 1990р. Система корегування похибок для цифроаналогових перетворювачів. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63173 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601