Спосіб побудови атенюатора-подільника троцишина

Реферат: Винахід належить до галузі електронної та вимірювальної техніки, і може використовуватися як зразковий атенюатор-подільник для електричних та електронних схем, а також у складі цифроаналогових (ЦАП) та аналого-цифрових перетворювачів (АЦП). Спосіб побудови атенюатораподільника, полягає у забезпеченні лінійки N послідовно з'єднаних резисторів однакового номіналу, в якій нижній крайній вивід лінійки резисторів підключають до спільного виводу атенюатора-подільника, а усі виводи лінійки, окрім нижнього крайнього, через кодокеровані першим дешифратором ключі приєднують до виходу пристрою. Вхід пристрою через лише N/2 кодокерованих другим дешифратором ключів приєднують до крайнього верхнього виводу і наступних донизу виводів лінійки. Технічним результатом винаходу є збільшення роздільної здатності подільника. UA 100581 C2 (12) UA 100581 C2 UA 100581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до галузі електронної та вимірювальної техніки і може використовуватися як зразковий атенюатор-подільник (АП) для електричних та електронних схем, а також у складі цифро-аналогових (ЦАП) та аналого-цифрових перетворювачів (АЦП). Відомий атенюатор фіг. 1 [1], який зібрано за схемою резистивного подільника напруги, призначений для ступінчатого регулювання рівня вихідного сигналу. Недоліком вказаного типу атенюатора-подільника є мала кількість рівнів ступенів регулювання, різні номінали резисторів. Відомі ЦАП з двійково-зваженими резисторами фіг. 2 [1-3], які зібрано на резисторах, n номінали яких вибрано у значення двійкового коду 1,2,4,8…2 , які утворюють подільник напруги, керований двійковими сигналами керування. Недоліком даного АП є різні номінали резисторів, які призводять до немонотонності та великої диференційної нелінійності характеристики перетворення ЦАП. За прототип взято схему подільника Кельвіна фіг. 3 [1]. Найпростішою зі всіх структур ЦАП є n подільник Кельвіна або цуг, показаний на фіг. 3, N-розрядна версія цього ЦАП складається з 2 n однакових послідовно з'єднаних резисторів і 2 ключів (зазвичай КМОП), по одному між кожним вузлом ланцюга і виходом. Вихід організується замиканням одного з ключів, підключених до відповідного відгалуження. Ідея цього ЦАП сходить до часів лорда Кельвіна середини 1800-х років. Ця проста архітектура використовує вихід по напрузі (у якого вихідний імпеданс залежить від коду) і відрізняється хорошою монотонністю. Навіть, якщо резистор буде випадково закорочений, сигнал на виході і не перевищить сигналу і + 1-го виходу. При рівності всіх резисторів цей АП має лінійну шкалу. Однак він без праці може бути виконаний нелінійним, якщо буде потрібно нелінійний ЦАП. У зв'язку з тим, що в момент перемикання працюють тільки два ключі, в такій структурі рідко відбуваються викиди. Крім того, оскільки викиди не залежать від коду, ЦАП підходить для застосувань, розрахованих на малі спотворення сигналів. Основний недолік ЦАП подільника (Кельвіна) полягає у великому числі резисторів і ключів, необхідних для досягнення високої роздільної здатності (ступенів перетворення). З цієї причини він не ставився до широко використовуваних ЦАП з простою архітектурою до приходу мініатюрних 1С, які відкрили його практичність для ЦАП низької і середньої точності. Сьогодні ця архітектура досить широко застосовується в простих ЦАП, таких як цифрові потенціометри, і, є компонентом більш складних структур ЦАП високої роздільної здатності. Задачею винаходу є збільшення роздільної здатності подільника (кількості квантованих значень шкали перетворення) і розширення функціональних можливостей шляхом адаптивного вибору характеристики перетворення. Задача вирішується шляхом побудови Атенюатора-подільника Троцишина (АПТ), який полягає у використанні кодокерованої комутації точок проміжних з'єднань лінійки N послідовно з'єднаних резисторів однакового номіналу, в якій на верхній (крайній вивід лінійки резисторів) подається вхідна напруга, а нижній (крайній вивід лінійки резисторів) підключено до спільного виводу атенюатора-подільника (подільника Кельвіна), відрізняється тим, що для збільшення кількості квантованих точок вихідних значень шкали АП, до значень більших за N (подільника Кельвіна), вхідний сигнал кодокеровано подається на виводи (точки з'єднання), починаючи з верхньої N і наступних вниз до N/2, при цьому комутація вхідної напруги на верхній вивід N реалізує класичну шкалу перетворення із N значеннями, а використовуючи наступні проміжні точки N-1 і до N/2 отримуємо, окрім наявних N, ще додаткові квантовані значення шкали   перетворення  i  mod 1,000  j , j, k  1   , схема АПТ для випадку N=8 резисторів приведена    k    на фіг. 7 Робота способу полягає в послідовній комутації стану АПТ згідно з послідовними значеннями шкали перетворення яку забезпечують вхідний і вихідний комутатори, згідно з заданим алгоритмом режиму комутації. В таблиці наведено типові значення параметрів АП Кельвіна і АПТ та їх порівняльні співвідношення. 50 1 UA 100581 C2 Таблиця Порівняльні характеристики АПТ і АП Кельвіна Кількість резисторів NR (N АП Кельвіна) Кількість квантових точок шкали АПТ Приріст квантованих значень Виграш 2 4 8 16 32 64 128 256 1024 2 6 22 80 324 1260 5022 19948 318964 0 2 14 64 292 11 % 4894 19692 317940 1 1,5 2,75 5 10,125 1 19,69 39,08 77,92 311,5 Вигляд шкали перетворення АПТ_8R в нормованих значеннях приведено на наступній фіг. 4. 5 Для випадку шкали перетворення подільника Кельвіна (8R) отримаємо класичну шкалу, яка зображена на наступній фіг. 5. Рівняння квантової шкали перетворення можливо записати як:  j     i  mod 1,000  , j, k  1   , яке для випадку АП Кельвіна матиме вигляд:  k    10 15  Ni   i  mod 1,000  n , i  1   , тобто є лише частковим випадком АПТ. 2  Для наглядності значного покращення нерівномірності та лінійності характеристики АПТ_16R, її графік приведено на фіг. 6. Джерела інформації: 1. Кестер У. Аналого-цифровое преобразование / У. Кестер. - М: Техносфера, 2007. - 1019 с. 2. Азаров О.Д. Основи теорії аналого-цифрового перетворення на основі надлишкових позиційних систем числення / О.Д. Азаров. - Вінниця: УНІВЕРСУМ, 2004. - 260 с. 3. Мичуда З.Р. Логарифмічні аналого-цифрові перетворювачі / З.Р. Мичуда. - Львів: Простір, 2002. - 242 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб побудови атенюатора-подільника, який полягає у забезпеченні лінійки N послідовно з'єднаних резисторів однакового номіналу, в якій нижній крайній вивід лінійки резисторів підключають до спільного виводу атенюатора-подільника, а усі виводи лінійки, окрім нижнього крайнього, через кодокеровані першим дешифратором ключі приєднують до виходу пристрою, який відрізняється тим, що вхід пристрою через лише N/2 кодокерованих другим дешифратором ключів приєднують до крайнього верхнього виводу і наступних донизу виводів лінійки. 2 UA 100581 C2 3 UA 100581 C2 4 UA 100581 C2 5 UA 100581 C2 6 UA 100581 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 7