Цифроаналоговый преобразователь
Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе токи старших разрядов формируются путем циклического переключения тока опорного источника с помощью токовых импульсных ключей и фильтрации образующихся при этом последовательностей импульсов тока. Цифроаналоговый преобразователь содержит импульсные токовые ключи, фильтры нижних частот, токовые ключи старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель тока, источник опорного тока, преобразователь постоянного тока в переменный (пульсирующий), состоящий из повторителя тока, разделительного конденсатора, двух источников тока, один из которых постоянно подключен к обкладке разделительного конденсатора, а второй подключается периодически через переключатель тока, управляемый формирователем импульсов, синхронизированным с генератором ортогональных сигналов, другая обкладка разделительного конденсатора подключена вместе с выходом источника опорного тока ко входу повторителя, выход которого, являющийся также выходом преобразователя постоянного тока в переменный, подключен к входам импульсных токовых ключей. 3 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания точных и высоколинейных цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей, быстродействующих калибраторов и цифровых вольтметров.
Известен цифроаналоговой преобразователь, содержащий источник опорного тока, генератор ортогональных сигналов, (m+1) импульсных токовых ключей, где m число старших разрядов преобразуемого кода, (m+1) фильтров нижних частот, m токовых ключей старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель тока, выполненный (n-m) разрядным, где n число разрядов преобразуемого кода, и выходную шину. В известном устройстве несоответствие реальных моментов переключения тока I0 источника опорного тока заданным (идеальным), обусловленное неизбежным разбросом характеристик элементов генератора ортогональных сигналов и импульсных ключей, является одним из основных факторов, ограничивающих возможности повышения точности цифроаналогового преобразователя. Отличие реального момента переключения от заданного на величину t приводит к погрешности формирования разрядных токов старших разрядов равной где T период повторения ортогональных сигналов; I0 величина опорного тока. Увеличение периода T для снижения погрешности I возможно только до определенных пределов, поскольку при этом требуется снижение граничной частоты токовых фильтров и, как следствие, увеличение емкостей используемых в них конденсаторов, что, в свою очередь, приводит к увеличению погрешностей из-за утечек и возрастания влияния фликкершумов операционных усилителей фильтров. Целью изобретения является повышение точности цифроаналогового преобразователя при сохранении быстродействия. Снижение погрешности I при прочих равных условиях достигается введением преобразователя постоянного тока в переменный, который включается между источником опорного тока и входами импульсных токовых ключей. Преобразование постоянного опорного тока I0 в переменный (пульсирующий) ток со средним значением, равным I0, позволяет при синхронизации работы преобразователя и генератора ортогональных сигналов существенно снизить влияние разброса t моментов переключения токовых ключей на погрешность I формирования разрядных токов старших разрядов цифроаналогового преобразователя. На фиг. 1 приведена функциональная схема цифроаналогового преобразователя; на фиг. 2 принципиальная схема преобразователя постоянного тока в переменный; на фиг. 3 диаграммы работы преобразователя постоянного тока. Цифроаналоговый преобразователь содержит источник 1 опорного тока, генератор 2 ортогональных сигналов, (m+1) импульсных токовых ключей 3, где m - число старших разрядов преобразуемого кода, (m+1) фильтров 4 нижних частот, m токовых ключей 5 старших разрядов, кодоуправляемый резистивный делитель 6 тока, выполненный (n-m) разрядным, где n число разрядов преобразуемого кода, выходную шину 7 и преобразователь 8 постоянного тока в переменный, содержащий повторитель тока 9, разделительный конденсатор 10, вспомогательные источники 11 и 12 постоянного тока, токовый переключатель 13, формирователь 14 импульсов управления переключателем, ограничительные диоды 15, 16 и источник напряжения 17, задающий уровни ограничения для напряжения в узле 18. Цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом. Преобразователь 8 преобразует постоянный ток источника 1 опорного тока в переменный (пульсирующий) ток, который с выхода преобразователя 8 поступает на общую шину, соединяющую информационные входы импульсных токовых ключей 3, причем работа преобразователя 8 синхронизована с генератором 2 ортогональных сигналов. Выходные импульсы генератора 2 ортогональных сигналов, поступая последовательно во времени на управляющие входы импульсных токовых ключей 3, приводят к тому, что на входах фильтров 4 нижних частот периодически появляются последовательности (пачки) импульсов тока, имеющие различную скважность и, соответственно, различные значения Ii постоянной составляющей входного тока каждого фильтра 4: Ii= Q-i1Io, (2) где I0 ток источника опорного тока; Qi скважность выходных импульсов генератора 2 ортогональных сигналов. На выходах m фильтров 4 нижних частот формируются m весовых токов старших разрядов I1, I2, Im, взвешенных, например, по двоичному закону, а на выходе (m+1)-го фильтра 4 нижних частот формируется ток, равный по величине току Im. С выхода (m+1)-го фильтра 4 нижних частот ток поступает на вход кодоуправляемого делителя 6 тока. Использование выходного тока (m+1)-го фильтра нижних частот в качестве опорного тока для цифроаналогового преобразователя младших разрядов кода позволяет избавиться от проблем согласования характеристики преобразования старших и младших разрядов, обычно возникающей при комбинированном построении многоразрядных цифроаналоговых преобразователей. Выходной сигнал, пропорциональный входному коду, формируется путем сложения на суммирующей шине 7 весовых токов I1, I2, Im старших разрядов и выходного тока кодоуправляемого резистивного делителя 6 тока в комбинации, определяемой входным кодом Nвх. Число старших разрядов определяется требуемой погрешностью цифроаналогового преобразователя. Принцип действия преобразователя 8 постоянного тока в переменный заключается в линейном суммировании опорного тока I0 с импульсным двухполярным током, формируемым с помощью источников постоянного тока 11 и 12, причем величина тока I1 источника 11 примерно вдвое превышает величину тока I2 источника 12 (I12I2). Преобразователь 8 работает следующим образом. На узел входа повторителя тока 9 поступает опорный ток I0. На этот же узел, как шину суммирования токов, поступает также ток перезаряда конденсатора 10. Направление тока перезаряда определяется положением переключателя 13. Если переключатель 13 замыкает ток I1 источника тока 11 на узел 18, то конденсатор перезаряжается током I1-I2, если ток I1 замыкается на шину "земля", то конденсатор 10 перезаряжается током -I2. В результате суммирования токов на входе повторителя тока 9, его выходной ток либо возрастает до значения I0+(I1-I2), либо уменьшается до значения I0-I2. Ограничительные диоды обеспечивают нормальный режим работы практических источников тока: при нарастании напряжения узла 18 до предельно допустимого уровня открывается диод 15, при понижении напряжения диод 16. В результате на общую шину, соединяющую информационные входы ключей 3, поступает пульсирующий ток. Форма тока на выходе повторителя тока 9, изменения напряжения узла 18 и сигнал управления переключателем 13 показаны на фиг. 3. Минимальное мгновенное значение I0-I2 выходного тока повторителя тока 9 может быть выбрано достаточно малым путем регулировки тока I2. Формирователь 14 импульсов управления переключателем 13 должен быть сихронизирован с генератором 2 ортогональных сигналов таким образом, чтобы момент открывания одного импульсного ключа 3 и закрывания другого импульсного ключа 3 находился в интервале времени, когда ток на выходе преобразователя 8 минимален и равен I0-I2. В этом случае погрешность формирования разрядных токов Ii от разброса t реальных моментов открывания и закрывания ключей составит то есть по сравнению с первоначальным значением (1) снизится враз.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3