Цифроаналоговый преобразователь

Изобретение относится к аналого-дискретным преобразователям, а именно к цифроаналоговым преобразователям, и может быть использовано для преобразования кодов в аналоговые сигналы. Техническим результатом является повышение быстродействия и уменьшение погрешности преобразования. Устройство содержит регистр, блок импульсных усилителей, матрицу светодиодов, объектив, фотоприемник, операционный усилитель. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к аналого-дискретным преобразователям, а именно к цифроаналоговым преобразователям, и может использоваться для преобразования кодов в аналоговые сигналы.

Прототипом принят цифроаналоговый преобразователь [1, с.322], включающий регистр, источник эталонного напряжения, ключи по числу разрядов регистра, декодирующую сетку из параллельно включенных резисторов, значения сопротивлений которых соответствуют весам разрядов двоичной системы счисления, и операционный усилитель. Преобразование кода в напряжение выполняется подключением соответствующими ключами источника эталонного напряжения к декодирующей сетке. Погрешность преобразования до 0,1% при скорости 10⁶ преоб/с, [1, с.324]. Недостатки прототипа: недостаточная точность преобразования и низкое быстродействие.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования и повышение его точности.

Техническим результатом являются увеличение быстродействия до 55·10⁶ преоб/с и уменьшение погрешности, достигаемые высоким быстродействием излучающих светодиодов и гальванической развязкой между цифровой и аналоговой частями преобразователя.

Сущность изобретения в том, что в цифроаналоговый преобразователь, содержащий регистр и операционный усилитель, введены блок импульсных усилителей, матрица светодиодов, объектив и фотоприемник.

Функциональная схема ЦАП на фиг.1, матрица светодиодов на фиг.2. Цифроаналоговый преобразователь (фиг.1) включает регистр 1, блок 2 импульсных усилителей (по числу светодиодов), матрицу 3 светодиодов, входы которых подключены к выходам соответствующих импульсных усилителей в блоке 2, объектив 4, фотоприемник 5 и операционный усилитель 6. Регистр 1 представляет собой 8-разрядный параллельный регистр, микросхема К1500 ИР141 с временем срабатывания 5 нс [2, с.437]. Блок 2 импульсных усилителей содержит импульсных усилителей по числу светодиодов (в данном варианте 9 штук). В качестве импульсных усилителей в блоке 2 применяются буферные усилители-формирователи микросхемы 533АП6 [2, с.128] с временем срабатывания 18 нс. Матрица 3 светодиодов содержит 9 светодиодов, в качестве которых применяются яркие светодиоды КИПД80Т-1Б с силой света 3 кд при токе 20 мА с диаметром корпуса 3 мм [3, с.47]. Распределение светодиодов и их нейтральных светофильтров, определяющих вес разряда в коде, в таблице. Светодиоды сведены в матрицу (фиг.2). Объектив 4 собирает излучение светодиодов и суммирует их во входном окне фотоприемника 5, в качестве которого применяется фотодиод на р-i-n структуре с временем нарастания и спада фототока до 1 нс [4, с.117].

Сигнал с фотоприемника 5 поступает на вход операционного усилителя 6, в качестве которого применяется операционный усилитель с непосредственными связями (ОУ-НС) [5, с.144).

Таблица распределения по весам 8-и разрядов светодиодов и их нейтральных светофильтров:
№ разряда в коде	1 старший разряд	2	3	4	5	6	7	8 младший разряд
число светодиодов	2	1	1	1	1	1	1	1
кратность светофильтра	-	-	2х	4х	8х	16х	32х	64х

Работа ЦАП.

На вход регистра 1 коды поступают в параллельном виде. С выхода регистра 1 сигналы кода поступают в соответствующие импульсные усилители блока 2, с выхода которого сигналы кода соответственно весам разрядов поступают в матрицу на свои светодиоды. С приходом сигналов кода светодиоды выполняют излучение в течение длительности сигнала кода. Объектив 4 собирает излучения светодиодов матрицы 3 и направляет их во входное окно фотоприемника 5, сигнал с которого поступает на вход операционного усилителя 6, с выхода которого аналоговый сигнал следует по назначению. Суммарный поток излучения светодиодов матрицы 3 прямо пропорционален величине кода, величина же аналогового сигнала с выхода операционного усилителя прямо пропорциональна световому потоку с матрицы 3 светодиодов, т.е. каждый код точно соответствует определенной величине аналогового сигнала с выхода ЦАП. Быстродействие заявленного ЦАП не зависит от числа разрядов в коде и определяется быстродействием срабатывания импульсных усилителей в блоке 2. С применением микросхем 533АП6 с временем срабатывания 18 нс (у регистра, светодиодов и фотоприемника быстродействие значительно выше) быстродействие ЦАП составляет 55·10⁶ преобр/с, в 50 раз выше, чем у прототипа: Погрешность работы в связи с отсутствием резисторов, ключей и эталонного источника напряжения, как в прототипе, будет меньше и определяется температурным дрейфом нуля в операционном усилителе, составляющим до 5 мкВ/°С [5, с.145, табл.6.1]. Гальваническая развязка между цифровой частью ЦАП и аналоговой исключает влияние действия шумов на операционный усилитель.

Заявляемое устройство может быть использовано в качестве ЦАП в цифровых системах телевидения, радиовещания, в проигрывателях DVD, CD и в персональных компьютерах. Для преобразования кодов с большим числом разрядов потребуется ввести больше импульсных усилителей в блок 2 и соответственно больше светодиодов в матрицу 3.

Источники информации

1. В.Н.Тутевич. Телемеханика. М., 1985, с.322-324, прототип.

2. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник, Минск, 1991, с.125, 127, 128, 437.

3."Радио" № 9, 2004, с.47.

4. В.И.Иванов, А.И.Аксенов, А.М.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник, М., 1984, с.117.

5. Справочник по средствам автоматики. Под ред. В.Э.Низэ, М., 1983, с.144-145, табл.6.1.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), содержащий регистр, входы которого являются входами ЦАП, и операционный усилитель, выход которого является выходом ЦАП, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные блок импульсных усилителей, входы которого подключены к соответствующим выходам регистра, и матрица светодиодов, объектив, и фотоприемник, выход которого подключен к входу операционного усилителя, в задней фокальной плоскости объектива расположена излучающая сторона матрицы светодиодов, в передней фокальной плоскости объектива расположено входное окно фотоприемника.