CS206411B1

CS206411B1 - Connexion of digital-to-analog converter

Info

Publication number: CS206411B1
Application number: CS850979A
Authority: CS
Inventors: Jiri Merinsky; Alexej Jakovenko
Original assignee: Jiri Merinsky; Alexej Jakovenko
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1981-06-30

Description

Vynález se týká zapojení číslicově analogového převodníku pro převod číslicové informace v sériovém kódu na analogovou hodnotu, zvláště vhodného pro· řízení polohových servomechanismů obráběcích strojů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a digital-to-analog converter for converting digital information in a serial code to an analog value, particularly suitable for controlling positional servomechanisms of machine tools.

Pro· převod číslicové informace na analogovou hodnotu se používá nejčastěji dvou typů převodníků. První, který využívá paralelního číslicového kódu, převádí pomocí elektronických spínačů a váhových odporů číslicovou paralelní informaci na analogovou hodnotu. Tyto převodníky se vyznačují tím, že se v nich opakuje tolik stejných obvodů sestávajících ze spínače a váhového odporu, kolik binárních řádů je nutno zpracovávat. Jejich kvalita je dána hlavně přesností výběru součástek.Two types of converters are most often used to convert digital information to an analog value. The first, which uses a parallel digital code, converts the digital parallel information to an analog value using electronic switches and weight resistors. These transducers are characterized by the fact that as many of the same circuits consisting of the switch and the weight resistance are repeated as many binary orders need to be processed. Their quality is mainly due to the precision of the component selection.

Druhý typ používaných převodníků, který převádí číslicovou informaci v sériovém kódu, využívá obvodu, který převádí buď četnost impulsů v daném časovém úseku nebo šířkově modulovaný signál na analogovou hodnotu. Kvalita těchto typů převodníků je podmíněna v daném oboru zpracovávaných frekvencí především obvodovým zapojením. Druhé typy převodníků jsou jednodušší a zejména při zpracovávání binární informace, která má větší počet řádů, přináší jejich použití výrazné úspory.The second type of converters used, which converts the digital information in the serial code, utilizes a circuit that converts either a pulse rate over a given period of time or a width modulated signal to an analog value. The quality of these types of converters is determined in the given field of processed frequencies mainly by circuit connection. The second types of converters are simpler and especially when processing binary information, which has a higher number of orders, their use brings significant savings.

Pro přesné polohové servomechanismy obráběčích strojů se dosud používají převážně převodníky prvního typu, a z převodníků druhého typu zapojení, využívající šířkově modulovaného signálu. Převodníky prvního typu jsou složité, obsahují velký počet součástek a jejich nastavení ve výrobě je časově náročné. Jsou však přesné a lineární. U známých převodníků druhého typu, které zpracovávají šířkově modulovaný signál a jsou obvodově jednoduché, je nutno poměrně složitě filtrovat výstupní analogový signál. Je rovněž obtížné dosáhnout špičkových parametrů linearity a teplotní závislosti. Také výběr komplementárních transistorů ve výrobě přináší různé obtíže.For the precise position servomechanisms of machine tools, converters of the first type and converters of the second type using width modulated signal have been used so far. Converters of the first type are complex, contain a large number of components and their setup in production is time consuming. However, they are accurate and linear. In the known converters of the second type, which process a width-modulated signal and are circumferentially simple, it is necessary to filter out the analog output signal relatively complexly. It is also difficult to achieve top linearity and temperature dependence parameters. Also, the selection of complementary transistors in manufacturing also presents various difficulties.

Proto se hledá řešení, které spojuje přednosti obou typů převodníků, tj. přesnost a jednoduchost.Therefore, we are looking for a solution that combines the advantages of both types of converters, ie accuracy and simplicity.

Tyto požadavky splňuje předložené zapojení číslicově analogového převodníku sestávajícího ze dvou převodníků úrovně, ze dvou tranzistorů, ze zesilovače, z odporů a kondenzátorů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jeho první číslicový vstup je spojen přes první převodník úrovně s bází prvního tranzistoru a s jedním vývodem prvního kolektorového odporu. Druhý vývod prvního kolektorového odporu je spojen s prvním napájecím vstupem a s kolektorem prvního tranzistoru. Emitor prvního tranzistoru je spojen přes první emitorový odpor se středem napájecího zdroje a s prvním vývodem první206411 ho filtračního odporu. Druhý vývod prvního filtračního odporu je spojen přes první filtrační kondenzátor se středem napájecího zdroje a s jedním vývodem prvního vstupního odporu. Druhý vývod prvního vstupního odporu je spojen s invertujícím vstupem zesilovače a přes první vazební odpor s výstupem operačního zesilovače a s výstupem. Druhý číslicový vstup je spojen přes druhý převodník {úrovně s bází druhého tranzistoru s jedním vývodem druhého kolektorového odporu. Druhý vývod druhého kolektorového odporu je spojen se druhým napájecím vstupem a s kolektorem druhého tranzistoru. Emitor druhého tranzistoru je spojen přes druhý emitorový odpor se středem napájecího zdroje a jedním vývodem druhého filtračního odporu.These requirements are met by the present connection of a digital-to-analog converter consisting of two level transducers, two transistors, an amplifier, resistors and capacitors according to the invention, characterized in that its first digital input is connected via the first level converter to the base of the first transistor. one outlet of the first collector resistor. The second terminal of the first collector resistor is connected to the first power input and the collector of the first transistor. The emitter of the first transistor is coupled through the first emitter resistor to the center of the power supply and to the first terminal of the first 206411 filter resistor. The second outlet of the first filter resistor is connected via a first filter capacitor to the center of the power supply and to one outlet of the first input resistor. The second terminal of the first input resistor is coupled to the inverting input of the amplifier and through the first coupling resistor to the output of the operational amplifier and the output. The second digital input is connected via a second level transducer to the base of the second transistor with one terminal of the second collector resistor. The second outlet of the second collector resistor is connected to the second supply input and to the collector of the second transistor. The emitter of the second transistor is connected via a second emitter resistor to the center of the power supply and one terminal of the second filter resistor.

Druhý vývod druhého filtračního odporu je spojen přes druhý filtrační kondenzátor se středem napájecího zdroje a s jednírn vývodem • druhého vstupního odporu. Druhý vývod druhého vstupního· odporu je spojen, přes druhý vazební odpor se středem napájecího zdroje a s neinvertu jícím vstupem zesilovače.The second outlet of the second filter resistor is connected via a second filter capacitor to the center of the power supply and to the one outlet of the second input resistor. The second terminal of the second input resistor is connected, via a second coupling resistor, to the center of the power supply and to the non-inverting input of the amplifier.

Výhodou zapojení číslicově analogového převodníku podle vynálezu je, že při nulovém číslicovém vstupním signálu jsou oba tranzistory zcela uzavřeny, takže klidový proud těchto tranzistorů vytváří zanedbatelný úbytek napětí, který neovlivňuje nepříznivě stabilitu nulové polohy polohového servomechanismu. Volbou velikostí stabilizovaného napájecího napětí, přiváděného na napájecí vstupy, lze dosáhnout toho, že diferenciální zesilovač pracuje s malým, zesílením v optimálním režimu, takže chyby způsobené napěťovou a proudovou nesymetrií lze udržet v širokém teplotním rozsahu na minimální úrovni,The advantage of the digital-to-analog converter according to the invention is that both transistors are completely closed at the zero digital input signal, so that the quiescent current of these transistors creates a negligible voltage drop which does not adversely affect the zero position stability of the servo positioner. By selecting the magnitude of the stabilized supply voltage applied to the power inputs, it is possible to achieve that the differential amplifier operates with a small gain in optimum mode so that errors due to voltage and current unbalance can be kept to a minimum over a wide temperature range,

Takto uspořádaný obvod spolu s navrženým pracovním bodem tranzistorů umožňují 'vytvořit z běžně dostupných součástek číslicově analogový převodník, zvlášť vhodný pro řízení polohových servomechanismů obráběcích strojů, jehož předností proti dosud používaným zapojením je vysoká stabilita nulové hodnoty, linearita a jednoduchost.This circuit, together with the designed transistor operating point, makes it possible to make commercially available components into a digital-to-analog converter, particularly suitable for the control of servo positioning of machine tools, the advantage of which has been zero stability, linearity and simplicity.

Číslicově analogového převodníku dle vynálezu lze použít i jako násobičky, když se místo stabilizovaného napětí, přiváděného na napájecí vstupy 31 a 311, použije analogové napětí, které je úměrné některé jiné nezávisle proměnné veličině. Výstupní signál je potom úměrný součinu vstupního číslicového· signálu přivedeného na jeden z číslicových vstupů a signálu přivedeného na oba napájecí vstupy. Tímto způsobem je možno uskutečnit změnou analogové hodnoty napětí přiváděné na napájecí vstupy, kterou je možno zadat i v číslicové formě přes další číslicově analogový převodník, úpravu přenosu polohové smyčky servomechanismu a provádět tak například počítačem výhodně různé druhy korekcí.The digital-to-analog converter according to the invention can also be used as multipliers if, instead of the stabilized voltage applied to the power inputs 31 and 311, an analog voltage is used which is proportional to some other independent variable. The output signal is then proportional to the product of the input digital signal applied to one of the digital inputs and the signal applied to both supply inputs. In this way, by changing the analog value of the voltage supplied to the power inputs, which can also be entered in digital form via another digital-analog converter, the position loop transmission of the servomechanism can be adjusted and, for example, computer-readily made various kinds of corrections.

Zapojení číslicově analogového převodníku podle vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném výkrese.The wiring of a D / A converter according to the invention is shown schematically in the attached drawing.

jednotlivé hlavní prvky zapojení je možno %individual main connection elements can be%

charakterizovat takto: Óba převodníky 1, 11 úrovně jsou stejné. Jsou charakterizovány jako budicí stupně s ,otevřeným kolektorem a slouží k tvarování vstupního signálu. Oba tranzistory 2 a 12 jsou stejné, rychlé spínací tranzistory, které slouží k impedančnímu přizpůsobení vytvarovaného signálu. Zesilovač 9 je v podstatě diferenciálně zapojený operační zesilovač, který slouží k zesílení vytvarovaného·, impedančně přizpůsobeného a vyfiltrovaného vstupního signálu. Spojení jednotlivých prvků je provedeno takto. První číslicový vstup 21 zapojení je spojen přes první převodník 1 úrovně s bází prvního tranzistoru 2 a s jedním vývodem prvního kolektorového odporu 3. Druhý vývod prvního kolektorového odporu 3 je spojen s prvním napájecím vstupem 31 a s kolektorem prvního tranzistoru 2. Emitor prvního tranzistoru 2 je spojen přes první emitorový odpor 4 se středem napájecího zdroje a s prvním vývodem prvního filtračního odporu 5. Druhý vývod prvního filtračního odporu 5 je spojen přes první filtrační kondenzátor 6 se středem napájecího zdroje a jedním vývodem prvního vstupního odporu 7. Druhý vývod prvního vstupního odporu 7 je spojen s invertujícím vstupem 91 zesilovače 9 a přes' první vazební odpor 8 s výstupem 93 operačního zesilovače Oas výstupem 40 zapojení. Druhý číslicový vstup 211 zapojení je spojen přes druhý převodník 11 úrovně s bází druhého tranzistoru 12 s jedním vývodem druhého kolektorového odporucharacterized as follows: Both converters 1, 11 levels are the same. They are characterized as open collector excitation stages and are used to shape the input signal. Both transistors 2 and 12 are the same fast switching transistors which serve to impedance match the shaped signal. The amplifier 9 is essentially a differential-connected operational amplifier that serves to amplify the shaped, impedance matched and filtered input signal. The connection of individual elements is performed as follows. The first wiring digital input 21 is connected via a first level converter 1 to the base of the first transistor 2 and one terminal of the first collector resistor 3. The second terminal of the first collector resistor 3 is connected to the first power input 31 and to the collector of the first transistor 2. via the first emitter resistor 4 to the center of the power supply and to the first terminal of the first filter resistor 5. The second terminal of the first filter resistor 5 is connected via the first filter capacitor 6 to the center of the power supply and one terminal of the first input resistor 7. with the inverting input 91 of the amplifier 9 and via the first coupling resistor 8 with the output 93 of the operational amplifier Oas through the output 40 of the wiring. The second wiring digital input 211 is connected via a second level converter 11 to the base of the second transistor 12 with one terminal of the second collector resistor

13. Druhý vývod druhého kolektorového odporu 13 je spojen se druhým napájecím vstupem 311 zapojení a s kolektorem druhého tranzistoru 12. Emitor druhého tranzistoru 12 je spojen přes druhý emitorový odpor 14 se středem napájecího zdroje a s jedním vývodem druhého filtračního odporu 15. Druhý vývod druhého filtračního odporu 15 je spojen přes druhý filtrační kondenzátor 16 se středem napájecího zdroje a s jedním vývodem druhého vstupního odporu 17. Druhý vývod druhého vstupního odporu 17 je spojen přes druhý vazební odpor 18 se středem napájecího zdroje a s neinvertu jícím vstupem 92 zesilovače 9.13. The second outlet of the second collector resistor 13 is connected to the second power supply input 311 and the collector of the second transistor 12. The emitter of the second transistor 12 is coupled via the second emitter resistor 14 to the power supply center and one terminal of the second filter resistor 15. 15 is connected via a second filter capacitor 16 to the center of the power supply and one terminal of the second input resistor 17. The second terminal of the second input resistor 17 is connected via the second coupling resistor 18 to the center of the power supply and to the non-inverting input 92 of the amplifier 9.

Zapojení dle vynálezu pracuje tak, že do bloku znaménkového vstupu, který není součástí vynálezu a který není na výkrese znázorněn, je přiveden číslicový signál, u kterého nositelem informace o velikosti polohové odchylky je četnost impulsů konstantní velikosti v daném časovém úseku a informace o polaritě signálu, která rozhodne, zda informace o velikosti odchylky bude přivedena na první číslicový vstup 21 a zpracována v záporné větvi, nebo na druhý číslicový vstup 211 a' zpracována v kladné větvi. V dalším se popisuje činnost záporné větve. Z prvního číslicového vstupu 21 se signál přivádí na první převodník 1 úrovně, který mění a tvaruje signál úrovně TTL logiky na úroveň signálu přiváděného na první napájecí vstup 31. První tranzistor 2 impedančně přizpůsobí signál získaný na výstupu prvního převodníku úrovně. První tranzistor 2 pracuje v zapojení jako emitorový sledovač. Upravený signál se odebírá z prvního emitorového odporu 4 a filtruje se v obvodu, který je sestaven z prvního filtračního odporu 5, z prvního vstupního odporu 7 a z prvního filtračního kondenzátoru 6. Kladná větev, která má druhý číslicový vstup 211, pracuje shodně. Signály ze záporné větve se přivádí na invertující vstup 91 zesilovače 9. Signály z kladné větVQ se přivádí na neinvertující vstup 92 zesilovač^ 9. Přenos zesilovače 9 určuje hodnota prvního vazebního odporu 8 a druhého vazebního odporu 18.The circuitry according to the invention operates by providing a digital signal to a sign input block which is not part of the invention and which is not shown in the drawing, in which the position deviation information carrier is a constant pulse rate within a given period of time and signal polarity information. which decides whether the deviation amount information will be applied to the first digital input 21 and processed in the negative branch, or to the second digital input 211 and processed in the positive branch. The following describes the operation of the negative branch. From the first digital input 21, the signal is applied to the first level converter 1, which changes and shapes the TTL logic level signal to the level of the signal applied to the first power input 31. The first transistor 2 impedes the signal obtained at the output of the first level converter. The first transistor 2 operates as an emitter follower. The adjusted signal is taken from the first emitter resistor 4 and filtered in a circuit consisting of the first filter resistor 5, the first input resistor 7 and the first filter capacitor 6. The positive branch having the second digital input 211 operates identically. The negative branch signals are applied to the inverting input 91 of the amplifier 9. The positive branch signals are applied to the non-inverting input 92 of the amplifier 9. The transmission of the amplifier 9 determines the value of the first coupling resistor 8 and the second coupling resistor 18.

Vynálezu se využije k řízení polohových servomechanismů číslicově řízených obrábě? cích strojů.The invention will be used to control positional servomechanisms of numerically controlled machining? machines.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Connection of a digital-to-analog converter consisting of two level transducers, two transistors, an amplifier, resistors and capacitors, characterized in that its first digital input (21) is connected via the first level converter (1) to the base of the first transistor (2) and one terminal of a first collector resistor (3), the second terminal of which is connected to a first power input (31) and a collector of the first transistor (2), the emitter of which is connected via the first emitter resistor (4) to the power supply center and the first terminal of the first filter a resistor (5) whose second outlet is connected via a first filter capacitor (6) to the center of the power supply and one outlet of a first input resistor (7) whose second outlet is connected to an inverting input (91) of the amplifier (9) and through a first coupling a resistor (8) with an output (93) of the operational amplifier (9) and an output (40), the second being a resistor. The digital input (211) is connected via a second level transducer (11) to the base of the second transistor (12) and one terminal of the second collector resistor (13), the other terminal of which is connected to the second supply input (311) and the collector of the second transistor (12). ), the emitter of which is connected via a second emitter resistor (14) to the center of the power supply and to one outlet of the second filter resistor (15), the other of which is connected through the second filter capacitor (16) to the center of the power supply 17), the second terminal of which is connected via a second coupling resistor (18) to the center of the power supply and to the non-inverting input (92) of the amplifier (9).