CS261626B1

CS261626B1 - Method for digital-to-analog converter broadening with sign bit

Info

Publication number: CS261626B1
Application number: CS861797A
Authority: CS
Inventors: Kamil Doc Ing Csc Vrba; Vaclav Ing Michalek
Original assignee: Kamil Doc Ing Csc Vrba; Vaclav Ing Michalek
Priority date: 1986-03-15
Filing date: 1986-03-15
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS179786A1

Abstract

Zapojení se týká rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit. Podstatou řešení je, že k výstupu číslicově analogového převodníku s proudovým výstupem je připojen elektronický přepínač, který podle požadavku na polaritu výstupního napětí přepíná proudový výstup převodníku buď k převodníku proudu na napětí, za který je ještě zařazen invertující zesilovač, nebo přímo jen do sčítacího bodu invertujícího zesilovače, jež pracuje nyní jako prostý převodník proudu na napětí. Zapojení je s výhodou možno využít v měřicí technice a všude tam, kde je zapotřebí číslicově analogový převodník rozšířit o schopnost dodávat výstupní napětí obou polarit bez ztráty přesnosti.The connection concerns the extension of digital-analogue converter bit sign. The essence of the solution is that the output numerically analogue current converter the output is connected to an electronic switch, which according to the requirement of output polarity voltage switches current output converter to either the current converter to the voltage it is still inverting amplifier, or just to the addition point an inverting amplifier that works now as a simple current to voltage converter. The wiring can advantageously be used in measuring technology and wherever it is needed digital-to-analog converter extend by the ability to supply the output voltage of both polarities without loss of accuracy.

Description

Vynález se týká zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit.The invention relates to a circuit for extending a digital-to-analog converter with a sign bit.

Je známo několik zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit. První, velmi čašto používané zapojení, spočívá v stejnosměrném posunutí převodní charakteristiky převodníku tak, že nejvýznamnější bit převodníku je možno využít jako znaménkový bit. Nevýhoda tohoto zapojení spočívá ve snížení přesnosti převodu o 1 hit, což v přesných přístrojových aplikacích číslicově analogového· převodníku může být někdy na závadu.Several connections are known for extending the digital-to-analog converter with a sign bit. The first, very commonly used circuit, is to shift the transducer conversion characteristic so that the most significant bit of the transducer can be used as a sign bit. The disadvantage of this connection is that the conversion accuracy is reduced by 1 hit, which can sometimes be a malfunction in precision instrument applications of the DAC.

Pro méně přesný převod se užívá také zapojení, kdy proudový výstup číslicově analogového převodníku se převede nejprve na napětí pomocí vně připojeného rezistoru a pak se pomocí střídače, který musí vykazovat velký vstupní odpor, přidá znaménkový bit. Střídač je obvykle realizován pomocí dvou operačních zesilovačů 4 až 6 přesných rezistoru a z elektronického přepínače. Nedostatek tohoto zapojení vyplývá již z prvotní fáze převodu proudového výstupu na napěťový pomocí připojeného rezistoru. Aby nemohlo dojít ke zničení převodníku nevhodným provozem, není totiž výstup převodníku obvykle čistě proudový, ale je přemostěn rezistorem zaintegrovaným uvnitř vlastního převodníku. Odpor tohoto rezistoru je udáván s přesností cca + 15 %. Vně připojený rezistor pro převod proudu na napětí je s tímto vnitřním rezistorem spojen paralelně. Aby se vliv vnitřního rezlstoru uplatňoval co nejméně, doporučuje se volit odpor vně připojeného rezistoru cc· nejmenší. To však při omezených proudových schopnostech výstupu převodníku vede k nutnému přídavnému zesilování signálu v následném střídači a tím i k dalším přídavným chvbám. Mimo to se zapojení musí individuálně dostavovat pro každý kus číslicově analogového převodníku.For less accurate conversion, wiring is also used where the current output of the D / A converter is first converted to voltage via an external resistor and then a sign bit is added by means of an inverter that must have a large input resistance. The inverter is usually realized using two operational amplifiers of 4 to 6 precision resistors and an electronic switch. The lack of this connection results from the initial phase of the conversion of current output to voltage via a connected resistor. In order not to destroy the converter by improper operation, the output of the converter is usually not pure current, but is bridged by a resistor integrated inside the converter itself. The resistance of this resistor is given with an accuracy of approx. + 15%. An external resistor for the conversion of current to voltage is connected in parallel with this internal resistor. In order to minimize the influence of the internal resistor, it is recommended to select the resistance outside the connected resistor cc · the smallest. This, however, results in the necessary additional amplification of the signal in the subsequent inverter and thus additional additional moments due to the limited current capabilities of the converter output. In addition, the wiring must be individually adjusted for each analog-to-digital converter.

' Další zanojení spočívá v tom, že za standardní číslicově analogový převodník opatřený proudovým výstupem se nejprve zápolí převodník proudu na napětí s operačním zesilovačem a znaménkový bit se přidá až v následném elektronickém střídači. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že pro přesné aplikace je zapotřebí, z důvodu potlačení nežádoucích reálných vlastností elektronických SDínačů, užívat střídače osazené alespoň dvěma operačními zesilovači se čtvřimi až šesti velmi přesnými rezistory. To ovšem zvyšuje ekonomické nároky na celý převodník.Another concern is that after a standard digital-to-analog converter equipped with a current output, the current converter to voltage with the operational amplifier is first struck and the sign bit is added only in the subsequent electronic inverter. The disadvantage of this arrangement is that for accurate applications it is necessary to use inverters equipped with at least two operational amplifiers with four to six high-precision resistors in order to suppress the undesirable real properties of the electronic SD switches. However, this increases the economic demands on the entire converter.

‘ Poslední známé zápolení využívá proudového zrcadla s operačním zesilovačem, které je současně využíváno pro jednu polaritu výstupního napětí jako převodník proudu na napětí. Za proudové zrcadlo je zařazen převodník proudu na napětí s dalším operačním zesilovačem. Napěťový výstup proudového zrcadla a výstup převodníku proudu na napětí se přepínají podle požadované polarity výstupního napětí. Protože přepínání se provádí elektronickým přepínačem, je pro potlačení jeho nežádoucích reálných vlastností za přepínačem ještě zařazen tzv. impedanční transformátor s operačním zesilovačem. Nevýhoda tohoto zapojení je v použití tří operačních zesilovačů, čímž se zvyšují ekonomické nároky na realizaci.‘The last known struggle uses a current mirror with an operational amplifier, which is simultaneously used for one polarity of the output voltage as a current to voltage converter. A current to voltage converter with another operational amplifier is placed behind the current mirror. The current mirror voltage output and the current to voltage converter output are switched according to the desired output voltage polarity. Because switching is performed by an electronic switch, an impedance transformer with an operational amplifier is placed downstream of the switch to suppress its undesirable real properties. The disadvantage of this connection is the use of three operational amplifiers, which increases the economic demands on implementation.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit podle vynálezu, jehož podstatou je, že na výstup číslicově analogového převodníku s proudovým výstupem je připojen svým vstupem elektronický přepínač, jehož první výstup je spojen s invertujícím vstupem prvního operačního· zesilovače a druhý výstup s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače, když mezi invertující vstup prvního operačního zesilovače a jeho výstup je zapojen první zpětnovazební rezistor a neinvertující vstup prvního operačního zesilovače je spojen se společným vodičem, přičemž mezi výstup prvního operačního zesilovače a invertující vstup druhého· operačního zesilovače je zapojen rezistor, mezi ínvertující vstup druhého operačního zesilovače a jeho výstup je zapojen druhý zpětnovazební rezistor, když neinvertující vstup druhého operačního zesilovače je spojen se společným vodičem a jeho výstup s výstupní svorkou.The drawbacks of the invention are largely eliminated by the sign bit extension of the analog-to-analog converter according to the invention, which is connected to the output of the current-to-analog converter with its input connected to an electronic switch whose first output is connected to the inverting input of the first opamp and a second output with inverting input of the second opamp when the first feedback resistor is connected between the inverting input of the first opamp and its output and the non-inverting input of the first opamp is coupled to the common conductor, between the output of the first opamp and the inverting input of the second opamp a resistor is connected between the inverting input of the second opamp and its output is connected to a second feedback resistor when the non-inverting input of the second opamp It is connected to the common conductor and its output to the output terminal.

Výhody zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit podle vynálezu spočívají zejména v tom, že elektronický přepínač přepíná přímo proudový výstup číslicově analogového převodníku a proto se neuplatňují nežádoucí reálné vlastnosti elektronického přepínače, jako je zbytkový odpor přepínače v sepnutém stavu a změny toho zbytkového odporu v závislosti na teplotě či na protékajícím proudu. Protože elektronický přepínač připojuje proudový výstup číslicově analogového převodníku střídavě k tzv. virtuální zemi prvního nebo druhého operačního zesilovače, nemůže se příliš uplatnit ani vliv vnitřního ochranného rezistoru, kterým je přemostěn proudový výstup číslicově analogového převodníku. Další výhodou je. že ekonomické nároky na realizaci při vyšším Účinku jsou srovnatelné nebo i nižší než u stávajících způsobů. K realizaci dostačují dva operační zesilovače a tři přesné rezistory.The advantages of wiring for the extension of a digital-to-analog converter with a sign bit according to the invention are in particular that the electronic switch directly switches the current output of the digital-to-analog converter. depending on temperature or current flow. Since the electronic switch connects the current output of the digital-to-analog converter alternately to the so-called virtual ground of the first or second operational amplifier, the influence of the internal protective resistor, bypassing the current output of the digital-to-analog converter. Another advantage is. that the economic demands for realization at a higher Effect are comparable or even lower than the existing methods. Two operational amplifiers and three precision resistors are sufficient.

Vynález bude v dalším blíže popsán podle přiloženého výkresu, na němž je znázorněno 9Chéma zapojení příkladného provedení zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit podle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which: FIG.

¹ K výstupu číslicově analogového převodníku 1 s proudovým výstupem je připojen svým vstupem elektronický přepínač 2, je261626 hož první výstup je spojen s invertujícím Vstupem prvního operačního zesilovače 4 a 'druhý výstup s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače 7. Mezí invertující vstup prvního operačního zesilovače 4 a jeho výstup je zapojen první zpětnovazební rezistor 3. Neinvertující vstup prvního operačního zesilovače 4 je přitom spojen se společným vodičem 9. Mezi výstup prvního operačního zesilovače 4 a Invertující Vstup druhého operačního zesilovače 7 je zapojen rezistor 5 a dále mezi invertující Vstup druhého operačního zesilovače 7 a jeho výstup je zapojen druhý zpětnovazební rezistor 6. Přitom neinvertující vstup druhého operačního zesilovače 7 je spojen se společným vodičem 9 a jeho výstup s výstupní svorkou 8. ¹ An electronic switch 2 is connected to the output of the analog-to-analog converter 1 with its current output, it is 261626 as the first output is connected to the inverting input of the first operational amplifier 4 and the second output to the inverting input of the second operational amplifier. and its output is connected to the first feedback resistor 3. The non-inverting input of the first operational amplifier 4 is connected to the common conductor 9. Between the output of the first operational amplifier 4 and the inverting input of the second operational amplifier 7 and its output is connected to the second feedback resistor 6. The non-inverting input of the second operational amplifier 7 is connected to the common conductor 9 and its output to the output terminal 8.

¹ V činnosti se přivede na číslicové vstupy číslicově analogového převodníku 1 s proudovým výstupem kódová kombinace D odpovídající absolutní hodnotě převáděného signálu. Požadavek na polaritu signálu Z se zavede na řídicí vstup elektronického přepínače 2. Při provozu se předpokládá, že odpor prvního i druhého zpětnovazebního rezlstoru 3, 6 a rezistoru 5 je shodný. Jestliže bude nejprve elektronický přepínač 2 pomocí signálu Z přivedeného na jeho řídicí vstup přepnut tak, že výstup číslicově analogového převodníku 1 je připojen na invertující vstup prvního operačního zesilovače 4, dostaneme na výstupu tohoto operačního zesilovače napětí úměrné vstupní kódové kombinaci D. Protože však za tímto operačním zesilovačem je zapojen ještě tzv. invertující zesilovač tvořený rezistorem 5, druhým zpětnovazebním rezistorem 6 a druhým operačním zesilovačem 7, bude napětí na výstupní svorce 8 vztažené vůči společnému vodiči 9 navíc invertováno. Po· přepnutí elektronického spínače 2 do druhé polohy pomocí signálu Z, je výstup číslicově analogového převodníku 1 připojen k invertujícímu vstupu druhého operačního zesilovače 7. Protože první operační zesilovač 4 není nyní buzen, je na jeho výstupu nulové napětí a do činnosti ho proto není hutno započítávat. Druhý operační zesilovač 7 společně s druhým zpětnovazebním rezitorem 6 slouží ted jako převodník proudu na napětí, takže napětí na výstupní svorce 8 vztažené vůči společnému vodiči 9 nebude v tomto případě invertováno. ¹ In operation, a code combination D corresponding to the absolute value of the signal to be converted is applied to the digital inputs of the D / A converter 1 with current output. The polarity requirement of the signal Z is applied to the control input of the electronic switch 2. In operation, it is assumed that the resistance of the first and second feedback resistors 3, 6 and the resistor 5 are identical. If the electronic switch 2 is first switched by means of a signal Z applied to its control input so that the output of the digital-to-analog converter 1 is connected to the inverting input of the first operational amplifier 4, we get a voltage proportional to the input code combination. an inverting amplifier consisting of a resistor 5, a second feedback resistor 6 and a second operational amplifier 7 is connected to the operational amplifier, and the voltage at the output terminal 8 relative to the common conductor 9 is additionally inverted. After switching the electronic switch 2 to the second position by means of the Z signal, the output of the digital-to-analog converter 1 is connected to the inverting input of the second operational amplifier 7. Since the first operational amplifier 4 is not excited now, its output is zero. count. The second operational amplifier 7 together with the second feedback resistor 6 now serves as a current to voltage converter, so that the voltage at the output terminal 8 relative to the common conductor 9 will not be inverted in this case.

Zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit podle vynálezu je možno aplikovat všude tam, kde je zapotřebí sériově vyrábět číslicově analogový převodník rozšířit o schopnost dodávat výstupní napětí obou polarit bez ztráty přesnosti.The circuit for extending the digital-to-analog converter with a sign bit according to the invention can be applied wherever it is necessary to produce the digital-to-analog converter in series with the ability to supply the output voltage of both polarities without loss of accuracy.

Zejména lze zapojení pro rozšíření číslicově analogového převodníku o znaménkový bit podle vynálezu využít v měřicí a přístrojové technice, například pro získání obou polarit signálu u číslicově řízeného zdroje ss. napětí, nebo pro doplnění signálu o znaménkový bit v číslicově řízených generátorech tvarových kmitů, či jako stavební prvek analogově číslicových převodníků.In particular, the circuit for extending the digital-to-analog converter with a sign bit according to the invention can be used in measuring and instrumentation technology, for example, to obtain both signal polarities in a digital-controlled DC power supply. voltage, or to add a signal bit to the signal in digitally controlled waveform generators, or as a component of analog-to-digital converters.

Claims

Subject

A circuit for extending a digital-to-analog converter with a sign bit, characterized in that the output of the digital-to-analog converter (1) with current output is connected by its input to an electroPic switch (2), the first output of which is connected to the inverting input of the first operational amplifier (4) and whose second output is coupled to the inverting input of the second operational amplifier (7) when the inverting input of the first operational amplifier (4) and its output is connected to the first feedback resistor (3) while non-inverting

BACKGROUND OF THE INVENTION the input of the first operational amplifier (4) is connected to a common conductor (9J), a resistor (5j) is connected between the output of the first operational amplifier (4) and the inverting input of the second operational amplifier (7). J and its output is connected to a second feedback resistor (6J) when the non-inverting input of the second operational amplifier (7) is coupled to the common conductor (9) and its output is coupled to the output terminal (8J).