RU218504U1

RU218504U1 - Параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение повышенной точности с резистивной матрицей на весовых резисторах

Info

Publication number: RU218504U1
Application number: RU2022127413U
Authority: RU
Inventors: Сергей Ильич Зиатдинов
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-05-29

Abstract

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при цифровой обработке сигналов для преобразования цифрового двоичного кода в напряжение повышенной точности. Техническим результатом полезной модели является повышение точности преобразования двоичного кода в напряжение. Указанный результат достигается тем, что в параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение дополнительно введены соединенный с R-S триггерами n-входовой логический сумматор, источник отрицательного эталонного напряжения, который соединен с весовым резистором с сопротивлением, равным удвоенному сопротивлению весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, а также двухпозиционный электронный ключ, подключенный к дополнительному весовому резистору. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при цифровой обработке сигналов для преобразования цифрового двоичного кода в напряжение повышенной точности.

Известен параллельный цифроаналоговый преобразователь код-напряжение на основе резистивной матрицы типа R-2R (Гитис Э.И., Пискунов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат, 1981. С. 210, рис. 6.1,б).

Устройство предназначено для преобразования двоичного кода в однополярное напряжение. Преобразователь содержит n R-S триггеров, п-разрядную резистивную матрицу типа R-2R, n двухпозиционных электронных ключей; сумматор напряжений и источник эталонного напряжения. Выходы R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционных электронных ключей; источник эталонного напряжения соединен с входом подачи эталонного напряжения резистивной матрицы R-2R; нормально замкнутые контакты двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», а нормально разомкнутые контакты двухпозиционных электронных ключей соединены с выходом источника эталонного напряжения; входы S триггеров служат для подачи преобразуемого двоичного кода.

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразования двоичного кода в напряжение.

Известен последовательный преобразователь двоичного кода в напряжение (Гитис Э.И., Пискунов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат, 1981. С. 214, рис. 6.3,а).

Основными элементами устройства являются R-S триггер, электронный ключ, аналоговый сумматор, источник эталонного напряжения и аналоговое запоминающее устройство. Выход R-S триггера соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора; второй вход аналогового сумматора соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом аналогового сумматора; выход источника эталонного напряжения соединен с сигнальным входом электронного ключа; установочный вход S триггера служит для последовательной подачи преобразуемого двоичного кода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах (Гитис Э.И., Пискунов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Энергоиздат, 1981. С. 210, рис. 6.1,а).

Устройство предназначено для преобразования двоичного кода в напряжение. Преобразователь содержит n R-S триггеров, n -разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах, n двухпозиционных электронных ключей; сумматор эталонных токов и источник положительного эталонного напряжения. Выходы n R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей; источник положительного эталонного напряжения соединен одновременно со всеми резисторами резистивной матрицы на весовых резисторах; нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», а нормально разомкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с входом сумматора эталонных токов; входы S триггеров служат для подачи преобразуемого двоичного кода.

Основная задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в разработке параллельного преобразователя, обладающего высокой точностью преобразования двоичного кода в напряжение. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является высокая точность преобразования двоичного кода в напряжение.

Указанный технический результат достигается тем, что параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах, включающий n R-S триггеров, источник положительного эталонного напряжения, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах, n двухпозиционных электронных ключей, сумматор эталонных токов, выходы n R-S триггеров соединены с соответствующими управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей, нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с входом сумматора эталонных токов, выход источника положительного эталонного напряжения соединен одновременно со всеми весовыми резисторами n -разрядной резистивной матрицы, дополнительно содержит n-входовой логический сумматор, источник отрицательного эталонного напряжения, весовой резистор с сопротивлением, равным удвоенному сопротивлению весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, и двухпозиционный электронный ключ, выходы n R-S триггеров соединены с соответствующими входами n-входового логического сумматора, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного электронного ключа, выход источника отрицательного эталонного напряжения соединен с весовым резистором, который подключен к первому входу двухпозиционного электронного ключа, нормально замкнутые контакты двухпозиционного электронного ключа соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты двухпозиционного электронного ключа соединены с входом сумматора эталонных токов, входы преобразователя d₁, …, d_n являются входами подачи преобразуемого двоичного кода, выход сумматора эталонных токов является выходом преобразователя.

Поставленный технический результат достигается за счет введения дополнительных блоков и связей между ними, что позволяет получить высокую точность преобразования двоичного кода в напряжение.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что у аналогов отсутствует совокупность признаков, тождественных признакам заявляемого устройства «Параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение повышенной точности с резистивной матрицей на весовых резисторах». Следовательно, заявляемое устройство соответствует условию «новизна».

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого устройства, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, представленным на фиг. 1.

Параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение повышенной точности с резистивной матрицей на весовых резисторах, включающий n R-S триггеров 1-1, …, 1-n, источник положительного эталонного напряжения 2, n-входовой логический сумматор 3, источник отрицательного эталонного напряжения 4, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах 5-1, …, 5-n, весовой резистор 6 с сопротивлением, равным удвоенному сопротивлению весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n, двухпозиционный электронный ключ 8, сумматор эталонных токов 9, выходы n R-S триггеров 1-1, …, 1-n, одновременно соединены с соответствующими управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n и с входами n-входового логического сумматора 3, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного электронного ключа 8, выход источника отрицательного эталонного напряжения 4 соединен с весовым резистором 6, который подключен к первому входу двухпозиционного электронного ключа 8, нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n соединены с входом сумматора эталонных токов 9. Входы преобразователя d₁, …, d_n являются входами подачи преобразуемого двоичного кода, выход сумматора эталонных токов является выходом преобразователя.

В качестве R-S-триггеров используют микросхему К555ТР2, в качестве электронных двухпозиционных ключей - микросхему К561КТ3, в качестве сумматора эталонных токов - микросхему К140УД7, в качестве логического сумматора микросхему К155ЛЕ2 [1, 2].

В цифровых системах обработки сигналов важнейшими элементами являются аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи. В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) входное напряжение преобразуется в двоичный цифровой код, в цифроаналоговом преобразователе (ПАП) происходит обратный процесс преобразования двоичного кода в напряжение. Минимальные ошибки такого двойного преобразования возможны при совпадении характеристик обоих преобразователей. На фиг. 2 показана типовая статическая характеристика АЦП (В.А. Бесекерский (Цифровые системы автоматического управления. М.: Наука, 1976, рис. 2.3, а), где Δ_АЦП=0,55δ_АЦП цена единицы младшего разряда АЦП. При этом δ_АЦП - шаг квантования входного напряжения. На фиг. 3 изображена статическая характеристика прототипа (ЦАП), где Δ_ЦАП=δ_ЦАП цена единицы младшего разряда ЦАП. При этом δ_ЦАП - шаг квантования выходного напряжения. Из представленных характеристик следует, что единице младшего разряда АЦП соответствует входное напряжение 0,5δ_АЦП. В то же время единице входного кода ЦАП соответствует выходное напряжение δ_ЦАП. То есть цена единицы младшего разряда АЦП Δ_АЦП не равна цене единицы младшего разряда ЦАП Δ_ЦАП. Данное отличие статических характеристик преобразователей приводит к неизбежным ошибкам цифровой обработки. Для устранения возникающих ошибок необходимо обеспечить равенство указанных характеристик, то есть, чтобы единице входного кода ЦАП соответствовало выходное напряжение 0,5δ_ЦАП. На фиг. 4 показана желаемая статическая характеристика ЦАП.

Параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение повышенной точности с резистивной матрицей на весовых резисторах работает следующим образом. Входной двоичный код d₁, …, d_n подается на соответствующие установочные входы S триггеров 1-1, …, 1-n и фиксируется в них. Положительное напряжение источника эталонного напряжения 2 одновременно поступает на все резисторы n-разрядной резистивной матрицы с весовыми резисторами 5-1, …, 5-n. Одновременно с выходов Q₁, …, Q_n n R-S триггеров 1-1, …, 1-n напряжения, соответствующие преобразуемому коду, подаются на управляющие входы двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n и соответствующие входы n-входового логического сумматора 3.

При низком напряжении на управляющих входах n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n контакты 1 и 3 замкнуты, а контакты 1 и 2 разомкнуты, при высоком напряжении контакты 1 и 2 замыкаются, а контакты 1-3 размыкаются. Протекающие через весовые резисторы эталонные токи через замкнувшиеся контакты n двухпозиционных электронных ключей 7-1, …, 7-n поступают на вход сумматора эталонных токов 9, который преобразует сумму втекающих эталонных токов в однозначно связанное с преобразуемым двоичным кодом положительное выходное напряжение. При этом, если на всех информационных входах d₁-d_n n R-S триггеров 1-1, …, 1-n напряжения низкого уровня (логические нули, входной двоичный код 000…0₂), то на выходе n-входового логического сумматора 3 устанавливается напряжение низкого уровня (логический ноль) и контакты 1 и 3 двухпозиционного электронного ключа 8 замкнуты, а контакты 1 и 2 разомкнуты. Если хотя бы на одном информационном входе d₁-d_n n R-S триггеров 1-1, …, 1-n напряжение высокого уровня (логическая единица, входной двоичный код отличен от нуля), то на выходе n-входового логического сумматора 3 устанавливается напряжение высокого уровня (логическая единица) и контакты 1 и 2 двухпозиционного электронного ключа 8 замыкаются, а контакты 1 и 3 размыкаются. В результате от источника отрицательного эталонного напряжения 4 через весовой резистор 6 протекает эталонный ток, меньший в два раза по модулю и противоположный по знаку эталонному току младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, который через замкнутые контакты 1 и 2 двухпозиционного электронного ключа 8 поступает на вход n двухпозиционных электронных ключ 7-1, …, 7-n. Таким образом, осуществляется смещение статической характеристики цифроаналогового преобразователя на величину половины цены единицы младшего разряда рассматриваемого преобразователя 0,55_ЦАП, то есть обеспечивается равенство цены единицы АЦП и ЦАП в составе цифрового устройства обработки сигналов.

В результате предложенный параллельный преобразователь позволяет повысить точность преобразования двоичного кода в напряжение по сравнению с прототипом.

Повышение точности преобразования двоичного кода в напряжение достигается за счет того, что в составе преобразователя имеется n-входовой логический сумматор 3, источник отрицательного эталонного напряжения 4, весовой резистора 6 с сопротивлением, вдвое большем сопротивления весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы и двухпозиционный электронный ключ 8.

Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое устройство и прототип, позволяют сделать вывод о том, что заявляемое устройство обеспечивает возможность преобразователя двоичного кода в напряжение повышенной точности.

Приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленной модели выполняются следующие условия:

средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в вычислительной технике, а именно в цифровых устройствах обработки сигналов;

для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное устройство соответствует условию «промышленная применимость». Источники информации:

1. Зиатдинов С.И., Суетина Т.Α., Поваренкин Н.В. Схемотехника телекоммуникационных устройств. Учебник. М: Академия, 2016.

2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988.

Claims

Параллельный преобразователь двоичного кода в напряжение повышенной точности с резистивной матрицей на весовых резисторах, включающий n R-S триггеров, источник положительного эталонного напряжения, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах, n двухпозиционных электронных ключей, сумматор эталонных токов, выходы n R-S триггеров соединены с соответствующими управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей, первые входы которых соединены с соответствующими выходами весовых резисторов n-разрядной резистивной матрицы, нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с входом сумматора эталонных токов, выход источника положительного эталонного напряжения соединен одновременно со всеми весовыми резисторами n-разрядной резистивной матрицы на весовых резистора, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит n-входовой логический сумматор, источник отрицательного эталонного напряжения, весовой резистор с сопротивлением, равным удвоенному сопротивлению весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, и двухпозиционный электронный ключ, выходы n R-S триггеров соединены с соответствующими входами n-входового логического сумматора, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного электронного ключа, выход источника отрицательного эталонного напряжения соединен с весовым резистором с сопротивлением, равным удвоенному сопротивлению весового резистора младшего разряда n-разрядной резистивной матрицы на весовых резисторах, который подключен к первому входу двухпозиционного электронного ключа, нормально замкнутые контакты двухпозиционного электронного ключа соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты электронного ключа соединены с входом сумматора эталонных токов, входы преобразователя d₁, …, d_n являются входами подачи преобразуемого двоичного кода, выход сумматора эталонных токов является выходом преобразователя.