Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при цифровой обработке сигналов для преобразования цифрового двоичного кода в двухполярное напряжение с увеличенным динамическим диапазоном.
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, n-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 со 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.
Недостатками данного устройства является невозможность получения разнополярного выходного напряжения и малый динамический диапазон преобразования (маленькое отношение диапазона выходного напряжения к цене единицы младшего разряда).
Известен последовательный преобразователь двоичного кода в однополярное 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.
Недостатками данного устройства являются низкое быстродействие, невозможность получения разнополярного выходного напряжения и малый динамический диапазон преобразования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является параллельный преобразователь двоичного кода в однополярное напряжение (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 однополярное напряжение. Преобразователь содержит n R-S триггеров, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах , n двухпозиционных электронных ключей; сумматор эталонных токов и источник эталонного напряжения. Выходы R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционных электронных ключей; источник эталонного напряжения соединен со входом подачи эталонного напряжения резистивной матрицы на весовых резисторах; нормально замкнутые контакты двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», а нормально разомкнутые контакты двухпозиционных электронных ключей соединены со входом сумматора эталонных токов; входы S триггеров служат для подачи преобразуемого двоичного кода.
Недостатками данного устройства является невозможность получения разнополярного выходного напряжения и малый динамический диапазон преобразования.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в разработке параллельного преобразователя код-напряжение.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является получение двухполярного выходного напряжения на выходе устройства и увеличение динамического диапазона преобразования.
зн
1
n
зн
Указанный технический результат достигается тем, что параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах, включающий n R-S триггеров, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах, n двухпозиционных электронных ключей, сумматор эталонных токов и источник эталонного напряжения, выходы R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционных электронных ключей; нормально замкнутые контакты двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты электронных ключей соединены со входом сумматора эталонных токов, дополнительно содержит аналоговый инвертор, первый аналоговый ключ, второй аналоговый ключ, аналоговый сумматор и логический инвертор, выход источника эталонного напряжения соединен одновременно со входом аналогового инвертора и сигнальным входом второго аналогового ключа, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора, выход первого аналогового ключа соединении с первым входом аналогового сумматора, выход которого одновременно соединен со всеми резисторами резистивной матрицы на весовых резисторах, вход знакового разряда d одновременно соединен с управляющим входом первого аналогового ключа и входом логического инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго аналогового ключа, при этом входы преобразователя d,…, dявляются входами подачи преобразуемого двоичного кода, вход dслужит для подачи знакового разряда, выход сумматора эталонных токов является выходом преобразователя.
Поставленный технический результат достигается за счет введения дополнительных блоков и связей между ними, что позволяет получить как положительное, так и отрицательное выходное напряжение преобразователя, и в два раза повысить динамический диапазон преобразования.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что у аналогов отсутствует совокупность признаков, тождественных признакам заявляемого устройства «Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение 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.
1
n
зн
1
n
Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах включает n R-S триггеров 1-1,…,1-n, n-разрядную резистивную матрицу на весовых резисторах 2-1,…,2-n, n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…,3-n, сумматор эталонных токов 4, источник эталонного напряжения 5, аналоговый инвертор 6, первый аналоговый ключ 7, логический инвертор 8, второй аналоговый ключ 9, аналоговый сумматор 10, выходы Q,…, Q R-S триггеров 1-1,…,1-n соединены соответственно с управляющими входами двухпозиционных электронных ключей 3-1,…,3-n; нормально замкнутые контакты 1 и 3 двухпозиционных электронных ключей 3-1,…,3-n соединены с «землей», нормально разомкнутые контакты 1 и 2 двухпозиционных электронных ключей 3-1,…,3-n соединены со входом сумматора эталонных токов 4, выход источника эталонного напряжения 5 соединен одновременно со входом аналогового инвертора 6 и сигнальным входом второго аналогового ключа 9, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора 10, выход первого аналогового ключа 7 соединении с первым входом аналогового сумматора 10, выход которого одновременно соединен со всеми резисторами резистивной матрицы на весовых резисторах 2-1,…,2-n, вход знакового разряда d одновременно соединен с управляющим входом первого аналогового ключа 7 и входом логического инвертора 8, выход которого соединен с управляющим входом второго аналогового ключа 9, входы преобразователя d,…, dявляются входами подачи преобразуемого двоичного кода, выход сумматора эталонных токов 4 является выходом преобразователя.
В качестве R-S- триггеров используют микросхему К555ТР2, в качестве аналогового инвертора - микросхему К140УД7, в качестве логических ключей – микросхему К561КТ3, в качестве аналогового сумматора – микросхему К140УД7, в качестве сумматора эталонных токов – микросхему К140УД7, в качестве логического инвертора – микросхему К155ЛН1 [1], [2].
1
n
зн
Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей на весовых резисторах работает следующим образом. Входной двоичный код d,…,d подается на соответствующие установочные входы S триггеров 1-1,…,1-n и фиксируется в них. При положительном значении преобразуемого числа на знаковом входе dпреобразователя устанавливается логический ноль, при отрицательном числе – логическая единица.
зн
1
n
Положительное напряжение источника эталонного напряжения 5 одновременно поступает на вход аналогового инвертора 6 и на сигнальный вход второго аналогового ключа 9. После инвертирования отрицательное эталонное напряжение подается на сигнальный вход первого аналогового ключа 7. При положительном преобразуемом числе, когда d=0, на выходе логического инвертора 8 устанавливается напряжение высокого уровня, под действием которого открывается второй аналоговый ключ 9 и с его выхода положительное эталонное напряжение поступает одновременно на все весовые резисторы резистивной матрицы на весовых резисторах 2-2,…, 2-n. Одновременно с выходов Q,…, Q R-S триггеров 1-1,…,1-n напряжения, соответствующие преобразуемому коду, подаются на управляющие входы двухпозиционных аналоговых ключей 3-1,…,1-n. При низком напряжении на управляющих входах двухпозиционных аналоговых ключей 3-1,…,1-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 двухпозиционных аналоговых ключей 3-1,…,1-n поступают на вход сумматора эталонных токов 4, который преобразует сумму втекающих эталонных токов в однозначно связанное с преобразуемым двоичным кодом положительное выходное напряжение.
зн
1
n
При отрицательном преобразуемом числе, когда d=1, на выходе логического инвертора 8 устанавливается напряжение низкого уровня. В результате закрывается второй аналоговый ключ 9, открывается первый аналоговый ключ 7 и с его выхода отрицательное эталонное напряжение поступает одновременно на все весовые резисторы резистивной матрицы на весовых резисторах 2-2,…, 2-n. Одновременно с выходов Q,…, Q R-S триггеров 1-1,…,1-n напряжения, соответствующие преобразуемому коду, подаются на управляющие входы двухпозиционных аналоговых ключей 3-1,…,1-n. Протекающие через весовые резисторы эталонные токи через замкнувшиеся контакты двухпозиционных аналоговых ключей 3-1,…,1-n поступают на вход сумматора эталонных токов 4, который преобразует сумму втекающих эталонных токов в однозначно связанное с преобразуемым двоичным кодом отрицательное выходное напряжение.
В результате предложенный преобразователь позволяет получать как положительное, так и отрицательное выходное напряжение и тем самым увеличить в два раза динамический диапазон преобразования по сравнению с прототипом.
Преобразование двоичного кода в двухполярное напряжение достигается за счет того, что в составе преобразователя имеется аналоговый инвертор, позволяющий сформировать как положительное, так и отрицательное эталонные напряжения.
Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое устройство и прототип, позволяют сделать вывод о том, что заявляемое устройство обеспечивает возможность формирования на выходе преобразователя двухполярного напряжения и увеличивает в два раза динамический диапазон преобразования.
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.А., Поваренкин Н.В. Схемотехника телекоммуникационных устройств. Учебник. М: Академия, 2016.
2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988.