Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей R-2R

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована при цифровой обработке сигналов для преобразования цифрового двоичного кода в двухполярное напряжение.
Известен параллельный цифроаналоговый преобразователь код-напряжение на основе резистивной матрицы 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 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 с 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.
Недостатком данного устройства является невозможность получения разнополярного выходного напряжения.
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.
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, б).
Устройство предназначено для преобразования двоичного кода в однополярное напряжение. Преобразователь содержит n R-S триггеров, источник эталонного напряжения, n двухпозиционных электронных ключей, n-разрядную резистивную матрицу R-2R и сумматор напряжений, выходы n R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей, источник эталонного напряжения соединен с нормально разомкнутыми контактами n двухпозиционных электронных ключей, нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», выходы n двухпозиционных электронных ключей соединены с входами n-разрядной резистивной матрицы R-2R, выход которой соединен с входом сумматора напряжений, входы S триггеров служат для подачи преобразуемого двоичного кода.
Недостатками данного устройства является невозможность получения разнополярного выходного напряжения.
Основная задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании параллельного преобразователя код-напряжение.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является двухполярное выходное напряжение.
зн
1
n
зн
Указанный технический результат достигается тем, что параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей R-2R, включающий n R-S триггеров, источник эталонного напряжения, n двухпозиционных электронных ключей, n-разрядную резистивную матрицу R-2R и сумматор напряжений, выходы n R-S триггеров соединены соответственно с управляющими входами n двухпозиционных электронных ключей, источник эталонного напряжения соединен с нормально разомкнутыми контактами n двухпозиционных электронных ключей, нормально замкнутые контакты n двухпозиционных электронных ключей соединены с «землей», выходы n двухпозиционных электронных ключей соединены с входами n-разрядной резистивной матрицы R-2R, выход которой соединен с входом сумматора напряжений, дополнительно содержит  аналоговый инвертор, первый аналоговый ключ, второй аналоговый ключ, аналоговый сумматор и логический инвертор, выход сумматора напряжений соединен одновременно с входом аналогового инвертора и сигнальным входом второго аналогового ключа, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора, выход логического инвертора соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, выход которого соединении с первым входом аналогового сумматора, вход dзнакового разряда одновременно соединен с управляющим входом второго аналогового ключа и входом логического инвертора, входы преобразователя d,…, dявляются входами подачи преобразуемого двоичного кода, вход dслужит для подачи знакового разряда, выход аналогового сумматора 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.
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 R-2R». 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 R-2R включает n R-S триггеров 1-1,…,1-n, источник эталонного напряжения 2, n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…,3-n, n-разрядную резистивную матрицу R-2R 4-1,…,4-(2n+1),  сумматор напряжений 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 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n; нормально разомкнутые контакты 1 и 2 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n соединены с источником эталонного напряжения 2, нормально замкнутые контакты 1 и 3 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n соединены с «землей», контакты 1 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n соединены соответственно с резисторами 4-1,…, 4-n n-разрядной резистивной матрицы R-2R 4-1,…,4-(2n+1), выход n-разрядной резистивной матрицы R-2R 4-1,…,4-(2n+1) соединен с входом сумматора напряжений 5, выход которого одновременно соединен с входом аналогового инвертора 6 и сигнальным входом второго аналогового ключа 9, выход которого соединен со вторым входом аналогового сумматора 10, выход аналогового инвертора 6 соединен с сигнальным входом первого аналогового ключа 7, выход аналогового ключа 7 соединении с первым входом аналогового сумматора 10, вход знакового разряда d одновременно соединен с управляющим входом второго аналогового ключа 9 и входом логического инвертора 8, выход которого соединен с управляющим входом первого аналогового ключа 7, входы преобразователя d,…, dявляются входами подачи преобразуемого двоичного кода, выход аналогового сумматора 10 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].
Параллельный преобразователь двоичного кода в двухполярное напряжение с резистивной матрицей R-2R работает следующим образом.
В исходном состоянии до начала процесса преобразования положительное напряжение источника эталонного напряжения 2 поступает на нормально разомкнутые контакты 1 и 2 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n, а через нормально замкнутые контакты 1 и 3 n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n на резисторы 4-1,…, 4-n n-разрядной резистивной матрицы R-2R 4-1,…,4-(2n+1) поступает нулевое напряжение с «земли».
1
n
зн
В процессе преобразования входной двоичный код d,…,d подается на соответствующие установочные входы S n R-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. Сигналами с выходов Q1,…, Qn n R-S триггеров 1-1,…,1-n осуществляется переключение n двухпозиционных электронных ключей 3-1,…, 3-n. При логической единице на выходе R-S триггера замыкаются контакты 1 и 2 электронного ключа и напряжение источника эталонного напряжения 2 поступает на соответствующий вход n разрядной резистивной матрицей R-2R 4-1,…, 4-n. При логическом нуле на выходе R-S триггера контакты 1 и 2 соответствующего электронного ключа размыкаются и замыкаются контакты 1 и 3. При этом нулевое напряжение «земли» поступает на соответствующий вход n разрядной резистивной матрицей R-2R 4-1,…, 4-n. Результирующее напряжение с выхода n разрядной резистивной матрицей R-2R 4-1,…, 4-n поступает на вход сумматора напряжений 5, с выхода которого одновременно подается на вход логического инвертора 6 и сигнальный вход второго аналогового ключа 9. С выхода аналогового инвертора 6 инвертированное выходное напряжение поступает на сигнальный вход первого аналогового ключа 7.
зн
зн
При положительном преобразуемом числе, когда d=0, на выходе логического инвертора 8 устанавливается напряжение высокого уровня, под действием которого открывается аналоговый ключ 7 и с его выхода положительное выходное напряжение поступает через аналоговый сумматор 10 на выход преобразователя. При отрицательном преобразуемом числе, когда d=1, на выходе логического инвертора 8 устанавливается напряжение низкого уровня. В результате закрывается аналоговый ключ 7, открывается аналоговый ключ 9 и с его выхода отрицательное напряжение поступает через аналоговый сумматор 10 на выход преобразователя.
В результате предложенный преобразователь позволяет получать как положительное, так и отрицательное выходное напряжение 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 выходное напряжение преобразователя.
Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое устройство и прототип, позволяют сделать вывод о том, что заявляемое устройство обеспечивает возможность формирования на выходе преобразователя двухполярного напряжения.
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, принятые во внимание:
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.