Моделирование параллельного нониусного цифроаналогового преобразователя первого типа

Цифроаналоговые преобразователи широко и эффективно используются в радиоэлектронной аппаратуре различного назначения, когда необходимо преобразование цифрового кода управления в аналоговый параметр – ток или напряжение. Их используют, в том числе, и в цифроаналоговых синтезаторах частоты для получения требуемой формы огибающей синтезируемого сигнала. В настоящее время основными проблемами при построении прецизионных и (или) быстродействующих цифроаналоговых преобразователей являются технологические ограничения производства, а именно конечная точность реализации аналоговых элементов. Поэтому актуален структурный метод преодоления технологических ограничений.

Цель настоящей работы заключается в проведении сравнительного анализа классических методов цифроаналогового преобразования на основе матрицы R-2R и в обосновании нового подхода к идеологии цифроаналогового преобразования и построению цифроаналоговых преобразователей повышенной точности и (или) быстродействия.

Решение проблемы заключается в увеличении числа опорных сигналов на входах парциальных цифроаналоговых преобразователей при безусловном обеспечении их жесткого дробно-кратного (нониусного) соотношения. При этом сопряжение нониусных шкал необходимо производить в одной точке и на постоянном токе. Точность сопряжения шкал должна соответствовать конечной точности цифроаналогового преобразования.

Новизна и оригинальность предлагаемого метода подтверждена теоретическими расчетами, структурным и схемотехническим моделированием, натурным моделированием, а также патентами России и США.

Возможность практической реализации новой структуры цифроаналогового преобразователя подтверждены схемотехническим моделированием с помощью пакета Microcap12 и натурным макетированием, которые подтвердили корректность предлагаемого метода.

Предлагаемое решение позволяет обойти технологические ограничения на потенциально достижимую точность преобразования при производстве микросхем ЦАП и обеспечивает качественно новые возможности техники цифроаналогового преобразования.

1. Никитин Ю.А. Теория цифроаналогового синтеза частот с помощью конечных автоматов. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2024. 342 с.

2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: справочник. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. 512 с.

3. Потоцкий А.П., Сафьянников Н.М., Смолов В.Б., Угрюмов Е.П. Преобразователь код-аналог. Патент на изобретение СССР № 1508347 А1 от 08.12.1986. Опубл. 20.03.1999.

4. Смолов В.Б., Угрюмов Е.П., Герасимов И.В., Рачев Б.Д., Фархи О.А. Элемент с цифро-управляемой проводимостью. Патент на изобретение СССР № 1182543 А1 от 26.04.1984. Опубл. 30.09.1985.

5. Федорков Б.Г., Телец В.П. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М.: Энергомашиздат, 1990. 320 с.

6. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: ЭНЕРГОИЗДАТ, 1981. 247 с.

7. Марцинкявичус А.-Й. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров. М.: Радио и связь, 1988. 224 с.

8. Смолов В.Б. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации. Л.: Энергия, 1976. 336 с.

9. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, 1981. 248 с.

10. Никитин Ю.А. Способ нониусного цифроаналогового преобразования. Патент на изобретение RU 2703228 C1 от 18.03.2019. Опубл. 15.10.2019. EDN: VEPXBS

11. Nikitin Y.A. Method of vernier digital-to-analog conversion. Patent USA, no. 11,689,212 B2, 23.06.2022.

12. Никитин Ю.А. Способ нониусного цифроаналогового преобразования. Патент на изобретение RU 2726911 C1 от 02.07.2019. Опубл. 16.07.2020. EDN:NXAXDF

13. Nikitin Y.A. Method of vernier digital-to-analog conversion. Patent USA, no. 11,736,117 B2, 10.11.2022.

14. Никитин Ю.А. Построение многоразрядного параллельного цифроаналогового преобразователя // IX Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 26–27 февраля 2020 г.). СПб.: СПбГУТ, 2020. Т. 3. С. 476–480. EDN:WOOEOQ

15. Гуревич И.Н., Никитин Ю.А. Цифровой синтезатор частот. Патент на изобретение СССР 1737698 от 09.07.90. Опубл. в БИ №20 1992. МКИ H 03 B 19/00

16. Никитин Ю.А. Цифроаналоговый синтез частот. Теория и схемотехника. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2018. 367 с. EDN:YNTBQL

17. Никитин Ю.А. Анализ механизмов образования помех на выходе многоуровневого конечного автомата // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2017. № 3. С. 52–59. EDN:YZBFBN