Моделирование параллельного нониусного цифроаналогового преобразователя второго типа

Цифроаналоговые преобразователи широко и эффективно применяются 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, широко применяют в видео- и аудиоинтерфейсах, в цифровых осциллографах и в источниках прецизионных сигналов. В настоящее время основными проблемами при построении прецизионных и (или) быстродействующих цифроаналоговых преобразователей являются технологические ограничения производства, а именно – конечная точность реализации аналоговых элементов – прежде всего, аналоговых ключей напряжения (тока) и резисторов матрицы R-2R. Поэтому актуален структурный метод преодоления существующих технологических проблем.

Цель настоящей работы заключается в теоретическом обосновании нового подхода к идеологии цифроаналогового преобразования и в построении структур цифроаналоговых преобразователей повышенной точности и (или) быстродействия.

Решение проблемы заключается в увеличении числа опорных сигналов на входах парциальных цифроаналоговых преобразователей вне зависимости от их внутренней структуры, но при безусловном обеспечении жесткого дробно-кратного (нониусного) соотношения величин опорных сигналов. При этом сопряжение нониусных опорных сигналов необходимо производить всего в двух точках – в начале и в конце шкалы, причем на постоянном токе. Точность сопряжения нониусных шкал (опорных сигналов) должна соответствовать конечной точности цифроаналогового преобразования.

Новизна и оригинальность предлагаемого метода заключается в существенном расширении диапазона преобразования цифрового кода управления в аналоговый параметр, т. е. в получении нового качества цифроаналогового преобразования.

Возможность практической реализации новой структуры цифроаналогового преобразователя подтверждена теоретическими расчетами и схемотехническим моделированием с помощью пакета Microcap12, которое показало корректность разработанного метода. Предлагаемое решение позволяет обойти технологические ограничения производства на потенциально достижимую точность преобразования при изготовлении микросхем цифроаналогового преобразователя и обеспечивает качественно новые возможности техники цифроаналогового преобразования.

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

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

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

4. Федорков Б.Г., Телец В.П. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М.: Энерго-машиздат, 1990. 320 с.

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

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

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

8. Никитин Ю.А. Моделирование параллельного нониусного цифроаналогового преобразователя первого типа // Труды учебных заведений связи. 2025. Т. 11. № 4. С. 7‒16. DOI:10.31854/1813-324X-2025-11-4-7-16. EDN:BAUBXX

9. Шелехнев А. Прорыв в технологии малосигнальных транзисторов // Компоненты и технологии. 2003. № 6(32). С. 52–55. EDN:LMGIXK

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

12. Nikitin Y.A. Method of vernier digital-to-analog conversion. Patent USA, no. 11.736.117 B2. 10.11.2022.

13. 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

14. 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.