при изготовлении твердотельных ЦАП, приведены в табл. 10-1.

Необходимо отметить, что приведенные в этой таблице величины степени идентичности получены для одинаковых резисторов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, имеющих ширину 30 мкм и длину .примерно 5 квадратов. Поэтому эти данные несколько лучще соответствующих данных табл. 3-3, которые получены для обычных резисторов (щириной 10 мкм).

10-4. ТОКОВЫЕ КЛЮЧИ

На паразитные емкости приходится основная часть .паразитных параметров монолитных схем. Поэтому в монолитных интегральных ЦАП лучще использовать токовые ключи, а 1не .ключи напряжения. В настоящее время разработано большое количество схем токовых ключей, которые с успехом могут применяться в монолитных интегральных микросхемах. Рассмотрим некоторые из этих схем.

К токовому ключу, используемому в ЦАП, предъявляются следующие требования:

Высокое быстродействие. Высокая скорость переключения позволяет уменьшить время установления, т. е. длительность переходных процессов. С целью уменьшения влияния .паразитных емкостей необ-

Вой fx

dXDB

BxdS ~

"ff дыхоВиаи -Г-№= шина

в„о-ГTj в„

Выходная шина

К резистиВной токозаВающей цепи

к резистивной токозаВатщей цепи

Рис. 10-7. Практические схемы токовых ключей.

ХОДИМО выбирать минимальные напряжения на коммутируемых электродах.

Хорошая развязка. Необходимо обеспечивать большое сопротивление изоляции между управляющей цифровой цепью и .выходной аналоговой частью.

Малые обратные токи утечки. Токи утечки, протекающие через разомкнутые ключи, должны быть пренебрежимо малы. Для коммутации тока могут применяться диоды, смещаемые в прямом и обратном направлениях, и транзисторы. Поскольку при Нормальных условиях эксплуатации обратные токи утечки кремниевых р-п переходов легко могут быть сделаны пренебрежимо малыми по сравнению с разрядными токами, условие малости тока утечки не представляет серьезной проблемы, если только не требуется использовать преобразователь при повышенной температуре.

На рис. 10-7 .приведены две практические схемы токовых ключей, которые обычно используются в МОНОЛИТНЫХ ЦАП. В схеме рис. 10-7,а разрядный ток постоянно протекает через транзистор Гз, который при обоих состояниях ключа смещается от источника эталонного напряжения. Величина тока, протекающего через транзистор Гз, определяется величиной эталонного напряжения Ug-r, напряжением Ug. транзистора Гз и падением напряжения на токозадающем сопротивлении в цепи эмиттера этого транзистора. Поэтому транзистор Ts работает как источник тока, величина которого не зависит от входного цифровОГо сигнала данного разряда, подаваемого на вход ключа. Когда на вход ключа подается сигнал низкого уровня, соответствующий логическому нулю, транзисторы Ti и Гг заперты, а диод Д1 смещен в обратном направлении. Поэтому на выходную шину через прямосмещенный диод Дг подается полный разрядный ток /«. Когда на базу транзистора Ti подается поло-

жительное напряжение (логическая единица), транзисторы Ti и Tz открываются, а диод Ml смещается в прямом (направлении. При этом напряжение в точке А увеличивается и диод Дг смещается в обратном направлении. В результате разрядный ток In, задаваемый транзистором Тз, больще 1не поступает на выходную щину, а протекает через транзисторы Tl и Tz.

В схеме рис. 10-7,6 в качестве коммутирующего эле.мента используется транзистор р-п-р. В этой схеме может быть применен р-п-р транзистор как с горизонтальным, так и с вертикальным расположением областей, имеющий одну из структур, описанных в гл. 2 (см. рис. 2-18). Коммутация тока в этом случае осуществляется путем запирания разрядного транзистора Ti, в результате чего полностью прекращается подача на выходную щину разрядного тока In. Когда на цифровой вход ключа подается логический нуль, транзистор Гг запирается и разрядный ток протекает через транзистор Ti. При наличии на этом входе логической единицы транзистор Гг находится в открытом состоянии, что в свою очередь приводит к увеличению положительного (потенциала та эмиттере транзистора Ти а следовательно, и к его запиранию. В ключе этого типа ток, вытекающий из точки В в состоянии, когда транзистор Ti заперт, а транзистор Гг открыт, не равен разрядному току. Поэтому токовый ключ этого типа может применяться только в ЦАП с лестничными токо задающими цепями с поразрядным удвоением сопротивлений (см. рис. 10-6) или с источниками одинаковых токов (см. рис. 10-5).

На рис. 10-8,а показана еще одна схема токового ключа, которая может применяться в интегральных схемах. В этой схеме для согласования потенциалов в коммутирующей ветви попользуется стабилитрон Cti, образованный переходом база- эмиттер. При логическом нуЛе

на входе ключа транзистор Ti заперт, стабилитрон Cti находится в непроводящем состоянии, а через транзистор Гг протекает разрядный ток /„, поступающий с выходной щины. Когда на базу транзистора Tl подается логическая единица, транзистор Tl и стабилитрон Сп оказываются в проводящем состоянии. При этом потенциал точки А возрастает, в результате чего транзистор Гг запирается, уменьшая ток In до нуля. За исключением того, что вместо транзистора р-п-р используется транзистор п-р-п, схема ключа рис. 10-8,0! идентична схеме ключа рис. 10-7,6.

В схемах ключей рис. 10-7 и 10-8,с изменение потенциала в коммутирующей точке равно амплитуде напряжения, подаваемого на вход ключа. Поскольку блокирующий диод Дг (рис. 10-7,а) и переходы база - эмиттер транзисторов Tl и Гг (рис. 10-7,6 и 10-8) имеют конечные величины емкостей переходов, то эти большие скачки напряжения в коммутирующей точке могут вызвать дополнительное увеличение времени переключения. Для того чтобы полнее использовать повышенное по сравнению с быстродействием ключей напряжения быстродействие токовых ключей, необходимо по возможности умень-

Цифровой

6x00 1

Выходная шина

Цифровой вход

/Г резистивной шнозадающей цвли

f< резистивной токозаесющей цели

Рис. 10-8. .Улрощевная (а) и практическая (б) схемы быстродействующих токовых ключей.

шать скачки напряжения в коммутирующей точке. Это может быть сделано путем применения ограничителей изменения напряжения. На рис. 10-8,6 показан модифицированный вариант базовой схемы (рис. 10-8,0!), в котором используется такой ограничитель. Схема работает следующим образом.

При логическом нуле на входе диод Д\ смещен в прямом направлении, транзистор Tl заперт, стабилитрон Cti находится в непроводящем состоянии, а транзистор Tz открыт. В этом случае токовый ключ замкнут. При логической единице на входе диод Д1 смещен в обратном направлении, транзистор Ti и стабилитрон Cti находятся в проводящем состоянии, а транзистор Tz закрыт. В этом случае ключ разомкнут и /п = 0. Когда транзистор Тх открыт, потенциал его базы равен f/б и не зависит от амплитуды входного управляющего напряжения

ии-и, (10-14)

где - напряжение смещения по постоянному току на базе транзистора Гз.

Напряжение Ua на эмиттере транзистора Tz равно:

(10-15)

где и г - падение напряжения на стабилитроне Cti.

Если падения напряжения на диодах Д1 и Дг равны напряжению f/бн, а стабилитроны Cti и Ctz идентичны, то напряжение [Уд на базе транзистора Tz равно:

U = Ux~2U6-Uz, (10-16)

т. е. равно напряжению Ua «а эмиттере. Таким образом, когда транзистор Tz закрыт, максимальное обратное напряжение на его переходе база - эмиттер равно нулю и не зависит ни от величины входного напряжения, ни от величины напряжения источника питания. Поскольку при изменении температуры все напряжения U. и t/бэ изменяются на

одинаковые величины, уровень ограничения напряжения на транзисторе Тг не чувствителен к изменению температуры. На практике применение ограничителя, ограничивающего скачки напряжения в коммутирующей точке (рис. 10-8,6), позволяет уменьщить время установления примерно в 5 раз.

10-5. КОМПЕНСАЦИЯ ТОКА БАЗЫ И НАПРЯЖЕНИЯ БАЗА-ЭМИТТЕР

На рис. 10-9 показаны упрощенные схемы ЦАП со взвешиванием токов, в одной из которых применена матрица весовых сопротивлений, а в другой - лестничная цепь R-2R. Для простоты на схеме показаны только четыре разряда. В преобразователе этого типа через разрядные транзисторы Ti, Tz, Ts. и т. д. протекает ток, равный половине тока, протекающего через транзистор предшествующего раз-рада. Так, например, через транзистор Г4 протекает ток, в 8 раз меньший тока, протекающего через транзистор Tl. Поэтому, если не предусмотреть своевременно и не обеспечить требуемой разницы в геометрических размерах транзисторов, с помощью которой достигается одинаковая плотность тока переходов база - эмиттер, то напряжения t/бэ разрядных транзисторов окажутся различными. Далее, в схемах преобразователей, изображенных на рис. 10-9, суммируются и используются для преобразования коллекторные токи разрядных транзисторов, в то время как их величины задаются весовыми сопротивлениями, в1слюченными в эмиттерных цепях. Поэтому задаваемый и используемый разрядные токи отличаются на величину базового тока разрядного транзистора. Для старшего разряда преобразователя рис. 10-9 используемый разрядный ток /1 отличается от задаваемого Л на величину /б1:

/i=/i-/б1, (10-17)

где /б1 - базовый ток транзистора Tl.