типовые требования к точности и температурной стабильности ЦАП. Для примера рассмотрим монолитный интегральный ЦАП, содержащий восемь двоичных разрядов, имеющий погрешность не более ±1/2 НМЗР в температурном диапазоне от -55 до -Ы25°С. Требования к точности каждого узла преобразователя будут определены при условии равномерного распределения погрешности между ними по квадратичному закону (10-29).

Погрешность источника эталонного напряжения. Имея в виду, что начальное смещение, вызванное погрешностью источника эталонного напряжения ёэто, может быть скомпенсировано корректором нуля, достаточно рассмотреть только его температурную составляющую бэт (Г). Для обеспечения точности восьми двоичных разрядов необходимо выполнить условие

еэх % (Г) < ± о д. (10-30)

Для этого температурный коэффициент эталонного напряжения должен находиться в пределах ±10-3% ГС.

Погрешность резистивной токо-задающей цепи ер обусловлена неидеальностью согласования сопротивлений и различием температурных коэффициентов, входящих в эту цепь резисторов. Составляющая погрешности, вызванная неидеальностью согласования сопротивлений, не может быть скорректирована простой подстройкой, поскольку сопротивления то включаются, то выключаются в зависимости от входного цифрового сигнала. Поэтому при вычислении доли суммарной погрешности, приходящейся на токозадающую цепь, необходимо учитывать и погрешность от неидеальности согласования сопротивлений, и погрешности от различия их температурных коэффициентов. Наибольший вклад в рассматриваемую погрешность вносят резисторы НБЗР и следующего за

ним разряда, а резисторы последующих разрядов вносят в нее прогрессивно уменьшающиеся доли. НБЗР формирует только половину диапазона изменения выходного сигнала. Поэтому общая погрешность неидеальности согласования и различия температурных коэффициентов между НБЗР и следующим разрядом может быть принята равной 2 8р, т. е. -±0,270. Допуская, что погрешности неидеальности согласования и различия температурных коэффициентов примерно одинаковы, для обеспечения точности восьми разрядов (т. е. погрешности не более /г НМЗР) погрешность неидеальности согласования сопротивлений резисторов первых разрядов должна быть не более 0,1%, а погрешность различия температурных коэффициентов не должна превышать 10- 7о/°С. Применение диффузионных резисторов не позволяет достигнуть такой степени согласования сопротивлений и их температурных коэффициентов Поэтому в данном случае необходимо использовать тонкопленочные резисторы.

Погрешность усилителя имеет три источника погрешности: входной ток смещения /смо, входное напряжение смещения и приведенный ко входу температурный дрейф. Обычно усилитель выбирается таким образом, чтобы его ток смещения не превышал 5% от величины тока НМЗР. В восьмиразрядном преобразователе, ток НБЗР которого равен 1 мА, ток НМЗР примерно равен 8 мкА. Поэтому в рабочем диапазоне температур входной ток смещения не должен превышать 400 нА.

Имея в виду, что суммирующий усилитель имеет коэффициент усиления, равный единице, и диапазон изменения его выходного напряжения равен 5 В, найдем, что допустимая погрешность выходного напряжения преобразователя, обусловленная смещением усилителя, равна ±0,1% диапазона, или ±5 мВ.

Интегральные операционные усилители обычно имеют входное напряжение смещения ±3 мВ и температурный коэффициент дрейфа напряжения ±15 мкВГС, что в худшем случае может привести к возникновению погрешности ±4,5 мВ во всем рабочем диапазоне температур. Поэтому требования к суммирующему усилителю вполне приемлемы с точки зрения интегральной технологии.

10-7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЦАП

В настоящее время около 200 фирм-изготовителей производят большое количество интегральных ЦАП [3]. Технические характеристики этих преобразователей весьма разнообразны. Так, например, разрешающая способность изменяется от довольно низкой (4-6 двоичных разрядов) до весьма высокой (10- 12 двоичных разрядов). Большинство преобразователей изютавли-вается в виде модулей на основе гибридной интегральной технологии. Однако в области ЦАП низкой и средней точности (от 4 до 8 двоичных разрядов) преимущественное распространение получают преобразователи, изготовленные только методом монолитной интегральной технологии. В этом параграфе на примере некоторых выпускаемых ЦАП будут рассмотрены возможности твердотельных интегральных ЦАП. В качестве представительных примеров выбраны восьмиразрядный ЦАП типа HI-1080 фирмы «Харрис семикондактор» (Harris Semiconductor) и шестиразрядный ЦАП типа ДАС-01 фирмы «Преси-жин монолитикс» (Precision Мопо-litics). Преобразователи этих типов выбраны в качестве примеров, потому что они дают хорошее представление о точности устройств и уровне сложности схем, которые могут быть экономически эффективными при массовом изготовлении при условии использования современной

освоенной в серийном производстве технологии изготовления интегральных схем.

На рис. 10-11 приведена упрощенная принципиальная схема полупроводникового интегрального шестиразрядного ЦАП с обозначением функционально-технологических узлов. В этом конкретном устройстве все основные узлы преобразователя, включая источник эталонного напряжения и суммирующий усилитель, расположены на одном кристалле. В данном преобразователе используется цепь формирования взвешенных токов, показанная на рис. 10-9,6. Токовые ключи Ki-Кб выполнены по схеме, аналогичной приведенной на рис. 10-7,а. Токозадающая лестничная цепь R-2R состоит из обычных диффузионных резисторов. Встроенный источник эталонного напряжения <7эт задает смещение на базы транзисторов Ti-Те.

В большинстве случаев использования требуется, чтобы выходное напряжение ЦАП в зависимости от управляющего цифрового сигнала изменялось от О до максимального напряжения [/рд. Такой режим работы, когда полярность выходного напряжения не изменяется, называется «однополярным». В некоторых случаях необходимо иметь, «двухполярный» выход, т. е. иметь симметричную относительно нуля выходную характеристику с максимальными напряжениями -UJ2 и + [/дп/2. В зависимости от схемы соединения внешних выводов устройство рис. 10-11 может работать либо в одно-, либо в двухполярном режиме. Такая дополнительная гибкость устройства достигнута за счет применения источника тока смещения 1х и дополнительного разрядного транзистора Г? (рис. 10-11)..

Когда преобразователь используется в однополярном режиме, вывод 12 заземляется, шунтируя, источник тока смещения 1. При этом в зависимости от величины разрядного тока /о выходное напря-

Цифровые Входы

Суммирующая точш

в53р 9 9 9 *? 9 9имзр 9 9

»й 736

ПоВотройка -Ej

Виалазона

ПЬ 69 Двух- Земяя полярный

МасштаБиый коэффициент -О Ю

Рис. 10-11. Упрощенная принципиальная схема шестиразрядного монолитного интегрального ЦАП [8].

жение изменяется от нуля до [/дп, -причем выходное напряжение равно С/дп, когда ток /о максимален и ра-.вен /дп. Биполярный режим обеспечивается за счет смещения, которое -ВВОДИТСЯ путем подключения вывода 12 не к земле, а к суммирующей точке (вывод ). При этом к сум--мирующей точке дополнительно лодводится ток (/ж-/?), так что

t/Bbtx = [/0-(/.-/7)Fo.c, (10-31)

згде Ro.c - суммарное сопротивление обратной связи в цепи обратной связи суммирующего усилителя. Если задать разность токов (/-/7) равной /дп/2, на выходе будет получено смещение [/дп/2:

2 нбзр 2

Выходной ток смещения /дп/2 может быть получен, если принять = W и А = /нмзр/2- Такой спо-

соб применен для обеспечения двухполярного режима работы в схеме рис. Ю-М. Это достигается при помощи источников тока, формирующих ток смещения /ж, равный току НБЗР, и небольшой ток коррекции /7, равный l/2/jjv;3p. В результате вычитания второго тока из первого в соответствии с (10-32) формируется требуемый ток смещения.

Шестиразрядный ЦАП, упрощенная схема которого приведена на рис. 10-11, изготовлен в виде монолитной интегральной микросхемы. В микросхеме, кристалл которой имеет размер 1,8X2,7 мм, применены только диффузионные элементы. Источник эталонного напряжения занимает центральную часть кристалла. В левой части кристалла расположены токозадающая цепь и токовые ключи. Соотношение между площадями эмитте-