ров разрядных транзисторов четырех первых разрядов {Ti-Ti, на рис. 10-11) выбрано таким, чтобы падение напряжения между базой и эмиттером каждого из них было одинаковым. Для улучшения согласования параметров транзисторы Tl-Ti имеют большие размеры и кольцевые эмиттеры. Для обеспечения высокой точности преобразователя в схемах первых четырех разрядов применена компенсация базо.-вого тока (см. рис. 10-10). В правой части кристалла расположен суммирующий усилитель с внутренней компенсацией.

Усилитель имеет следующие номинальные параметры:

Входной ток смещения...... 100 нА

Входное напряжение смещения . . 7,5 мВ Усиление в разомкнутом состоянии 15000 Скорость нарастания выходного

напряжения.......... 30 В/мкс

Преобразователь в целом имеет следующие технические характеристики:

Разрешающая способность 6 дв. разрядов Погрешность.......+1/2 НМЗР

Приведенный относительный

дрейф.......... 80.10-« «С

t/njj (подстраиваемое) . . . 0-10 В; +5 В;

+ 10 В 1,5 мкс 200 мВт + 15 В

Время установления . . . . Потребляемая мощность . . Напряжение питания . . . . Рабочий диапазон температур ...........

-55--+125"С

На рис. 10-12 приведена упрощенная принципиальная схема серийного монолитного восьмиразрядного ЦАП. В этом случае не все узлы ЦАП расположены на одном кристалле (используются внешние суммирующий усилитель и источник эталонного напряжения). Номера выводов, представленные на схеме, соответствуют номерам выводов корпуса, имеющего 24 вывода. В этом устройстве применена схема с одинаковыми источниками тока, аналогичная схеме рис. 10-5. Следовательно, через транзисторы Tl-Тв источников тока этого преобразователя протекают токи одинаковой величины. Токовые ключи выполнены по схеме рис. 10-7,6. Устройство изготовлено на основе

R-ct/Af. R-cyHi. Q О

BbixnB Q такозадаюш,ей. цепи

Общая шииа шокпзадающеа цепи

? Зе>ля о

moKDaBawuieu цепи

2¥

liil IHI

i! t

И=5к0м

vo 9\ 8) Ofi£3P 6 6 6

Цифровые Вховы

7\ Б\ 5\ \ч- Я ;j

ООО имр о О --If:-/ -fg ч-SB

Латание логики

Рис. 10-12. Принципиальная схема восьмиразрядного монолитного интегрального ЦАП

HI-1080.

технологии МДП, причем р-п-р транзисторы, необходимые для построения токовых ключей, имеют вертикальную, а не горизонтальную структуру. Структура р-п-р такого типа может быть легко получена на базе МДП технологии и позволяет получить большее быстродействие, чем такая же структура горизонтального типа.

Преобразователь может работать с источником эталонного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности. При этом вывод, предназначенный для подключения источника противоположной полярности, заземляется. Отводы Pi, я Рз в цепи источника эталонного напряжения предназначены для точной установки верхнего предела диапазона выходного напряжения. Встроенные цепи смещения и компенсации обеспечивают получение необходимого смещения на разрядных транзисторах, а также компенсацию напряжений С/бэ транзисторов. В токозадающей резистивной матрице предусмотрены дополнительные сопротивления R и 2R, которые могут быть включены в цепь обратной связи внешнего суммирующего усилителя. Использование источников тока одинаковой величины совместно с лестничной токозадающей цепью R-2R позволило ограничить диапазон номиналов сопротивлений и токов таким образом, что максимальная и минимальная их величины отличаются не более чем в 2 раза. Однако это вызвало и нежелательное значительное увеличение рассеиваемой мощности, поскольку каждый разрядный транзистор проводит ток, равный току НБЗР.

Для достижения степени согласования величин сопротивлений и их температурных коэффициентов, обеспечивающих погрешность ч пределах ± 1/2 НМЗР, в преобразователе применены тонкопленочные никель-хромовые резисторы. Токозадающая R-2R лестничная схема расположена в верхней части кри-

сталла. Она получена путем соответствующих соединений из нескольких одинаковых резисторов, имеющих сопротивление R. В данном преобразователе величина R принята равной 5 кОм. С целью уменьшения погрешностей фотошаблона выбрана довольно большая ширина резисторов (около 30 мкм).

На нижней половине кристалла .размещаются токовые ключи и источники токов одинаковой величины. Величина сопротивления и геометрические размеры резисторов источников тока выбраны такими же, как соответствующие параметры токозадающей лестничной схемы. Эти резисторы расположены в непосредственной близости от соответствующих источников тока. Они имеют вид тонкопленочных полосок, расположенных в нижней половине кристалла между транзисторами источников тока. Цепи смещения и компенсации эталонного напряжения расположены вдоль левого края кристалла.

Восьмиразрядный ЦАП типа Hi-1080 в диапазоне температур -55 -f 125°С имеет следующие технические характеристики:

Чувствительность..... 8 дв. разрядов

Погрешность....... +1/2 НМЗР

Приведенный относительный

дрейф......... 20.10-е t>C

Время установления .... 0,75 мкс

Потребляемая мощность . . 450 .мВт

Напряжение питания .... +5 В; -15 В

АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

10-8. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования непрерывного напряжения в цифровой сигнал (цифровое слово). По существу ЦАП, описанные в предыдущих параграфах, представляют собой декодирующие устройства, в которых цифро-

вое слово преобразуется в выходной аналоговый сигнал. Аналого-цифровые преобразователи выполняют обратную операцию, т. е. они преобразуют (кодируют) заданное входное непрерывное напряжение в цифровое слово определенной длины.

В АЦП входное непрерывное напряжение Ua приближенно представляется в виде доли эталонного напряжения [/эт. При этом выходным сигналом преобразователя является цифровое слово D:

+.&,-2-+...+6„.2-", (10-33)

где N - длина двоичного цифрового слова (число двоичных разрядов); bi, ..., Ьк - разрядные коэффициенты, принимающие значенрзе О или 1.

Разрядные коэффициенты, представляющие собой выходной сигнал преобразователя, могут быть получены либо одновременно в виде N параллельных выходов (см. рис. 10-1,6), либо могут поочередно появляться на одном и том же выходе. Эти способы представления выходного сигнала называются соответственно «параллельным» и «последовательным». При последовательном выходном сигнале разрядный коэффициент bi, соответствующий НБЗР, обычно определяется и появляется на выходе первым, затем появляются разрядные коэффициенты последующих разрядов в порядке убывания их веса.

В процессе преобразования непрерывного напряжения Ua в двоично-кодированный выходной сигнал в соответствии с (10-33) происходит «квантование» - разбиение напряжения Ua на конечное число дискретных уровней, отличающихся между собой на величину НМЗР. Этим объясняется возникновение конечной разрешающей способности, или погрешности квантования, процесса аналого-цифрового преоб-

разования, величина которой IS.Ua находится в пределах от-1/2 •НМЗР до -f 1/2 НМЗР. Погрещность квантования может быть выражена в единицах аналогового напряжения [/а<;[/эт следующим образом:

<и<. (10-34)

Необходимо иметь в виду, что погрешность квантования внутренне присуща процессу аналого-цифрового преобразования и поэтому имеется в каждом АЦП.

В процессе аналого-цифрового преобразования используются мгновенные величины аналогового напряжения в дискретные моменты времени, причем вследствие ограниченного быстродействия АЦП соответствующий этой величине цифровой сигнал появляется на выходе АЦП некоторое время спустя. Это время, необходимое для завершения преобразования аналогового сигнала в цифровой, называется длительностью преобразования или «временем апертуры». Требуемое быстродействие АЦП определяется спектром частот входного сигнала, заданной точностью преобразования или комбинацией двух этих факторов.

Если входной аналоговый сигнал изменяется во времени, то ненулевая длительность преобразования может вызвать возникновение дополнительной погрешности. Например, если входной сигнал линейно возрастает или убывает, то погрешность Af/ж, обусловленная длительностью преобразования 4, может быть определена следующим образом:

(10-35)

Следовательно, по мере расширения спектра частот входного сигнала погрешность, вызванная длительностью преобразования, увеличивается довольно быстро.

Известно большое количество способов реализации аналого-циф-