Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

погрешность Ue может быть определена следующим образом:

/в<£яп-2-. (10-8)

Аналогично для ЦАП, имеющего N двоичных разрядов и погрешность V2 НМЗР, фактическая погрешность Ue должна удовлетворять следующему неравенству:

С/,</дп (4) () =f/«n. (10-9)

Необходимо отметить, что разрешающая способность и погрешность не одно и то же. Например, при разрешающей способности в 12 двоичных разрядов может быть обеспечена точность в 10 двоичных разрядов, и наоборот.

Время установления. Представляет собой интервал времени от момента скачкообразного изменения входного цифрового сигнала до момента, когда выходной аналоговый сигнал достигнет нового установившегося значения с номинальной погрешностью (обычно ±V2 НМЗР). Время установления характеризует общее быстродействие ЦАП.

Наибольший значащий разряд (НБЗР). Является разрядом входного цифрового сигнала, имеющим наибольший вес, или представляет собой приращение уровня аналогового сигнала, соответствующее этому разряду. В ЦАП с двоичными разрядами НБЗР вызывает изменение величины аналогового выходного сигнала на половину его диапазона (Ufful).

Наименьший значащий разряд (НМЗР). Это разряд входного цифрового сигнала, имеющий наименьший вес, или приращение аналогового сигнала, соответствующее этому разряду. НМЗР представляет собой наименьшее возможное скачкообразное приращение аналогового сигнала [см. выражение (10-7)], равное Ujl2.

Для описания свойств ЦАП иногда используются два вспомогатель-чых термина: «линейность» и «моно-

Идеальная характеристика

Входной цифровой сигнал

Ионоттийл нЕлииеинссть

Немонотоннпл нслинсйтеть

Рис. 10-3. Зависимость выходного аналогового напряжения от входного цифрового сигнала, графически иллюстрирующая различные виды нелинейности.

тонность». Они графически изображены на рис. 10-3. Если на цифровой вход ЦАП подается нарастающая последовательность двоичных чисел, выходной сигнал ЦАП должен представлять собой линейно-нарастающее ступенчатое напряжение с шагом, равным НМЗР. Постоянство ступенек этого напряжения (постоянство ширины и высоты) обусловливает линейность выходного сигнала. Величина нелинейности выходного сигнала обычно выражается в тех же единицах, что и погрешность. Немонотонность выходного сигнала является наихудшей разновидностью нелинейности. Немонотонность имеет место в том случае, когда выходной сигнал изменяется немонотонно при изменении входного цифрового сигнала. Немонотонность может возникнуть вследствие накопления погрешностей разрядов. Линейность и монотонность ЦАП ухудшаются по мере увеличения скорости изменения сигналов. Это обусловлено неидентичностью постоянных времени различных разрядов.

10-3. РЕЗИСТИВНЫЕ ЛЕСТНИЧНЫЕ ЦЕПИ

В ЦАП, схема которого приведена на рис. 10-2, взвешенные разрядные токи формируются при по-



мощи N параллельных .независимых ветвей, каждая из которых имеет сопротивление R, 2R, 4R и т. д. В узле взвещивания такого типа диапазон номиналов токозадающих резисторов очень быстро увеличивается по .мере увеличения количества разрядов. Отношение .сопротивления ветви, соответствующей НБЗР, к сопротивлению ветви, соответствующей НМЗР, в этом случае равно:

Так, например, при разрешающей способности восьми двоичных разрядов требуется набор прецизионных резисторов, номинальные величины сопротивлений которых находятся в диапазоне от R до \28R. В монолитных и тонкопленочных интегральных схемах без дорогостоящей отбраковки и подстройки (в .случае применения секционированных резисторов) очень трудно получить достаточно точные резисторы, номинальные величины сопротивлений которых находятся в таком широком диапазоне.

Резистивная лестничная цепь R-2R, показанная на рис. 10-4, является другим вариантом резистивной схемы взвешивания. Эта цепь позволяет устранить недостаток, присущий схеме с весовыми сопротивлениями (рис. 10-2) и заключающийся в необходимости использования резисторов с большим диапазоном номинальных сопротивлений. В этой схеме деление токов

Баллвстиие сопротиблвиив

h\\ 1Л

к, А

19 Чг 1

(У oz

Рис. 104. Лестничная токозадающая цепь

1 ZR



Рис. 10-5. Четырехразрядный ЦАП с токв-задающей цепью R-2R и источниками одинаковых токов.

/, h и т. д. пополаг/i достигается за счет поэтапного распределения каждого из этих токов между параллельной (2/?) и последовательной (/?) ветвями. Таким образом, соотношение между токами ветвей лод-чиняется двоичному закону:

/1=2/2=4/3= ... =2-i/f,.

(10-111

При этом, однако, обеспечивается легко реализуемое отношение (Л) сопротивлений резисторов. Лестничная цепь R~~2R содержит вдвое больше резисторов, чем цепь с весовыми сопротивлениями. Кроме того, в ней качестве нагрузки должно быть использовано .балластное сопротивление (см. рис. 10-4). Основным преимуществом лестничной цепи R-2R является возможность ее использования совместно с источниками одинаковых токов в ЦАП, показанном на рис. 10-5, Использование ЦАП с источниками одинаковых токов в монолитных интегральных схемах, которые позволяют обеспечить очень высокую степень идентичности параметров элементов, имеющих одинаковую конфигурацию и работающих при одинаковых токах, имеет значительные преимущества по сравнению с использованием ЦАП других типов. Особенно заметно эти преимущества проявляются в СЛОЖНЫХ

ЦАП, содержащих восемь и более разрядов. В простых монолитных интегральных ЦАП, содержащих небольшое количество разрядов, .используются цепи с весовыми сопро-



тивлениями. В более сложных ЦАП, содержащих щесть и более двоичных разрядов, преимущественно используются лестничные цепи, поскольку они реализуются при меньшем диапазоне номиналов сопротивлений. Однако для изготовления, четырехразрядных узлов ЦАП, которые можно соединить последовательно, лучше подходят цепи с весовыми сопротивлениями. Такие узлы можно использовать в качестве модулей сложных ЦАП. На рис. 10-6 показан способ соединения двух четырехразрядных узлов ЦАП при помощи делителя тока 16: 1 (резисторы Ri и l5Ri иа рис. 10-6). Когда в схеме рис. 10-6 все ключи замкнуты, суммарные токи /а и /в обеих групп резистивных цепей paiBHbi .между собой:

(10-12)

где h - так ветви НБЗР.

Вследствие наличия делителя 16:1 меж.ду двумя резистивными узлами общий выходной ток равен:

16 А

(10-13)

т. е. эквивалентен выходному току ЦАП, содержащего восьмиразрядную цепь с весовыми сопротивлениями.

Резистивные цепи предназначены для получения в нескольких ветвях таких токов, величины которых в любых двух смежных ветвях отличаются вдвое. Абсолютные величины токов не имеют особого значения, но соотношения между ними должны быть выдержаны с наибольшей возможной точностью. Следовательно, не важны абсолютные величины сопротивлений лестничных цепей. Однако должна быть обеспечена наивысшая степень их идентичности и совпадения температурных характеристик. Требова-

НБЗР


Рис. 10-6. Получение разрешающей способности величиной восемь двоичных разрядов при помощи последовательного соединения двух четырехразрядных токозадающих цепей с весовыми сопротивлениями.

ния к допускам на эти параметры будут рассмотрены ниже, в § 10-5.

Для того чтобы обеспечить требуемую идентичность резисторов и согласование их характеристик, в процессе конструирования и изготовления монолитных интегральных ЦАП должны быть приняты дополнительные меры. Для улучшения согласования температурных характеристик резисторы, располагаются рядом, причем с целью уменьшения влияния погрешностей фотомасок применяются резисторы повышенной щирины (ширина резисторов более 20 мкм). С целью улучшения температурных характеристик следует применять материалы с малыми температурными коэффициентами. Данные некоторых основных типов резисторов, используемых

Таблица 10-1

Типовые характеристики интегральных резисторов

Тип резисторов

о § и

li i№

Иикель-хромовый .

0,04-0,4

Танталовый . . .

0,2-5

Полученный ион-

ным легирова-

нием ......

0,2-10

Диффузионный

(/?-типа) ....

0,1-0,2

1800



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0008