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]

гкбг fkh kl

>, $ У У

Бьаодиаи шина

2Я jJ tR -i-

-o-f.


Выходная шина


Рис. ;0-S. Текозадающие цепи четырехразрядных ЦАП.

Эта погрешность может быть устранена путем вычитания из 1\ тока, примерно равного /ei. Такой способ уменьшения погрешности называется «компенсацией базового тока» и в случае применения весовых сопротивлений может быть реализован путе.м применения схемы рис. 10-10.

Разрядный ток А транзистора на основании рис. 10-10 может быть записан (В виде

/.=2+(/б.-/б,)- (10-18)

Если путем соответствующего выбора сопротивления R ток транзистора Тх сделать равным току 1\, то /б1 станет примерно равным /бь в результате чего второй член в (10-18) окажется пренебрежимо малым. Аналогичный способ компенсации может быть применен и во втором разряде (транзистор Гг), как это показано на рис. 10-10, из которого следует:

(10-19)

Если (площадь эмиттера транзистора Tl вдвое больше площади

эмиттера транзистора Гг, напряжения t/бэ обоих транзисторов равны между собой и

/1 = 2/г. (10-20)

На рис. 10-10 компенсация напряжений база - эмиттер и базовых токов показана только для первых двух разрядов. Однако такой способ компенсации может быть легко применен и в остальных разрядах преобразователя.

Область применения компенсации напряжения база - эмиттер путем пропорционального изменения площади эмиттера практически ограничена размерами устройства. Для того чтобы обеспечить одинаковые плотности тока, площади эмиттеров транзисторов НБЗР и НМЗР должны быть связаны соотношением

(площадь)н,зр , , (площадь)ИЗР

Нижний предел площади эмиттера определяется погрешностью изготовления фотошаблонов. По мере увеличения количества разрядов площадь эмиттера транзистора НБЗР лавинообразно нарастает. Например, в восьмиразрядном преобразователе отношение площадей должно быть равно 128:1.

Как следует из (10-18) и (10-19), напряжение t/бэ входит в выражение для Каждого тока. Это в свою очередь обусловливает зависимость величины каждого разрядного тока

к 2К

Рис. 10-)0. Компенсация вариаций напряжения t/бэ и тока базы.



от температуры. В реальных устройствах эта зависимость устраияется. путем введения эквивалентного дрейфа эталонного напряжения за счет включения диода последовательно с источником эталонного напряжения, в результате чего формируется новое эталонное напряжение иэт;-.

(10-22)

Для того чтобы обеспечить равенство температурных коэффициентов, диоды, вюхюченные последовательно с источником опорного напряжения, должны работать при той же плотности тока, что и соответствующие разрядные транзисторы.

Создание стабильного источника эталонного напряжения является одним из ключевых моментов в разработке качественного ЦАП. Для этого могут быть применены любые из большого числа рассмотренных в гл. 4 и 6 источников опорного напряжения, конечно,с учетом требуемой величины и стабильности напряжения. Поскольку вопросы, касающиеся источников питания и источников опорного напряжения, детально рассмотрены в предшествующих главах, в данной главе подробно они не будут затрагиваться.

10-6. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Погрешность ЦАП выражается в единицах максимальной допустимой погрешности выходного аналогового сигнала. Погрешность выходного сигнала представляет собой разность между фактической и расчетной величинами выходного сигнала и обычно выражается в процентах от (ПОЛНОГО диапазона изменения выходного напряжения t/дц.

Как указывалось в § 10-2, погрешность не то же самое, что разрешающая способность. Однако преобразователь, имеющий высокую точность, но малую разрешающую способность и, наоборот, высокую разрешающую способность, но малую точность, не имеет большого

практического значения. Поэтому с точки зрения практического использования номинальные величины разрешающей способности н максимальной погрешности должны выбираться примерно одинаковыми. Обычно погрешность ЦАП находится в пределах ±V2 НМЗР. Из этого следует, что суммарная допустимая погрешность ALe выходного напряжения Л-разрядного ЦАП, имеющего диапазон изменения выходного сигнала t/дп, равна:

At/, = ±

-НМЗР=±

(10-23)

Таким образом, при точности,, равной половине НМЗР, выраженная в процентах, допустимая суммарная погрешность 8г выходного напряжения равна:

в.=:--«/о- (10-24)

Следовательно, требование к точности очень быстро возрастает по мере увеличения количества разрядов. Например, в четырехразрядном преобразователе, имеющем точность +V2 НМЗР, допускается суммарная погрешность выходного сигнала ±3,127о, а в шести- и восьмиразрядном преобразователях ±0,78% и ±0,195% соответственно.

Суммарная погрешность может быть представлена в виде суммы двух составляющих:

. б* = е(о-1-8г(7), (10-25)

где 8fo - погрешность, обусловленная начальным смещением нуля;. 8f(7)-дополнительная температурная погрешность, обусловленная температурными дрейфами и неидеальностью согласования температурных характеристик соответствующих элементов.

В ЦАП, имеющих разрешающую способность шесть и более разрядов, обычно имеется корректор смещения нуля, который позволяет исключить составляющую ео.

Как правило, любой ЦАП содержит четыре основных узла: источ-



ник эталонного напряжения, узел разрядных ключей, матрицу резисторов и суммирующий усилитель Каждый из этих узлов имеет свою погрешность, которая входит в суммарную погрешность выходного сигнала:

= еэт + Ек-1-8р-1-8у,

(10-26)

где - погрешность эталонного источника; 8к - погрешность ключей; Ёр - погрешность резистивной токозадающей цепи; еу - погрешность суммирующего усилителя.

Погрешность ключей практически должна учитываться только в ЦАП, использующих ключи напряжения, поскольку они имеют существенное сопротивление в замкнутом состоянии. В ЦАП с токовыми ключами токи утечки разомкнутых ключей потенциально могут вызвать некоторые затруднения в случае работы при малых величинах токов (т. е. при токах НМЗР, меньших 10 мкА). В большинстве случаев применяются довольно большие токи, так что влиянием токов утечки можно пренебречь, за исключением случаев эксплуатации преобразователя при очень высоких температурах. Таким образом, для полупроводниковых ЦАП, в которых применяются токовые ключи, влиянием Ек обычно можно пренебречь.

Остальные три составляющие погрешности примерно одинаковы по своему значению. При разработке преобразователя верхний предел величины Et обычно задается требуемой точностью [см. (10-24)]. Следовательно, разработчик, исходя из величины et, вычисленной по (10-24), должен определить верхние предельные значения каждой из составляющих погрешности, входящих в выражение (10-26). Наиболее неблагоприятная и грубая оценка производится на основе расчета «на наихудший случай», при котором предполагается, что все составляющие погрешности суммируются арифметически. При этом

максимальная допустимая погрешность делится на равные доли между всеми составляющими (за исключением Ек). Тогда в процентном выражении имеем:

(10-27)

Более точный и более благоприятный результат получается, если допустить, что все источники погрешностей полностью независимы и что составляющие суммируются по квадратичному закону:

(10-28)

что приводит к следующему соотношению между суммарной погрешностью и ее составляющими:

бэт ~ Ер

(10-29}

В большинстве случаев проектирования среднеквадратичная оценка слишком оптимистична. Фактические значения находятся где-то-между величинами, полученными: из (10-27) и (10-29).

Необходимо отметить, что равномерное распределение величины погрешности между составляющими в соответствии с (10-27) или (10-29) небезосновательно, но несколько произвольно, поскольку степень влияния фактических источников погрешности зависит от конкретного выбора схемы. В определенных случаях погрешности источника эталонного напряжения или суммирующего усилителя (или обе вместе) могут быть отнесены к погрешностям внешних устройств. Поэтому основными погрешностями собственно интегральной схемы окажутся Ек и 8р. Каждая из составляющих погрешности определенным образом изменяется при изменении температуры. Поэтому необходимо отдельно рассмотреть влияние каждой из нцх на величины Ею и 8f (Г).

На примере конкретной практической схемы полезно определить



[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]

0.0009