Рис 1.6. Обобщен- йиалагавый вход

пая схема парал- -

лельного АЦП

Опорное напрятемие

Опорное напрятение

EFz ;

Тактовый Вход

5; -о

мгновенному значению входного сигнала. Далее результат кодирования с выходов компараторов подается на шифратор, в котором происходит преобразование в выбранный тип выходного кода АЦП. С выхода шифратора сформированный код подается на выходные каскады преобразователей внутрисхемных уровней в стандартные уровни ЭСЛ, ТТЛ или КМОП. В зависимости от конкретных реализаций АЦП может содержать различное число стробируемых блоков (штриховая линия на рис. 1.6).

Основным узлом параллельных АЦП являются компараторы напряжения. Как правило, в быстродействующих АЦП они выполняются стробируемыми, т. е. в состав компаратора входит устройство, переключающее компаратор из режима сравнения сигналов в режим хранения результата сравнения (стробирования) [9-12]. Особенностью стробируемых компараторов напряжения являются небольшой коэффициент усиления в режиме сравнения (единицы - десятки) и резкое его увеличение (в сотни раз) при стробировании, т. е. при переходе в режим хранения результата сравнения. Такое построение позволяет получить большую полосу пропускания по аналоговому входу при большой его чувствительности. Компаратор, построенный по такому принципу, имеет весьма малое число компонентов, что принципиально важно, для параллельных АЦП. Число компараторов в параллельном АЦП /Ук = 2"-1.

Делитель опорных напряжений в параллельных АЦП служит для формирования опорных напряжений; их значения являются эталонами, с которыми сравнивается входной сигнал. Обычно делитель выполняется по схеме последовательного делителя напряжений. Число резисторов в делителе напряжений параллельного АЦП iVj = 2". Номиналы резисторов делителя опорных напряжений одинаковы, за исключением первого и последнего резисторов, которые могут быть различны в конкретных реализациях АЦП. При этом получается линейная характеристика преобразования АЦП. Однако при Ь8 для компенсации токовой составляющей нелинейности номинальные значения резисторов делителя опорных напряжений могут быть неодинаковы (см. гл. 9). Для уменьшения влияния входных токов компараторов на опорные напряжения необходимо использовать резисторы делителя с возможно меньшими номинальными значениями. В качестве материала для изготовления,, резисторов делителя в ИС используются разного рода сплавы металлов или низкоомные диффузионные области кремния [5]. Конструктивно резисторы делителя опорных напряжений выполняются в виде прямоугольной конфигурации или конфигурации типа «меандр».

Шифратор в параллельных АЦП необходим для преобразования кода компараторов в выходной код АЦП заданного типа. Практически шифратор делается двух-трехступенчатым, что позволяет реализовать регулярность топологии [9-11]. В состав шифратора могут входить регистры хранения, предназначенные для хранения промежуточных результатов шифрации (см. гл. 4). Выходные каскады АЦП служат для получения стандартных цифровых уровней (ЭСЛ или ТТЛ) выходного кода.

Параллельные АЦП имеют регулярную структуру кристалла, что позволяет упростить процесс проектирования и за счет равных длин межсоединений снизить статические и динамические погрешности АЦП. К конструктивным особенностям кристаллов следует отнести: расположение транзисторов дифференциальных каскадов компараторов в непосредственной близости друг к другу (для уменьшения напряжения смещения компараторов), группировку компараторов в линейки по 2", где и = 4, 5, б,..., обеспечение равной длины проводников, по которым подводится тактовый сигнал к линейкам компараторов для обеспечения минимальной динамической погрешности при преобразовании сигналов с высокой скоростью изменения.

Конструктивное исполнение АЦП определяется значительной рассеиваемой мощностью (до 3,0 Вт), что предъявляет определенные требования к конструкции корпусов. Корпуса используются преимущественно металлокерамические, некоторые из них имеют дополнительный радиатор.

1.3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЦАП И АЦП

Одной из наиболее сложных и трудоемких операций в процессе разработки и изготовления ЦАП и АЦП (особенно быстродействующих) является измерение электрических параметров и проведение испытаний. Отечественная и зарубежная практика показывает, что стоимость операций измерений и испытаний ИС ЦАП и АЦП, включая стоимость контрольно-измерительной аппаратуры и испытательного оборудования, превышает 30...50% общей стоимости их изготовления [13]. В отличие от измерения электрических параметров логических микросхем, измерение и испытание ИС ЦАП и АЦП имеют ряд особенностей.

Во-первых, требуется очень высокая точность измерения. Погрешность измерения статических параметров ЦАП и АЦП определяется разрядностью проверяемого прибора, а ее абсолютная величина, зависящая от диапазона входных или выходных токов или напряжений, должна быть в несколько раз меньше напряжения или тока единицы младшего разряда; для высокоразрядных ЦАП и АЦП оно составляет единицы или доли милливольта (единицы или десятки микроампера). Погрешность измерения динамических параметров также определяется разрядностью измеряемого ЦАП или АЦП, диапазоном значений измеряемого параметра и быстродействием объекта измерения. Значения измеряемых напряжений составляют единицы или доли милливольта в диапазоне времен десятки - единицы наносекунд.

Во-вторых, результат измерения параметров ЦАП и АЦП (характеристик преобразования) является косвенным; он получается в результате многократных вычислений, усреднений и сравнений.

В-третьих, для определения электрических параметров (характеристик преобразований) необходимо большое число точек измерения и вычисления. Г1ри большом числе измерений необходимо обеспечить приемлемую производительность при серийном изготовлении.

В-четвертых, при малых абсолютных значениях параметров измеряемых сигналов значительное влияние на достюверность результатов измерения имеют шумы источников питания и шумы управляющих или задающих режим узлов и элементов. Величина этих паразитных шумов и наводок соизмерима или даже превышает амплитуду измеряемого сигнала.

Специфические требования предъявляются к конструктивному исполнению КИА и отдельных ее узлов. Высокие точности измерения статических параметров требуют малых значений переходных сопротивлений, коммутирующих и канализирующих измерительных цепей, а также малого разброса из электрических и конструктивных параметров.

Учитывая, что измеряемые объекты имеют большую широкопо-лосность, составляющую более сотен мегагерц, они склонны к гене-