Результирующая погрещность будет определяться разностью значений lJ, и Д[/а. Варьируя значения сопротивления Ra при

заданном значении R, можно добиться минимизации нелинейности ХП.

На рис. 9.3, 9.4 приведены графики распределения погрещ-ности в делителе опорных напряжений, обусловленной протеканием входных токов компараторов, и распределения падения напряжения на щинах аналоговых входов секции АЦП, а на рис. 9.5- график результирующей минимизированной нелинейности секции АЦП.

Для компенсации «токовой» составляющей нелинейности при разработке параллельных АЦП с разрядностью й>8 можно использовать все три рассмотренных выше способа.

Технологические способы. К технологическим способам можно отнести достижение таких абсолютных точностей воспроизведения параметров компонентов, которые позволили бы осуществить первое конструктивно-схемотехническое решение.

2. Уменьшение влияния разброса сопротивлений резисторов делителя.-

Конструктивно-схемотехнические способы. Для уменьшения влияния разброса сопротивлений резисторов делителя можно лишь использовать второй и третий методы, рассмотренные в п. 1.

Технологические способы. К технологическим способам уменьшения разброса сопротивлений резисторов делителя можно отнести уменьщение неравномерности толщины напыленного резистивного материала. Реализуемая сегодня неравномерность толщины резистивного слоя в 2...3% [112] не позволяет реализовать параллельные АЦП с разрядностью Ь> 8 без дополнительных конструктивно-схемотехнических решений.

3. Уменьшение влияния напряжения смещения компараторов.

Конструктивно-схемотехнические способы. К конструктивно-схемотехническим способам можно отнести оптимизацию рабочих токов во входных каскадах компараторов и изготовление эмиттеров транзисторов входных компараторов круглой формы. Уменьшение рабочих токов позволяет уменьшить влияние контактных сопротивлений, хотя и снижает быстродействие компаратора. Эмиттеры круглой формы позволяют уменьшить разброс площадей за счет уменьшения оптических искажений, возникающих при переносе изображе-

0.2 -

IS 52 48 64 80 96 112 п 0,2

IB 32 \Ж/ 80 9S т п

Рис. 9.4. Распределение падения напря- р,, 9 5 график результирующей ми-

жения на шинах аналоговых входов нимизированной нелинейности секции

секции АЦП pHi.l мкА R,= АЦП при/, = 1 мкА, Л = 0,16 Ом

ния с шаблонов на кремниевую пластину. Однако эмиттеры круглой формы в топологиях, содержащих десятки или даже сотни тысяч компонентов, снижают общую точность изготовления шаблонов за счет того, что столик фотогенератора кроме передвижений в двух осях координат должен совершать еще и вращательные движения. Кроме того, при изготовлении эмиттеров резко увеличивается продолжительность процесса изготовления фотошаблонов. Так, при изготовлении фотошаблона эмиттера для 10-разрядного АЦП на современном фотогенераторе ЭМ-559Б требуется время порядка 50 ч. Для той же топологии, но с круглой формой эмиттеров это время увеличивается в несколько раз. Вероятность безотказной и бессбойной работы сложной электронно-механической системы, какой является фотогенератор ЭМ-559Б, в течение такого времени очень невелика, поэтому для изготовления фотошаблонов многоразрядных параллельных АЦП, имеющих эмиттеры круглой формы, необходима новая, более высокопроизводительная техника.

Необходимо подчеркнуть, что резкого уменьшения напряжения смещения компараторов конструктивно-схемотехническими способами при стремлении уменьшения линейных размеров компонентов ожидать не следует.

Технологические способы. К технологическим способам необходимо отнести разработку технологических процессов изготовления компонентов, позволяющих уменьшить разброс поверхностных и контактных сопротивлений слоя эмиттера, а также разброс статического коэффициента усиления транзисторов. Этого можно достичь, например, применением технологического процесса имплантации ионов мышьяка при изготовлении эмиттера [112]. Снижение разброса площадей эмиттеров возможно в результате разработки новых принципов и технологических процессов переноса изображения рисунка на кремний, уменьшающих геометрические искажения. Например, с помощью электронно-лучевой фотолитографии исключается применение фотошаблонов в технологическом маршруте. Как показывает анализ табл. 9.2, увеличение разрядности параллельных АЦП требует использования новейших достижений в технологии изготовления интегральных схем.

4. Увеличение быстродействия. Увеличение максимальной частоты преобразования возможно за счет увеличения рабочих токов каскадов и уменьшения паразитных параметров компонентов (емкостей и сопротивлений). Однако увеличение рабочих токов резко увеличивает мощность потребления ИС, что с ростом разрядности создает проблему отвода тепла от кристалла. Уменьшение паразитных параметров компонентов возможно уменьшением их линейных размеров. Повышение максимальной частоты преобразования достигается совершенствованием схемных решений компараторов и шифратора. Например, используя код Грея вместо двоичного выходного кода, можно повысить быстродействие шифратора. Быстродействие АЦП определяется электрофизическими характеристиками применяемых мате-

риалов. Считается, что если использовать в качестве исходного материала для ИС АЦП кремний, достижимое граничное значение максимальной частоты преобразования будет составлять 400 МГц [130].

Увеличение быстродействия по аналоговому входу АЦП с ростом разрядности ограничено достижимыми значениями апертурной неопределенности и разбросом апертурного времени по ХГГ Как было показано выше, практическое уменьшение разброса апертурного времени по ХП может быть достигнуто за счет уменьшения входной емкости АЦП. Последнее достигается лишь технологическими методами: использованием технологий с диэлектрической изоляцией компонентов и переходом на субмикронные размеры воспроизводимых на кремнии элементов. Как показывает анализ табл. 9.3, с увеличением разрядности АЦП частота входного сигнала, при которой динамические погрешности приемлемы, резко падает. Достижимым значением разброса апертурного времени при существующем уровне технологии следует считать десятки пикосекунд, а при большой разрядности - и сотни пикосекунд, что ограничивает полосу входного сигнала для 10-разрядного АЦП до сотен килогерц, единиц мегагерц, а для 12-разрядного - до десятков - сотен килогерц. Отсюда следует вывод, что даже для параллельных АЦП с ростом разрядности для достижения приемлемого быстродействия по аналоговому входу необходимо применять УВХ. Например, металлизация на окиси кремния дает задержку 6,7 пс/мм, что для кристалла с линейным размером линейки компараторов 10 мм дает разброс апертурных времен, равный 67 пс [115].

Перспективным способом увеличения быстродействия АЦП является применение в качестве исходного материала арсенида галлия. В настоящее время на арсениде галлия наиболее отработана технология изготовления схем на полевых транзисторах с барьером Шотки (ПТШ). На ПТШ построить параллельные АЦП возможно лишь с небольшим числом разрядов (4-6), так как статические параметры полевых транзисторов имеют значительный разброс в пределах одного кристалла. Разброс пороговых напряжений HTLQ в пределах ±40 мВ связан главным образом с технологическим разбросом глубины канала ПТШ, от которого это напряжение зависит квадратично. Однако использование арсенида галлия позволяет создавать АЦП с максимальной частотой преобразования 1...1,5 ГГц [116].

Рассмотрев пути увеличения быстродействия и разрядности, покажем, как развивается мировой рынок АЦП. В табл. 9.4 представлены последние разработки АЦП ведущих зарубежных фирм. При составлении таблицы упор делался на экстремальные значения полученного быстродействия [157, 159]. Как показывает анализ табл. 9.4, , АЦП с разрядностью до 9 бит изготавливаются в виде однокристальных ИС и имеют оыстродействие 18...110 МГц. Большинство микросхем выполнены по биполярной технологии и имеют параллельную структуру. Среди этих преобразователей следует выделить ИС MP7684D, выполненную по КМОП-технологии. Высокие показатели