Аналого-цифровой преобразователь

п 11 6 ООУ 29 Свите Советскин Социалистичесиин Республик(45) Дата опубликования описания 18.04,78 сударственный ком ите Совета Министров СССао делам изобретенийи открытий,325 (088,8) 72) Авторы изобретения Г. Коноплев и М. Ф, Пономаре гский Та Заявител иотехничес(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВА Изобретение относится к области радиоэлектроники, импульсной технике, а именно к микроэлектронным преобразователям аналог - код, применяемым в вычислительной и измерительной технике.Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) информации, построенный по схеме поразрядного кодирования, состоящий из собственно преобразователя аналог - код, схемы сравнения и схемы управления 11.Недостатком известного АЦП является сложность схемы и трудность выполнения полупроводниковой микросхемы. Известен АЦП, построенный по схеме считывания, содержащий компараторы и датчик опорного (эталонного) напряжения (тока) 2.Недостатком при технической реализации известного АЦП этого типа является сложность его создания в полупроводниковом кристалле методами микроэлектроники и большая потребляемая мощность, что затрудняет создание АЦП в составе больших интегральных схем.Цель изобретения - упрощение устройства, улучшение его технологичности в микроэлектронном изготовлении, снижение потребляемой мощности, увеличение степени интеграции схемы и быстродействия и обеспечение различных пороговых токов компараторов,нститут им. В. Д, Калмык Поставленная цель достигается тем, что вАЦП, содержащий источник опорного тока, соединенный с компараторами, введены входной многоколлскторный транзистор и много коллекторный транзистор в цепи опорного тока, а компараторы выполнены на триггерах с нспосредственными связями, причем эмиттер входного многоколлекторного транзистора соедине с клеммой источника входного анало- ГОВОГО сигнала, каждый из коллекторов этого транзистора соединен с базой первого транзистора триггера с непосредственными связями соответствующего разряда преобразователя, с базой второго транзистора триггера с непо средственными связями каждого разряда соединены соответствующие коллекторы многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока, эмиттер которого соединен с клеммой источника опорного тока, а базы Обоих мнОГО- коллекторных транзисторов и эмиттеры транзисторов триггероь с непосредственными связямп соединены с общей шиной; прп изготовлении АЦП в составе полупроводниковой микросхемы коллекторные полупроводниковые об ласти входного многоколлекторного транзистора конструктивно совмещены с соответствующими базовыми областями транзисторов триггеров с непосредственными связями, коллекторные области многоколлекторного тран зистора в цепи опорного тока также совмеще5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3ны с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов; соответствующие участки эмиттерной области ъгногоколлекторного транзистора в цепи опорного тока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя,На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема АЦ 1; на фиг, 2 - топология АЦП; на фиг. 3 - разрез по А - Л на фиг, 2,АЦП состоит (см. фиг, 1) из входного многоколлекторного транзистора 1, эмиттер которого соединен с источником входного аналогового сигнала, т триггеров 2 компараторов для т-разрядного преобразователя (триггера на транзисторах с непосредственными связями), опорного многоколлекторного транзистора 3, эмиттер которого соединен с клеммой 4 источника опорного тока, и клеммы 5 входного сигнала, Выходной сигнал в цифровом коде снимается с коллекторов триггеров компараторов разрядов АЦП.1 ри отсутствии входного тока аналогового сигнала левые по схеме на фиг, 1 транзисторы триггеров 2 насыщены, так как в их базы задается ток от транзистора 3, в эмиттер которого задается опорный ток, 11 оэтому при пулевом сигнале на входе АЦП на выходах получаем код 0,.О.При подаче тока аналогового сигнала в эмиттср транзистора 1 через его коллекторы в базы правых по схеме на фиг. 1 транзисторов триггеров 2 задается ток, величина которого пропорциональна входному току, Анализ, проведенный с использованием модифицированной модели Збсрса - Молла, показывает, что при сравнении токов баз транзисторов триггера и превышении тока базы, например, левого транзистора триггера 2 током базы правого транзистора происходит переключение триггера 2, в результате чего леьый транзистор выключается, а правый - включается. На выходе разряда можно фиксировать напряжение логической единицы г,опо близко к напряжению на прямосмещенном р - гг-переходе: для кремния 600 - 800 мВ),Из анализа следует, что переключение компаратора происходит при условииф " а Рф 1 од ад,1 ехр а 18 от,ехрт т где а - приведенный к одному коллектору нормальный коэффициент передачи тока транзисторов 1 и 2; 1, - начальный ток эмиттера транзисторов 1, 2;- напряжение на эмиттерном переходе транзистора 1 (аналоговый сигнал); /,и - напряжение на эмиттерном переходе опорного транзистора.Транзистор 1 выполняется с одинаковыми коэффициентами передачи тока ко всем кол 4лекторам (съг, фиг, 2), и, следовательно, в ба зы правых транзисторов по схеме на фиг. 1 триггеров задаются равные токи, величина которых пропорциональна входному току,Транзистор 3 выполнен так, что в левые транзисторы триггеров задается опорный ток различной величины для триггеров разных разрядов АЦП. Поэтому при подаче входного сигнала происходит последовательное сравнение и переключение компараторов от разряда с меньшим опорным током до разряда с большим опорным током. При увеличении входного тока на выходе АЦП получим последовательно коды:0000111, . 00т разрядов 111 11Зксперимент показал хорошие пороговые свойства АЦП: гистерсзис используемых компараторов незначителен.Из схемы на фиг. 2 ясно, что АЦП предназначен для выполнения в составе интегральных схем с инжекционным питанием. Известно, что структуры с инжекционным питанием имеют минимальное произведение потребляемой мощности на время переключения, обеспечивают высокую степень интеграции элементов на кристалле (сравнимую с МОП ИС). Изготовить компаратор можно по технологии биполярных ИС без формирования изолированных областей, проводя только две диффузии примесей в полупроводниковую подложку. Формула изобретения1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного тока, соединенный с компараторами, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, улучшения его технологичности и снижения потребляемой мощности, в него введены входной многоколлекторный транзистор и многоколлекторный транзистор в цепи опорного тока, а компараторы выполнены на триггерах с непосредственными связями, причем эмиттер входного многоколлекторпого транзистора соединен с клеммой источника входного аналогового сигнала, каждый из коллекторов этого транзистора соединен с базой первого транзистора триггера с непосредственными связями соответствующего разряда преобразователя, с базой второго транзистора триггера с непосредственными связями каждого разряда соединены соответствующие коллекторы многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока, эмиттер которого соединен с клеммой источника опорного тока, а базы обоих многоколлекторных транзисторов и эмиттеры транзисторов триггеров с непосредственными связями соединены с общей шиной.2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения степениинтеграции, быстродействия и снижения потребляемой мощности, коллекторные полупроводниковые области входного многоколлекторного транзистора конструктивно совмещены с соответствующими базовыми областями транзисторов триггеров с непосредственными связями, коллекторные области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока также совмещены с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов. 3. Преобразователь по пп, 1 и 2, о гл ич аю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения различных пороговых токов компараторов, соответствующие участки эмиттерной области мно гоколлекторного транзистора в цепи опорноготока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя.1 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гитис Э. И. Преобразователи информациидля электронных цифровых вычислительныхустройств, М., 1970, рис. 1 - 6, 1 - 7.15 2. Там же, стр. 52 - 53, рис. 1 - 8,600729аг.Т Составитель Д. ГолубовиТехред 11. Рыбкина сдактор Н. Ваничева Подписное Изд. М 322 Тираж 1087 НПО Государственного комитета Совета Министров по дслаги изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5