Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения

( И ЗОБРКтния И АВТОРСН фровые СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ,содержащий преобразователь, код-ток,выход которого через первый резисторсоединен с шиной преобразуемого напряжения, управляющие входи ключейподключены к первой группе выходовустройства управления, хранения и вывода результатов преобразования, первый вход которого соединен с шинойтактовых импульсов, а второй вход -с выходом дифференциального компаратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения точности ибыстродействия, в него введены генератор и коммутатор тока, дешифратор,резистивный делитель, включенный между выходом источника опорного напряжения и общей шиной, дифференциальные каскады, каждый из которых выполнен на двух транзисторах, база первого из которых через соответствующий резистор первой группы резисторов подключена к соответствующему отводу резистивного делителя, база второго через соответствующий резистор второй группы резисторов подключена к выходу преобразователя код-ток, коллекторы первых. транзисторов дифференциальных каскадов через первый нагрузочный элемент соединены с первым входом дифференциального компаратора, к второму входу которого через второй нагрузочный элемент подключены коллекторы вторых транзисторов дид 4 еренциальных каскадов, а эмиттеры транзисторов каждого дифференциального каскада через коммутатор тока соединены с выходом генератора тока, при этом управляющие входы коммутатора через дешифратор соединены с второй группой выходов устройства управленя, хранения и вывода результатов преобразования.Изобретение относится к электронному приборостроению, к быстродействующим аналого-цифровым преобразователям, служащим для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства в составе информационно-вычислительных и управляющих систем, 10Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий о.-разрядный цифро.аналоговый преобразователь, компаратор с дифференциальными входами и устройство управления, .хранения и вывода результатов преобразования.Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, обус- ловленное в основном тем, что цифроаналоговый преобразователь выполнен 20 по методу последовательного динамического формирования опорных уровней, что требует значительного времени на установление переходных процессов, особенно при Формировании уровней, 25 соответствующих старшим разрядам..Наиболее близким кизобретению по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения, содержащий преобразователь код-ток, выход кото" ,рого через первую резистивную структуру соединен с шиной преобразуемого напряжения, а управляющие входы ключей подключены к первым выходам устройства управления, хранения и вывода результатов преобразования, первый вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, а второй вход - к выходу дифференциального компаратора. 40Однако в этих преобразователях н наибольшее время необходимо для установления переходного процесса при сравнении входного сигнала с опорными уровнями старших разрядов в первых тактах сравнения. Переходный процесс установления имеет сложную природу, но в первую очередь определяется эквивалентной постоянной временивыходной цепи цифроаналогового преоб 50 разователя С - 1 ОСз,где К - выходное сопротивление резистивного делителя в нагрузке цифроаналогового преобразователя;Сэ - суммарная емкость элементов,подключенных к выходной точке цифроаналогового преобразователя.Возможности уменьшения С у ограничены минимальными размерами элементов транзисторов и количеством токовых ключей (числом двоичных разрядов). Возможности уменьшения К ограничены Факторами, определякищими точность, температурную и временную стабильность. При уменьшении К необходимо соответственно увеличивать рабочие токи в токовых ключах и, следовательно, в самих резисторах для обеспечения превьшения напряжения одного кванта над шумами компаратора. Повышение точности преобразования сопряжено также с необходимостью увеличения значений статического коэффициента усиления по току транзисторов в токовых ключах, Таким образом, повышение точности преобразования в прототипе приводит к снижению быстродействия или значительному увеличению токов в токовых ключах и резисторах цифроаналогового преобразователя и соответствующему усложнению технологии изготовления интегральных схем.Целью изобретения является повьппение точности и быстродействия аналого"цифрового преобразователя.Цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения, содержащий преобразователь код-ток, выход которого через первый резистор соединен с шиной преобразуемого напряжения, управляющие входы ключей подключены к первой группе выходов устройства управления, хранения и вывода результатов преобразования, первый вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, а второй вход - с выходом дифференциального компаратара, введены генератор и коммутатор тока, дешифратор, резистивный делитель, включенный между выходом источника опорного напряжения и общей шиной, дифференциальные каскады, каждый из которых выполнен на двух транзисторах, база первого из которых через соответствующий резистор первой группы резисторов подключена к соответствующему отводу резистивного делителя, база второго через соответствующий резистор второй группы резисторов подключена к выходу преобразователя код-ток, коллекторы первых транзисторов дифференциальных каскадов через5 10 ние 2 " опорных уровней, необходимых для первых ш тактов сравнения, на 2 статических опорных уровней, сформированных резистивным делителем 1, и, следовательно, исключает затраты времени на ожидание установления этих опорных уровней до требуемой точности, В результате величина тока в резистивном делителе, заменяющем токи в ш токовых ключах старших разрядов цифроаналогового преобразователя, используемого в прототипе, выбирается значительно меньшей, к тому же этот ток протекает только в одной це-, пи, а не в ш параллельно включенных токовых ключах.Выигрыш по быстродействию оказыва-, ется максимальным при конструктивной реализации предлагаемого аналого-цифрового преобразователя в виде интегральной схемы, так как именно в этом случае максимально проявляется эффект взаимной компенсации переходных процессов в эмиттерных и базовых цепях левого и правого идентичных транзисторов включаемой (выключаемой) пары за счет высокой статической и динамической идентичности компонентов и минимизации величин паразитных емкостей.Введение в цепи баз пар идентичных транзисторов дополнительных резисторов, выравнивающих сопротивления по постоянному току источников сигналов Для левых и правых пар и между парами, позволяет снизить требования к величине статического коэффициента усиления по току транзисторов без снижения точности.Практическое применение предложенной схемы позволило реализовать в настоящее время в виде интегральной полупроводниковой микросхемы быстродействующий 10 разрядный аналого-цифровой преобразователь, в котором; в отличие от прототипа, высокая точность и быстродействие получены без увеличения протекающих в разрядах ЦАП токов и ужесточения требований к элементам.18228 6 80,структур при больших рассеиваемых элементами мощностях и больших значения по току транзисторов. АЦП предназначен для серийного производства.35Его использование в различных отраслях народного хозяйства позволяетзначительно сократить габариты, увеличить надежность и долговечнрсть радиоэлектронной алпаратуры и дает большой экономический эффект за счет исключения изготовления и монтажа производимых в настоящее время большихпечатных плат с дискретными элементами, которые заменяет предлагаемый полупроводниковый интегральный АЦП,Кроме того, он найдет применение вцелом ряде новых областей, где позволит внедрить новые методы обработкисигналов. 10 15 20 5 В частности полупроводниковая схесхема аналого-цифрового преобразователя-прототипа, ввиду сложности технологического процесса изготовления промышленностью СИА и других стран серийно не выпускается. Фирма"ТБ 1 пс", заявившая это изобретение, выпускает только 8 разрядный АЦП с временем преобразования 400-1000 нс ("Е 1 есггопхсз", 11 11, 1977, р, 125)Из наиболее быстродействующих интегральных полупроводниковых АЦП на 10 двоичных разрядов известно изделие фирмы "Реггапх" (Англия) с временем преобразования 10 мкс, выпускаемое под шифром ЕИ 432 (журнал "Мсгое 1 есСгопсз апд ге 11 аЬПдСу", Р 4, 1977, р. 389). Реализованный в соответствии с предлагаемым изобретением 10 раз" рядный АЦП имеет следующие параметры: время преобразования составляет 500 нс при потребляемой мощности ке более 700 мВт. При этом изготовление интегрального ЛЦП отличается хорошей технологичностью, так как не требует при применения сложных техпроцессов, необходимых для достижения высокой стабильности транзисторкых.и реэисторных ниях статического коэффициента усиле1018228 ектор С.Чер Техред Х.Иоргента Редактор Н.Сильнягин ное аказ 5574 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Государст по делам изоб 3035, Москва, Ж929 Подлиного комитета СССРтений .и открытий Раущская наб., д. 4/