Автор: Телец В.А. Федорков Б.Г.
Теги: компьютерные технологии радиоэлектроника микроэлектроника микросхемы электроника микропроцессоры интегральные схемы энергоатомиздат
ISBN: 5-283-01545-9
Год: 1990
Текст
Микросхемы ЦАП и Ацн
Б. П ФЕ ДОР КОВ
В.А.ТЕЛЕЦ
Микросхемы
ЦАПиАЦП:
функционирование,
параметры,
применение
Б.Г.ФЕДОРКОВ
В.А.ТЕЛЕЦ
Микросхемы
ЦАПиАЦП:
функционирование,
параметры,
применение
1§д
МОСКВА
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
1990
ББК 32 97
ФЗЗ
УДК 681.325
Рецензент доктор техн. наук В. Г. Домрачев
Редакторы: Н. К. Ваулин, Н А. Медведева
Федорков Б Г., Телец В. А.
ФЗЗ Микросхемы ЦАП и ЛЦП: функционирование,
параметры, применение. — М.: Эпсргоатомиздаг,
1990, —320 с.: ил.
ISBN 5-283-01545-9
Приведены электрические параметры и эксплуатационные
характеристики отечественных микроэлектронных цифро-ана-
логовых н аналого-цифровых преобразователей (ЦАП и ЛЦП).
Подробно рассмотрены особенности развития п применения
больших и сверхбольших микросхем ЦАП, АЦП н систем об-
работки информации. Уделено внимание методам измерения
н контроля параметров преобразователен. Указаны области
их применения.
Для инженерно-технических работников в области разра-
ботки н эксплуатации РЭА
Ф
2404020000-360
051(01)-90
213-90
ББК 32.97
ISBN 5-283-01545-9
© Авторы, 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
В истекшее десятилетие публикации по преобразова-
тельной тематике приобрели большую популярность у спе-
циалистов в области разработки радиоэлектронной аппара-
туры (РЭА). Это обусловлено широким внедрением в от-
расли народного хозяйства средств микроэлектроники
и вычислительной техники, обмен информации с которыми
обеспечивается линейными цифро-аналоговыми и аналого-
цифровыми преобразователями (ЦАП и АЦП).
К середине 80-х годов интерес разработчиков РЭА
к отечественным микроэлектронным преобразователям был
частично удовлетворен после выхода в свет нескольких
книг, в которых содержался справочный материал о первых
отечественных интегральных микросхемах (ИС) ЦАП
и АЦП системе их параметров, терминах и определениях,
методах и средствах измерений. Они сыграли заметную роль
в подготовке специалистов к восприятию информации о но-
вейших достижениях микроэлектроники в области создания
ЦАП и АЦП.
В то же время ни в одной из отечественных книг не были
пока рассмотрены вопросы, связанные с особенностями со-
временного этапа развития ЦАП и АЦП, который характе-
ризуется разработкой больших и сверхбольших ИС (БИС
и СБИС)
Предлагаемая книга по замыслу авторов должна в зна-
чительной мере восполнить этот пробел.
Авторами принималось во внимание, что описание прин-
ципов работы микроэлектронных ЦАП и АЦП, их класси-
фикация, система электрических параметров, термины и оп-
ределения, справочные данные по наиболее известным ти-
пам микросхем знакомы читателям из предшествующих
публикаций.
Следует отметить, что переход на разработку ЦАП
и АЦП в виде БИС и СБИС открыл новые аспекты научных
1*
3
исследований и инженерной практики, связанные с расши-
рением областей применения преобразователен, изучением
влияния пх основных электрических параметров на техниче-
ские характеристики аппаратуры, совершенствованием ме-
тодов проектирования, схемотехнических п конструкторско-
технологических решений.
Очевидно, что детальное изучение каждого из указан-
ных направлений вызовет появление на рынке научно-тех-
нической информации новой литературы, имеющей целью
углубление, обобщение и популяризацию накопленных зна-
ний о различных этапах развития БИС и СБИС ЦЛП
и АЦП Но эго в будущем. Нарастающий в последние годы
большой интерес к этой тематике со стороны разработчиков
РЭА различных отраслей народного хозяйства, науки и тех-
ники побудил авторов к написанию этой книги, в которой
сделана попытка обобщить первый опыт создания н прак-
тического применения отечественных БИС и СБИС ЦЛП
и АЦП
Глава 1 книги содержит необходимую вступительную ин-
формацию и начинается с обзора наиболее распространен-
ных областей применения микросхем ЦЛП и АЦП Рас-
сматриваются простые и наглядные примеры взаимосвязей
электрических параметров преобразователей и техпико-экс-
плуатационпых характеристик аппаратуры. Уделено внима-
ние вопросам функционирования микросхем ЦАП и АЦП
в составе РЭА в условиях воздействия внешних факторов:
механических, климатических, биологических и радиацион-
ных. Коротко описаны основные механизмы их воздействия
на микросхемы преобразователей.
Поскольку общим вопросам проектирования БИС
и СБИС посвящено достаточно большое количество публи-
каций, авторы посчитали целесообразным обратить внима-
ние читателей лишь на те особенности этого процесса, ко-
торые обладают спецификой с точки зрения разработки
БИС и СБИС ЦАП и АЦП.
Рассмотрены проблемы совмещенного структурно-схе-
мотехнического и элементно-технологического проектирова-
ния БИС ЦАП и ЛЦП. Показана связь между технологи-
ческими характеристиками и уровнем электрических пара-
метров преобразователей, исследовано влияние на них
шумов. Описан подход к оценке предельных возможностей
создания БИС ЦАП и АЦП с точки зрения структурных,
схемотехнических и технологических ограничений.
и
i;
Завершается гл. 1 рассмотрением отличительных экс-
плуатационных свойств микросхем ЦАП и АЦП серий
К572, К1107, К1108, КП 13 и КП 18, разработанных для вы-
полнения разноплановых технических задач с использова-
нием различных схемотехнических и конструкторско-техно-
логических решений
Таким образом, в гл. 1 сделана попытка показать ту ло-
гическую связь, которая существует между исходными тре-
бованиями поставленной технической задачи (области при-
менения, аппаратура), внешними и внутренними условиями
ее выполнения (воздействующие факторы и особенности
проектирования), а также практическими результатами,
выраженными через достигнутые уровни электрических па-
раметров и эксплуатационных характеристик микросхем
ЦАП и АЦП
В последующих главах книги (гл. 2—5) подробно описа-
ны функциональный состав, принципы работы и особенно-
сти элементно-структурного построения, основные электри-
ческие параметры, режимы эксплуатации и их численные
значения, типовые и специальные схемы включения отечест-
венных микросхем ЦАП и АЦП, а также микроэлектрон-
ных систем сбора и обработки сигналов, включающих пре-
образователи в качестве важнейшего элемента.
Степень подробности изложения материалов различна от
типа к типу ЦАП и АЦП Так, в параграфах, посвященных
умножающим ЦАП серин К572 (известным по более ранним
публикациям), акцепт сделан па специфику их применения
в аппаратуре и принципиальные электрические схемы уст-
ройств преобразования формы информации. Меньшее вни-
мание уделено описанию принципов работы и структуре по-
строения самих микросхем ЦАП.
Напротив, при изложении материала по новым разра-
боткам БИС и СБИС преобразователей пли систем подроб-
но описаны функциональный состав, принципы работы, а в
наиболее сложных и интересных случаях — особенности
взаимодействия внутренних элементов и узлов схем По-
скольку опыт практического применения БИС и СБИС ЦАП
и АЦП в аппаратуре пока невелик, в некоторых случаях
для самых последних разработок преобразователей приве-
дены только типовые схемы включения.
Авторы стремились к тому, чтобы приводимые в книге
примеры использования конкретных типов микросхем ЦАП
и АЦП отличались разнообразием и как можно полнее ха-
рактеризовали их функциональные возможности. Если
5
в выбранных для описания примерах наблюдались элемен-
ты повтора, то они, как правило, исключались из иллюстра-
тивного или текстового материала. Поэтому в книге рас-
смотрено достаточно много отдельных узлов функциональ-
ных и принципиальных электрических схем, отличающихся
оригинальностью.
В гл. 6 рассмотрены методы и оборудование для авто-
матизированного контроля и измерения параметров ЦАП,
АЦП в лабораторных условиях и на производстве. Боль-
шинство из них имеет в основе оригинальные технические
решения.
В гл 7 указаны перспективы развития устройств преоб-
разования информации.
Книга написана авторами в творческом содружестве.
Авторы признательны доктору техн, наук, профессору
В. Г. Домрачеву, рецензировавшему' рукопись, и редактору
И. К. Ваулину за высказанные ценные предложения и за-
мечания, которые позволили как улучшить методику изло-
жения материала, так и устранить неточности и гем самым
повысить качество книги.
Авторы выражают искреннюю благодарность 3 Ф Те-
лец в А. Д. Телец, Н. А. Савченко за их труд по оформле-
нию рукописи.
Просим читателей направлять свои отзывы о книге
в адрес издательства: 113114, Москва, М-114, Шлюзо-
вая наб., 10.
Авторы
Глава 1
Общие сведения
1.1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ
ЦАП И АЦП
Уровень п направления развития микроэлектронных ЦАП и АЦП
в значительной степени определялись и продолжают определяться тре-
бованиями к техническим и эксплуатационным характеристикам радио-
электронной аппаратуры (РЭА), в которой они применяются. Эти тре-
бования могут существенно различаться п зависимости от назначения,
принципа действия, конструктивного исполнения п условий эксплуа-
тации РЭА [1].
Необходимость в приеме, обработке п передаче большого объема
информации в реальном масштабе времени при решении задач радиоло-
кации, телевидения, исследования быстропротекаюших процессов в раз-
личных установках привела к созданию быстродействующих и сверхбы-
стродействующих интегральных микросхем (ИС) ЦАП н АЦП. Решение
проблем связи потребовало разработки многоканальных преобразовате-
лей. Прецизионные измерения, сейсморазведка, создание автоматизиро-
ванных систем управления станками, уникального технологического
и испытательного оборудования, аппаратуры высококачественной зву-
козаписи п зв}ковоспроизведеиня, многих медицинских приборов было
бы невозможно без использования ИС ЦАП и АЦП с высокой разреша-
ющей способностью. Жесткие требования по энергопотреблению и массо-
габаритным показателям, предъявляемые к бортовой РЭА, удовлетво-
ряются за счет применения мнкромошных и функционально закончен-
ных преобразователей, нс требующих для своей работы дополнительных
внешних дискретных элементов и ИС. Для народного хозяйства жела-
тельно иметь номенклатуру дешевых преобразователей не обладающих
рекордными значениями электрических параметров и эксплуатационных
характеристик. Микросхемы ЦАП и АЦП. устойчивые к воздействию
7
различных внешних факторов, находят применение в РЭА специального
назначения.
За последнее десятилетне в мире создано более сотни типов ИС
ПАП и АЦП, отличающихся по функциональному составу и назначе-
нию, конструктивным, электрическим и эксплуатационным характери-
стикам. Известно их применение совместно с микропроцессорами (МП)
и микроЭВМ в составе устройств сопряжения с объектами и интерфей-
са, а также использование в качестве самостоятельных функциональ-
ных элементов в узлах и блоках РЭА.
В табл. 1.1 и 1.2 представлены некоторые аз множества областей
применения ЦЛП п АЦП, специфику которых можно определить по зна-
чению основных электрических н конструктивных параметров. Состав
параметров соответствует ГОСТ 24736 81. Основные электрические >1
конструктивные параметры ИС ЦАП, ЛЦП иаилучшим образом харак-
теризуют свойства самих преобразователей и через функции связи поз-
воляют оценить достигаемые технические характеристики РЭА. В этом
можно убедиться, рассмотрев несколько простых примеров.
Пример 1.1. Для оценки качества аналогового сигнала в канале
сбора данных в условиях наложения шумов, определения минимально-
го возможного шума в цифровых анализаторах сигналов и других
устройствах используется отношение сигнал/шум (С/Ш), которое эмпи-
рически связано с разрешающей способностью (числом разрядов) и не-
линейностью используемого ЛЦП Увеличение числа разрядов Ъ преоб-
разователя приводит в общем случае к повышению его разрешающей
способности, т. е. чувствительности к уровню входного аналогового сигна-
ла, и непосредственно влияет на увеличение отношения С/Ш: С/Ш —
= 6.02 6+1,76, дБ, которое справедливо для идеального ЛЦП с распре
делением собственного шума, близким к нормальному
Для реального АЦП отношение С/Ш может быть представлено ра-
венством
С/Ш = 6.026 +1,76 — А (С/Ш),
где Д(С/Ш) = 10 log2(14-12o^H)—девиационное изменение отношения,
выраженное через дисперсию дифференциальной нелинейности преобра-
зователя Од „.
Пз примера следует, что задаваемые требования к качеству сигна-
ла в канале сбора данных могут являться отправной точкой для вы-
бора типов и характеристик преобразователей.
Пример 1.2. Верхняя граница частотной полосы входного аналого-
вого сигнала /в я АЦП параллельного типа, входящего в состав радио-
локационного приемного тракта обработки сигналов, в общем виде оп-
ределяется из равенства
/в.а = с!2г,
где с—скорость света; г—разрешение радиолокатора по дальности.
8
Таблица 1 1 Области применения АЦП
Области применения Усредненные значения параметров
Число двоичных (десятич- ных) раз- рядов Время преобра- зования мкс Полоса частот входного сигнала, in Дифферен - циал имя нелиней- ность. МР
Индикация скорости автомо- 6 102 I 0 5
биля 210- 0,5
Радиолокация 6—8 0,05
Видеомагнитофоны 6—8 0,05 10- 0,5
Анализаторы спектра сигна- 6 0,02 5 10- 0 5
лов в системах связи До 10" 0,5
Авиакосмические средства 6 0,01
цифровой обработки данных Анализ структуры поверхно- 6—8 0,01 До 106 0,25
стен и внутренних слоев тех-
ничсскнх материалов Цифровое телевидение 8 0.05-0 1 10; 0,25
Радионавигация 8-10 0 05-1 10; 0,5
Цифровые системы передачи 8 005—0 1 3-10- 0,5
широкополосных сигналов 5-10’ 0,25
Осциллографы с памятью 8-10 0,05
Оптико-измерительные при 10 1 10J 0,25
боры 500 0,25
Испытатели транзисторов 10 20
Генераторы стандартных си- 10 30 10' 0,5
гн ал о в 0,5 0,25
Управление процессами в 10—1? 10—50 102
промышленности
Телефония (кодеки) 12 100 3 4-101 0,5
Преобразователи угол—код 12 150 25 104 0,5; 0,25
Медицинское оборудование 12 — 300 0,5 0,25
Радиолокация (дальнее об- 1 -16 3 2 10» 0 5
наружеиие) 0,25
Термометрия 14 Ю4 102
Автоматическая регулировка 14 — — 0,25
усиления 0,5
Телеметрия 11 102 —
Сило- и массоизмеритсли 16 10> 2 0,25
Высококачественная звуке- 16 50 2 10’ 0,5
запись и зву-ковоенронзводство 0,125
Инерциальная навигация (с 16 10“ 10
накоплением)
Сейсмо- и георазведка 16 5 102 — 0,5
Приборы для физических ис- 16-13 1-5 — 0.5
следований
Технологическое оборудова- 18 20—50 — 0,5 0,25
ние (электронно-лучевая лито- графия)
Калибраторы 18 До 100 0,25
9
Продолжение табл. 11
Области применения Усредненные м'ачения иар.1мстрон
Число двоичных (десятич- ных) раз- рядов Время преобра- зования, мкс Полоса частот входного сигнала. Гм Дифферен- циальная нелиней- ность. МР
Специальные вычислители для цифровой обработки сиг- налов* 20 3-5 Ю5 0,5; 1,0
Электрокардиогр а фя?* * (3,5) 5 Юз 100 0,5
Щитовые приборы** (3) 5 103 юо 0.25
Цифровые мультиметры** (3,5- 5,5) 10‘—4Х Х101 юо 0,25
Импульсные рефлектомет- ры** (3.5) (3,5- 3- 10 s — 0 5
Двухкаиаль.чые осциллогра- фы** 1,5) 2 101 — 0,25
* Область применения АЦП с слаг.ающсВ запятой.
•* Области применения интегрирующих АЦП.
Прн этом частота преобразования1 [с АЦП выбирается равной
(2-3) fBS
Нетрудно показать взаимосвязь между г, /ва и временем преобра
зовання tc:
/с = 2г/с = 1/(2 4- 3) /п а
Использование на начальном этапе проектирования приемного тракта
приведенных несложных соотношений вполне допустимо и способствует
в дальнейшем правильному выбору элементной базы.
Пример 1 3. Пропускная способность канала сбора и обработки
данных Q оценивается по числу разрядов и времени преобразования
используемого АЦП: Q=b/tc.
Пример 1.4. Максимально допустимая частота опроса каналов
в системе преобразования данных (при условии одинакового времени,
отводимого на опрос каждого из каналов) зависит от частоты преобра-
зования системы, а в конечном счете — от частоты преобразования вхо-
дящего в состав канала тактируемого А11П: fOap=ic/n, где п — число
каналов системы.
Пример 1.5. Максимальная частота преобразования сигнала в сис-
теме сбора данных (прн условии поддержания погрешности преобразо-
1 Средн разработчиков РЭА используются также термпии-сипопп-
мы: частота дискретизации, тактовая частота, частота тактирования.
10
Таблица 1.2 Области применения ЦАП
Cfi'iacTii применения Усредненные значения параметров
Число двоичных разрядов Время установле- ния, мкс Дифферен- циальная нелинейность, МР
Цифровые потенциометры 8 10» 0,5; 1,0
Высокостабильные генерато- ры частот 8 0,05 0,5
Термо- и телеметрия 8 КУ* 0,5
Видеомагнитофоны 8-10 0,3 0,5
Телевидение 10 0,02 0,5
Дисплеи на ЭЛТ 10—12 1 0,5
Генераторы развертки 10—12 5 0,25
Аналоге цифровые преобра- зователи 10-12 — 0,5; 0,25
Системы распределения в отображения данных 12 0.3 0,5
Цветные дисплеи 12 0,1-0,5 0,25
Графопостроители 12 1-10 0,25
Программируемые источники питания 12 10-20 0,5; 1,0
Контрольно-измерительная аппаратура 1! 10 0,5; 0,25
Управление настройкой ра- диоустройств 14 ю- 0,5
Телефония 14 50 0,5
Высококачественная звуко- запись и звуковоспроизведение 14—16 20 0,5
Управление процессами в промышленности 14 0,5
Калибраторы 16 10» 0,25
Радиолокация 16 2 0,5
Технологическое оборудова- ние (электронно-лучевая лито- графия) 16-18 102 0,5
Гео- и сейсморазведка 16 — 0,5
Гидроакустика 16 3 0,5
Приборы для физических ис- следований, измерительные си- стемы 18 0,5
11
ваиии на уровне разрешающей способности входящего в состав систе-
мы ^-разрядного ЛЦП) определяется из выражения
/смаке = (1 /2(Ь+” ) -Ч-
Пример 1.6. Динамический диапазон аналогового сигнала на входе
ЛЦП пли выходе ЦЛП определяется числом разрядов преобразова-
теля:
10^2 О ~ ' 1 .
где D — динамический диапазон аналогового сигнала, являющийся важ-
ной характеристикой каналов связи, приемных трактов радиолокацион-
ных гидроакустических систем п т. п.
Пример 1.7. В щитовых цифровых измерительных приборах исполь-
зуются АЦП, которые отслеживают аналоговый сигнал с заданной
точностью до тех пор, пока скорость его изменения нс превысит скоро-
сти слежения преобразователя, т. е. время слежения
^с.т =* 2 Цп.ш/^ci
где Пп.ш — напряжение полной шкалы преобразования, соответствую-
щее диапазону входного аналогового сигнала АЦП Тем самым вводит-
ся ограничение из применение преобразователен по уровню технических
характеристик и выявляется необходимость использования внешнего
устройства выборки и хранения (УВХ). Тогда скорость изменения ана-
логового сигнала па входе каскада УВХ — АЦП будет ограничиваться
в основном апертурным временем ta:
^с.т — 2 Цпли/^а-
Пример 1.8. Свойства амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)
канала обработки аналоговой информации во многом определяются
значением /а АЦП. Если /п АЦП нормировано, то коэффициент спада
АЧХ для гармонического входного сигнала, достигающего амплитуды в
момент подачи им 1ульса па тактовый вход преобразователя определи
ется из । авенства
As - 20 Ig [1 +(cos,4Za)//x]/2,
где Ks — коэффициент спада АЧХ; {х — период сл щования входно-
го сигнала.
Пример 1.9. Если принять что для Ь-разрядного АЦП с разрешаю-
щей способностью (Vs)6 апертурная но уешпость не превышает растет-
пого значения шага квантования, то для оценки динамической погреш-
ности, вносимой преобразователем с нормируемым /а, справедливо со-
отношение
/а= (1 /2(t+”) nfx или 1/2’’ = 2.ifx ta,
где fx — частота следования входного сигнала.
Пример 1.10. Разработчики аппаратуры постоянно сталкиваются
12
с необходимостью уменьшения паразитных емкостей плат и узлов в свя-
зи с тем, чтобы прн увеличении быстродействия микросхем рассеивае-
мая ими мощность не возрастала в соответствии с выражением
Ррас = С(72//2,
где Р—мощность рассеяния; С — суммарная емкость элемента РЭА;
(J и f — напряжение и частота следования (или частота преобразова-
ния) сигнала.
Пример 1.11. Доплеровский процессор самолетной мпогорежимиой
когерентной pa&i олокационной станции (РЛС) прн обнаружении на-
земных целей в режиме сужения луча для каждого из интервалов даль-
ности должен производить N выборок сигнала с частотой f с последу-
ющей реализацией гребенки фильтров с полосой &f=f/N каждый. По-
скольку входным устройством доплеровского процессора является АЦП,
то его характеристиками b п fe в основном и определяются значения
W и f. Тогда справедливо равенство
fcnsf= (2JV ЛОР sin0o)/A,,
где N=2b — допустимое число выборок сигнала; АО — разрешающая
способность по азимуту; V — путевая скорость самолета; 0О— угол
между осью главного лепестка диаграммы направленности антенны
РЛС и вектором путевой скорости самолета; X— длина волны излуче-
ния.
Для определения частоты выборок сигнала доплеровского процес-
сора в режиме с синтезированием апертуры используют другое равен-
ство:
f = (2V/VAcr sin 0O)/Z,
в котором Дсг — боковая дальность до объекта. Расчеты показывают,
что в режиме с синтезированием апертуры для обеспечения разрешаю-
щей способности по дальности 3 м требуется АЦП с fc = 60 МГц. А для
получения разрешения по боковой дальности 3 м необходимо произво-
дить обработку 2048 выборок сигнала. Если этот процесс осуществляет-
ся в реальном времени с параллельным вводом цифровой информации,
то число разрядов АЦП в доплеровском процессоре не должно быть
меньше 10—11.
Рассмотрение нескольких примеров поможет читателям убедиться
в правомерности вывода о бесконечном множестве вариантов приме-
нения ИС ЦАП и АЦП в различных классах РЭА, определить место
преобразователей в структурных схемах ее узлов и блоков.
Для получения информации о геологическом разрезе поверхност-
ного слоя земли или поверхности планет в процессе геофизических п
космических исследований используется метод прецизионного позициони-
рования изображений в электронно-лучевых регистрирующих системах
,(рис. 1.1,а). Управление положением луча по вертикали с высокой лк-
13
33 М
ЦАП
Генератор
рззбертка
Уяразлеиие яркостью луча
Управление
по вертикали
Злектронно-
прожектор
Система
отклонения луча
Фото-
пластина
Токгг.вВые
импульсы
коВсВ
ЦА7
J И/И'
Разбертка
г.о горизонтали, а)
6)
Рис 1.1. Структурные схемы аппаратуры, реализующей метод прецизи-
онного позиционирования изображений (о) и генератора развертки (б)
нейноегыо осуществляется с помощью 16-разрядного ЦАП. В этой же
системе 8—10-разрядные ЦАП используются для выбора тона и яркости
изображения, а также в генераторе развертки (рис. 1.1, б).
В генераторе линейной развертки (рис. 1.1, б) с двоичного счетчика
на вход ЦАП посыпает цифровой код, который с каждым тактовым
импульсом увеличивается на одни младший разряд (МР), На выходе
ЦАП появляется ступенчато изменяющееся напряжение, высота каждой
ступеньки которого соответствует МР ЦАП. Чем выше разрешающая
способность преобразователя, тем больше напряжение иа его выходе
приближается к линейному. При использовании 12-разрядного ЦАП
совместно с 12-разрядным счетчиком конечное число ступенек иа восхо-
дящей части напряжения развертки составит 4095, что обеспечит ли-
нейность иа уровне 0,0!2 % полной шкалы преобразования при собст-
венной нелинейности ЦАП±0,5 МР. Период повторения пилообразного
напряжения задается частотой следования тактовых импульсов (ТП)
Рассмотренный вариант схемы генератора развертки может быть
использован в радиолокационных индикаторах кругового обзора (ИКО)
для обеспечения опорного пилообразного напряжения ЦАП Преобразо-
ватели, работающие с изменяющимся по значению форме и знаку опор
ным напряжением, называют умножающими (УЦАП) В УЦАП проис-
ходит перемножение входного двоичного числа иа значение опорного
напряжения
Умножающие ЦАП широко применяются в устройствах измерения,
14
1/K
Рис 1 2. Структурная схема устройства для автоматического измерения
коэффициента усиления
контроля, регулирования, управления н т. п На рис. 1.2 показана
структурная схема для автоматического измерения коэффициента уси-
ления К ретрансляционных усилителей телефонных сетей. Входное на-
пряжение используется в качестве опорною напряжения УЦАП и однов-
ременно подается на одни из входов устройств» сравнения (УС). Из
цифровые входы УЦАП поступает параллельный цифровой код от ре-
версивного счетчика, фиксирующего ну пульсы с выхода генератора
управляемого напряжения (ГУН). Управление п направление счетом за-
даются сигналом с выхода УС, который сравнивает опорное напряже-
ние УЦАП с напряжением на выходе усилителя. При равенстве этих на-
пряжений УС вырабатывает сигнал остановки ГУП Счетчик фиксирует
соответствующее количество импульсов ь формирует цифровой код,
пропорциональный 1/К Этот код поступает иа цифровые входы УЦАП,
с выхода которого па вход испытуемого усилителя поступает аналого-
вое напряжение, также пропорциональное 1/л. Усилитель должен уве-
личить его в К раз до первоначального значения. Рассмотренная схема
может быть использована для автоматизированного измерения Л' уси-
лителей любого класса, в том числе ИС операционных усилителей (ОУ),
УЦАП используются для регулирования положения ротора спиус-
по-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) —электротех-
нического устройств», содержащего роторную и две взаимно перпенди-
кулярные статорные обмотки. Когда иа роторную обмотку подастся
синусоидальное напряжение, в статорных обмотках наводятся напряже-
ния, пропорциональные синусу и косинусу утла поворота ротора. Если
же напряжения, приложенные к обмоткам статора, пропорциональны
синусу и косинусу некоторого угла, ротор поворачивается на соответст-
вующий угол. Эти устройства широко применяются для построения пре-
образователей угол—код
С помощью ЦАП и АЦП решаются задачи организации обмена ин-
формацией с ЕС ЭВМ в масштабе времени сигналов звукового вещания
12]. На рис. 1.3 показана структурная схема терминала па базе
15
Рис 1 3 Структурная схема терминала на базе ЭВ VI
ЕС 7903 М, включающая преобразователи информации. С выхода магни-
тофона Л'1г/ аналоговый спгна i звукового вешания поступает на вход
10—14-разрядного ЛЦП, где преобразуется в цифровой код, который по-
дастся на вход устройства сопряжения (УС). В УС1 сигналы с выхо-
да ЛЦП синхронизируются л согласовываются с сигналами блока управ-
ления БУ1, который даст команду о прохождении информации в опе-
ративное ЗУ (ОЗУ) ЭВМ, а затем во внешнюю память ЭВМ на магнит
ных лентах пли дисках. Вывод обработанного цифровыми методами
сигнала звукового вещания из ЭВ VI на Мг2 осу ществляется с помощью
ЦАП. Информация считывается из внешней памяти ЭВМ в ОЗУ. откуда
поступает на вход блока стандартного сопряжения (БСС). После реа-
лизации команд управления информация поступает на выводное устрой
ство УС2, а затем по команде БУ2 — па вход ЦАП Сигнал с выхода
ЦЛП записывается па Мг2. Совокупность АЦП ЦАП УС1 УС2 и гене
ратора Г образует устройство сопряжения сигналов звукового вешания
(УССЗВ).
Микросхемы ЦАП и ЛЦП широко применяются в интерактивных
средствах обмена информацией между оператором и ЭВМ, а также ба-
зой данных информационных систем К таким средствам относятся ре-
чевые терминалы (РТ), в которых ЛЦП используются для организации
ввода вывода информации в подсистеме распознавания слуховых обра-
зов, а ЦАП — в подсистеме синтеза речи (рис 1.4) [3J. Помимо ЛЦП,
ЦАП фильтра низкой частоты (ФНЧ) и полосового фильтра (ПФ) на
схеме показаны пять .модулей на основе микропроцессоров (МП), В мо-
ду тс анализа и кодирования (МАК) речевого сигнала цифровая обра-
оотка сигнала выполняется методами дифференциальной импульсно кодо-
16
Риг. I 4 Структурная схема речевого терминала
вон модуляции и выделения параметров на базе линейного предсказания
В модуле синтеза и восстановления (МСВ) осуществляется обратная
операция — декодирование речевого сигнала в соответствии с заданной
процедурой Модуль распознавания образа (МРО) построен на матрич-
ной БИС п выполняет параллельную обработку вектора параметров ре-
чевого сигнала. Для подключения РТ к информационно!! системе исполь-
зуются модули протоколов нижнего и верхнего уровней (МПУ) для пе-
редачи в цифровой форме образов речи или команд.
Области применения интегрирующих преобразователен отличаются
некоторой спецификой, связанной с принципом их работы и набором ос-
новных электрических параметров Так, результат преобразования в ин-
тегрирующих ЛЦП часто представляется в десятичном коде (см. табл.
11). что удобно для применения в цифровых мультиметрах, щитовых
приборах, электронных термометрах и др Интегрирующие ЦАП типа
частота—напряжение характернвуются диапазоном частот входного
сигнала и уровнем нелинейности преобразования на заданных часто-
тах [4]
Низкий уровень шумов, обеспечиваемый интегрирующими ЛЦП
в процессе преобразования аналоговых сигналов, делает их незамени-
мыми для применения в щитовых приборах, мультиметрах, цифровых
термометрах и т. п.
Нс менее разнообразны области применения преобразователен час-
тота— напряжение (ПЧН). Они используются в системах измерения
скорости и торможения автомобилей, измерителях ухода частоты несу-
щей. генераторах управляемого напряжения высокоточных накопителях
информации, помехоустойчивых системах передачи данных, временных
устройствах, фильтрах' низкой частоты, измерительных каналах с час-
тотно-импульсной модуляцией, прецизионных ЛЦП п др.
На рис. 1.5 представлена структурная схема системы управления
2—385 17
Рис 1.5. Структурная схема системы управления торможением автомо-
биля
торможением автомобиля, предотвращающая юз. Ее работа основана на
измерении отрицательного ускорения задних колес три торможении или
повороте. Датчики угловой скорости (частоты вращения) установлены
у каждого из ведущих колес, поскольку дифференциал автомобиля поз-
воляет им вращаться с различными скоростями, вплоть до полной оста-
новки. Сигналы с выходов датчиков, несущие информацию о частоте
вращения, поступают на индивидуальные ПЧН. Уровни напряжения с
выходов ПЧН подаются па схему сравнения (СС), в результате чего вы-
является колесо с наименьшей угловой скоростью Выход схемы срав-
нения соединен с дифференцирующим устройством (ДУ), которое вы-
рабатывает сигнал замедления противоположного колеса. Таким обра-
зом сцепление автомобиля с поверхностью дороги выравнивается.
Структурная схема измерительного канала (ПК) для передачи ана-
логовых сигналов в электрофизических установках показана па рис. 1.6
[5].
В схеме можно выделить два основных элемента частотно-импульс-
ные модулятор и демодулятор (ЧИМ и ЧИДМ). В составе ЧИМ исполь-
зуется ППЧ, который гальванически развязан с адаптером последова-
тельной линии связи. Это обстоятельство, а также экранирование ПНЧ
являются важными факторами повышения помехоустойчивости ПК-
В ЧНДМ включены ПЧН и ПНЧ для подавления пульсаций напряжения
Рис 1.6. Структурная схема помехоустойчивого измерительного кана-
ла с часто гво импульсной модуляцией
18
Рис, 1.7. Структурная схема измерителя спектральной плотности шумов
на выходе. За счет применения ПНЧ и ПЧН в НК обеспечивается пере-
дача па интерфейс нс только аналогового напряжения, по и ЧПМ-спгиа-
ла, необходимого дли цифровой обработки и ввода информации в ЭВМ.
Благодаря высокой линейности и простоте функционирования ПНЧ
эффективно применяются в контрольно-измерительном оборудовании.
На рис. 1.7 показана структурная схема измерителя спектральной плотно-
сти шумов сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКИ), кото-
рая измерялась при замкнутой петле обратной связи по магнитному по-
току прибора [6]. На частоте настройки узкополосного усилителя (УПУ)
из шумового сигнала £7ШГА) иа выходе СКИ выделяется компонента
Umf Ее амплитудное значение возводится в квадрат в аналоговом ум-
ножителе (АУ) н преобразуется в ПНЧ в эквивалентное значение час-
тоты. С помощью многоканального анализатора (МКА) осуществляется
счет Л' импульсов ПНЧ, их запоминание и усреднение по числу после-
довательных измерений за фиксированное время Т.
В табл 1.1 упоминаются АЦП с плавающей запятой, которые при-
меняются при цифровой обработке аналоговых сигналов, изменяющихся
в широких пределах Это одна из новых разновидностей АЦП, обеспе
чивающнх динамический диапазон преобразования иа уровне 20 разря-
дов и более. Обладая сложной структурной схемой, ЛИП с плавающей
запятой представляют завершенные функциональные элементы вычисли-
тельной техники. Результат преобразования таких АЦП представим ко-
дом мантиссы в колом порядка.
В одной книге практически невозможно рассказать о всех областях
применения ЦАП и АЦП во всей их полноте. С каждым годом они раз-
двигают свои границы по мерс внедрения в различные сферы науки и
техники МП и микроЭВМ. Поэтому рассмотренные в § 1 1 примеры
использования преобразователей и взаимосвязи их основных параметрон
и характеристик с параметрами п характеристиками РЭЛ не претендуют
на полноту. В то же время они позволяют определить, какие показате-
ли качества принимаются во внимание разработчиками РЭА при выбо-
ре ЦАП, АЦП и оценке их соответствия предъявляемым техническим
требованиям.
2*
1.2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ЦАП
И АЦП
Совместное рассмотрение табл. 1.1, 1.2 и рис. 1.1 —1.7
позволяет сделать вывод, что при существующих различи-
ях в конструкции, условиях эксплуатации, принципах рабо-
ты и назначении РЭА ее разработчиками выдвигается ряд
единых требований к составу и значениям важнейших элек-
трических параметров ЦАП, АЦП. В общем случае учиты-
ваются число разрядов Ь, нелинейность б/., дифференциаль-
ная нелинейность bLD, абсолютная погрешность преобразо-
вания в конечной точке шкалы firs, входные и выходные
напряжения высокого и низкого уровня U/ц, U/l, Uoh, Uol,
токи потребления 1СС, число каналов С, максимальная ча-
стота входного напряжения максимальная частота пре-
образования (с, время преобразования /,, время установ-
ления но току и по напряжению tsi и lsU, диапазон рабочих
температур XT (использованы международные буквенные
обозначения параметров, физические определения которых
с необходимым иллюстративным материалом приведены
в [4 ).
Перечисленные параметры наиболее точно описывают
работу преобразователей в статическом и динамическом
режимах, при воздействии внешних факторов, а потому ча-
ще других включаются в нормально-техническую докумен-
тацию (НТД).
Для наглядности информации и удобства сравнения
преобразователей по технпчеш ому уровню вся совокуп-
ность электрических параметров может быть представлена
в виде некоторого многомерного пространства. Тогда наи-
более информативным оказывается пространство меньшей
размерности, представимое сечением разрешающая способ-
ность— быстродействие или так называемой R— /-плоско-
стью. При этом под разрешающей способностью R понима-
ется величина, определяемая числом уровней квантования
2Ь на передаточной характеристике АЦП пли ЦАП (/?=
= 1/2*). Быстродействие ЦАП определяется максималь-
ным временем установления по току tst или по напряжению
tsu при ширине зоны установления 1 МР. Эта зона распо-
ложена симметрично относительно уровня установления
[4] В свою очередь быстродействие АЦП определяется ти-
повым или максимальпьм временем преобразования 1С. Под
типовым понимается среднее статистическое значение пара-
20
Чил/w разряВоб
Рис. 1 8 Области значении параметров АЦП и зависимости от вида тех-
нологи! изготовления и минимального геометрическою размера элемен-
тов
метра при условии нормального распределения всей сово-
купности значений для генеральной выборки ИС. Реже
встречается оценка типового значения параметра как сред-
него арифметического or совокупности значений параметра
для известной выборки ИС.
Иа R— t плоскости любой тип ЦАП, ЛЦП может быть
отображен точкой с координатами, соответствующими вы-
бранным показателям качества. Учитывая изменения пара-
метров преобразователей в широком диапазоне, удобно
использовать логарифмический масштаб по осям R и t [1].
Классификация преобразователей [4, 7] и R — t плос-
кость [1] позволяют наглядно представлять и связывать
между собой области применения и важнейшие параметры
ЦАП и АЦП, проводить оценку технического уровня групп
и конкретных типов преобразователей (рис 1.8). Показате-
лями качества преобразователей могут быть выбраны бы-
стродействие, приходящееся на квант шкалы преобразо-
21
Рис 19. Области значений параметров ЛЦП с классификацией г.о пока-
зателю качества
вания, или же число квантов, приходящееся па единицу
быстродействия (рве. 1.9 и 1.10).
Во многих случаях применения ИС ЦАП и АЦП важно
знать мощность потребления. Для того чтобы представить
разрешающую способность и быстродействие преобразова-
телей, связанных с потребляемой мощностью, используют
еще два технических понятия: работу преобразования W
и работу преобразования, приходящуюся на квант. Под ра-
ботой преобразования понимается произведение W—Pts
для ЦЛП н W—Ptc для ЛЦП, где Р — мощность, потреб-
ляемая преобразователем в динамическом режиме. Тогда
пространство параметров рассекается в плоскости P—W.
Однако сравнение ЦЛП н АЦП в Р— W плоскости затруд-
нено из-за их функциональных различий.
Регламентирован подход и к выбору эксплуатационных
характеристик ИС ЦЛП и ЛЦП. В зависимости от условий
применения п вида РЭЛ к ним предъявляются требования
по устойчивости к различным внешним дестабилизирую-
22
Рис. 1.10. Области значений параметрон ЦАП с классификацией по по
казателю качества
щим факторам: климатическим, биологическим, механиче-
ским, электрическим, радиационным. Уровни их воздействия
иа ИС определены в соответствующей ИТД и отличаются
по степеням жесткости [8].
К климатическим факторам относятся температура ок-
ружающей среды (в некоторых случаях температура па
корпусе ИС) или се изменение, тепловой удар, пониженное
и повышенное атмосферное давление, влага, соляной туман,
иней, пыль, песок, активные вещества.
Температура окружающей среды, в которой должны
работать НС может изменяться в широких пределах: от 0
до —60 °C и от 0 до 70—125 'С.
Температура на поверхности корпуса ИС ЦАП и АЦП
контролируется, как правило, в тех случаях, когда:
возникает необходимость в термостатировании при экс-
плуатации ИС в более широком диапазоне рабочих темпе-
ратур по сравнению с указанным в ТУ;
ИС функционируют в составе герметизированных бло-
ков РЭА," для которых затруднено получение информации
о внутренней температуре среды;
ИС большой мощности требуют дополинтелного охлаж-
дения.
Контроль за температурой! корпуса ПС преобразовате-
лей осуществляется в точке максимально возможного на-
грева. Чаще всего она расположена в центре основания
корпуса под монтажной площадкой, предназначенной для
посадки кристалта ИС. При использовании теплоотвода
23
температура определяется в точке, расположенной на его
поверхности над местом соприкосновения с корпусом ИС.
Однако перечисленные условия не всегда выполнимы. На-
пример. при установке микросхем па печатную плату за-
трудняется пли совсем исключается доступ к основанию
корпуса. Тогда температура контролируется на его кера-
мической поверхности либо крышке
Информацию о температуре корпуса получают с по-
мощью чувствшельного да гчика Перегрев устраняется при-
нудительным воздушным или жидкостным охлаждением,
а пониженная температура компенсируется с применением
тонкопленочного нагревательного элемента, специально за-
крепленного па поверхности корпуса. В практике встреча-
ются и другие варианты решения проблемы дополнительно-
го подогрева ИС преобразователей, например с размещени-
ем па дне монтажной площадки больших корпусов ИС
и ГИС графитового нагревателя, напряжение питания к ко-
торому подводится через незаденствованные выводы кор-
пуса.
Правильный выбор и расчет устройств гермостабилиза-
ции во многом определяют массогабаритиые показатели
блоков РЭА. Исходной информацией для расчета становят-
ся значения мощности рассеяния и теплового сопротивле-
ния микросхем. Расчет предельно допустимого теплового
режима работы ИС проводится, как правило, относительно
допустимой температуры перехода транзисторов. Для крем-
ниевых транзисторов она не превышает 160—170 °C.
В технической периодике встречаются сообщения о ГИС
АЦП, работоспособных в диапазоне рабочих температур от
—55 до 200 СС с ресурсом 200 ч [9J.
Такие преобразователи применяются в устройствах кон-
троля за режимом работы реактивных двигателей, в обо-
рудовании для бурения нефтяных скважин, в системах уп-
равлении металлургическими произволе гневными процес-
сами и др. Однако до настоящего времени они остаются
схемами частного применения. Их разработка и серийное
производство сталкиваются с серьезными конструкторско-
технологическими проблемами.
Несбалансированный тепловой режим работы ИС преоб-
разователей становится причиной появления температур-
ных погрешностей ряда важнейших параметров: нелиней-
ности, дифференциальной нелинейности, абсолютной по-
грешности преобразования в конечной точке шкалы,
напряжения смещения пуля на входе АЦП или выходе
24
ЦАП Температурные погрешности относятся к дополни-
тельным и определяются через температурные коэффици-
енты (ТК).
Вопросы влияния температуры на точностные и скорост-
ные характеристики ЦАП, АЦП рассматривались в [10—
12] и в настоящее время достаточно хорошо изучены.
Дрейф нелинейности вызывается неравенством Т1\ отно-
шений сопротивлений резисторов в матрице преобразовате-
ля и напряжений база — емиттер, а также коэффициентов
усиления р транзисторных токовых ключей. Значительный
ТК дифференциальной нелинейности приводит к потере ко-
дов АЦП.
В униполярных ЦАП дрейф напряжения смещения нуля
связан главным образом с ТК смешения нуля выходного
ОУ и утечкой в токовых ключах В биполярных ЦАП замет-
но влияние ТК источника опорного напряжения, резисторов
в цепи биполярного смещения и установки коэффициента
передачи. При этом ТК встроенного в ЦАП ИОН нормиру-
ется. а внешнего задается в ТУ в виде требований.
Дрейф абсолютной погрешности преобразования в ко-
нечной точке шкалы вызывается ТК встроенного стабили-
трона и элементами схемы ИОН (внутренними и внеш-
ними)
Воздействие температуры окружающей среды ухудша-
ет разрешающую способность преобразователей.
Температурное запаздывание вызывает ухудшение быст-
родействия преобразователей (как в случае с ИС ЦАП
К594ПА1) и связано со смещением рабочих точек на харак-
теристиках активных элементов (в частности, токовых
ключей) из-за изменения рассеиваемой мощности при их
попеременном включении и выключении [4].
К наиболее активным биологическим факторам следует
относить грибковую плесень, которая выделяет химические
вещества (метаболиты), содержащие кислоты и вызываю-
щие коррозию металлов п разложение диэлектрических ма-
териалов корпусов ИС.
К механическим факторам, воздействующим на ИС
и РЭА при эксплуатации и транспортировании, относился
вибрации, одиночные п многократные удары, линейные
и пиковые ударные ускорения, акустический шум (звуковое
давление), которые подробно рассмотрены в [13].
Основным механизмом отказов, возникающих под воз-
действием статического электричества в КМОП ИС преоб-
разователей, является пробой диэлектрика с последующим
25
резким увеличением тока в цепях и утечек (закороток).
Закоротим возникают, как правило, при сквозном про-
бое диэлектрика, когда в него попадает материал металли-
зации. При тонких слоях металлизации (0,4 мкм) возмож-
но ее испарение и образование в диэлектрике дырок с кра-
терами, что чаще приводит к деградации параметров ИС,
но не к катастрофическому отказу [14].
Тонкопленочные резисторы в прецизионных резистивных
матрицах ЦАП, АЦП изменяют сопротивление или получа-
ют поверхностные повреждения (вплоть до разрыва пленки)
из-за возникающих диэлектрических пробоев, создания но-
вых цепей токопрохождения п т. д.
В преобразователях, изготовленных по биполярной
технологии, вследствие процесса микродиффузии (из-за
микроплазменного вторичного пробоя) возникает внутрен-
нее закорачивание цепей. Наиболее чувствительны к про-
бою переходы эмиттер — база транзисторов ИС, что связа-
но с их размерами и геометрической формой.
Для защиты ИС и РЭА от электрического пробоя при-
меняются кремниевые стабилитроны, варисторы, ограничи-
тельные диоды, плавкие предохранители, различные схемо-
технические и технологические приемы изготовления ИС.
К радиационным факторам относятся естественные
и искусственные ионизирующие излучения (ИИ). Различа-
ют импульсное и непрерывное ИИ. И то и другое может
быть сымитировано с помощью ядерных энергетических ус-
тановок.
Практический интерес представляют механизмы воздей-
ствия ИИ на ТТЛ, ЭСЛ, И2Л и КМОП структуры, наиболее
часто используемые в ЦАП и АЦП. Представление о них
можно составить из раздельного рассмотрения цифровой
и аналоговой частей преобразователей.
Действие проникающей радиации приводит к измене-
нию практически всех важнейших параметров логических
элементов на И2Л структурах. Прежде всего [15] наблю-
дается увеличение токов потребления, максимального вре-
мени задержки распространения сигнала, уровня напряже-
ния логического нуля, а также уменьшение уровня напря-
жения логической единицы и коэффициента разветвления
по выходу (нм определяется нагрузочная способность ИС
АЦП в целом). Изменения параметров элементов цифро-
вой части Н2Л АЦП возникают из-за ухудшения характе-
ристик усиления вертикальных п-р п транзисторов и сни-
жения эффективности инжектора как источника тока [16].
26
В большинстве быстродействующих ЦАП и АЦП (время
установлсния/прсобразования менее 50 нс) используются
ЭСЛ структуры. При воздействии на них непрерывных ИИ
наблюдается ухудшение базового тока транзисторов на
входе структуры. Это приводит к сбоям информации пли
триггерным эффектам в цифровой части ИС преобразова-
телей.
Подобные эффекты наблюдаются и в цифровых схемах
типа ТТЛ: снижаются коэффициенты усиления транзисто-
ров, теряется чувствительность к сигналам переключения,
резко увеличивается выходное напряжение логического ну-
ля базового элемента из-за нарушения режима насыщения
транзисторов.
В цифровых схемах ТТЛ, ЭСЛ и И2Л типов в результа-
те действия импульсных ИИ генерируются электронно-ды-
рочные пары, разделяемые р-п переходами и приводящие
к появлению ионизационных токов. Их амплитуда и дли-
тельность зависят от мощности дозы и длительности им-
пульса ИИ.
Наблюдаются эффекты уменьшения коэффициента пе-
редачи тока базы вертикальных п-р п транзисторов Возра-
стают ионизационные токи, которые способны вызвать ка-
тастрофический отказ ИС за счет превышения предельных
значений токов, протекающих через переходы транзисторов.
Анализ влияния различных видов ИИ на цифровые эле-
менты биполярных ИС с указанием соотношений для расче-
та критических уровней воздействующих факторов и каче-
ственной оценки параметрических деградаций приводится
в [16].
В микромощных умножающих, интегрирующих и мно-
гоканальных ЦАП и ЛЦП, как правило, применяются циф-
ровые логические схемы на основе КМОП структур. Они
особенно чувствительны к общей поглощенной дозе облуче-
ния, которая приводит к увеличению заряда на поверхности
кристалла ИС и изменению плотности поверхностных со-
стояний.
Механизм деградации параметров цифровых КМОП
схем проявляется в генерации электронно-дырочных пар по
всему объему диоксида кремния — материала подзатворно-
го диэлектрика. Это приводит к значительному искажению
вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик, сдвигу
пороговых напряжений транзисторов.
В [16] указывается на четыре основных вида отказов
базовых КМОП структур при непрерывном облучении:
27
сдвиг кривой зависимости выходного пл пряжения от
входного;
уменьшение быстродействия из-за увеличения времени
задержки прохождения (последнее связано с ростом эффек-
тивного сопротивления капала и времени перезарядки внут-
ренних емкостей);
увеличение мощности потребления и токов утечки (для
преобразователей — в связи с возрастанием паразитных
проходных емкостей аналоговых переключателей);
снижение помехоустойчивости (для схем с положитель-
ным перепадом напряжения переключения).
Импульсное ИИ, как уже отмечалось, приводит к появ-
лению ионизационных токов в любом обратно смещенном
р -п переходе за счет образования избыточных неосновных
носителей. В КМОП структурах с изоляцией р-п перехода-
ми при различных уровнях ИИ образуются многослойные
«тиристоры» [16], вызывающие эффект защелкивания
в цифровой ИС.
Деградация электрических параметров элементов циф-
ровой части ИС ЦАП и АЦП в процессе и после воздейст-
вия ИИ приводит к ухудшению свойств сопряжения за счет
изменения напряжения высокого и низкого уровней, такто-
вой частоты, напряжений высокого и низкого уровнен сиг-
налов управления и т.п.
Но наибольшее влияние ИИ оказывает на аналоговые
элементы: операционные усилители (ОУ), компараторы на-
пряжения (КН), аналоговые переключатели, которые оп-
ределяют точностные свойства ИС ЦАП и АЦП Их чувст-
вительность к ИИ проявляется в ухудшении таких парамет-
ров, как коэффициент усиления, входной ток, напряжение
смещения нуля, напряжение шума и др. В известной зави-
симости от перечисленных параметров находятся нелиней-
ность, дифференциальная нелинейность, погрешность преоб-
разования в конечной точке шкалы, напряжение смещения
пуля на входе и выходе [4, 11].
Аналоговые схемы более чувствительны к воздействию
радиации, чем цифровые, поскольку входящие в их состав
транзисторы работают в активном режиме, а не в режиме
переключения.
Коэффициент усиления Ки ОУ связан с р транзисторов
линейной или степенной зависимостью. При изменении р
в 2—3 раза Ки может уменьшаться в 2—10 раз.
Помимо уменьшения Ки и роста /вх в ОУ проявляются
нелинейные свойства, что вызвано изменением электриче-
2Ь
ских режимов по постоянному току и уменьшением глубины
отрицательной связи (ООС) [16].
Под воздействием ИИ резко возрастают уровни собст-
венных шумов ОУ, которые снижают чувствительность
АЦП к входному сигналу, что сказывается на разрешающей
способности преобразователя.
Изменение напряжения смешения нуля в дифференци-
альных каскадах ОУ и компараторах напряжения на 20—
30 мВ приводит, как правило, к значительному ухудшению
параметров ЦАП и АЦП.
В аналоговых переключателях, выполняемых по КМОП
технологии, под воздействием ИИ происходит изменение на
5—10% значения сопротивления при включении. Накопле-
ние паразитных зарядов приводит к возрастанию проход-
ной емкости переключателей в открытом состоянии. До
1,5—2 В могут сдвигаться уровни порогового напряжения
МОП транзисторов.
Следует отметить, что при ИИ изменяются параметры
и свойства не только активных элементов принципиальных
схем ЦАП или АЦП, но и тонкопленочных и поликремние-
вых резисторов, образующих прецизионные резистивные
матрицы делителей. Эти изменения приводят к нарушению
отношений между сопротивлениями резисторов в матрице,
что в конечном счете сказывается на точностных характери-
стиках преобразователей. Деградация сопротивлений рези-
сторов обусловлена изменением физических свойств мате-
риалов (хромосилицида, поликремния и т.п.) в результате
радиационного разогрева и ионизационных физико-химиче-
ских процессов Ионизационные токи, возникающие в ди-
электрическом материале резистора, вызывают резкое
уменьшение его омического сопротивления [17].
Негативные последствия воздействия ИИ на аналоговую
и цифровую части преобразователей в комплексе можно
рассмотреть па примере 8-разрядного КМОП АЦП после-
довательных приближений, подвергшегося гамма-облуче-
нию [18]. В АЦП используется емкостная матрица, элемен-
ты которой взвешены по двоичному закону. В состав преоб-
разователя входят также восемь аналоговых КМОП
переключателей, 8-разрядный регистр последовательных
приближений и управляющая логика, ОУ, работающий
в режиме КН или УВХ два тестовых ОУ. Принципиальная
схема преобразователя составлена таким образом, что с по-
мощью УВХ (в момент выборки аналогового сигнала) воз-
можна компенсация смешения на входе КН, возникающего
29
Таблица 1.3 Результаты исследования КМОП АЦП
после воздействии гамма-излучения
Порядковый номер испытуемое ПС Параметру
До воздействия £>v=0 ,1 Гр Dy=5 10* Гр Dy—104 Гр
*FS’ MP MP 6Fs. MP MP MP .MP 6Fs- MP 6LD- MP
1 -0,3 o,3 —0,4 0,5 -0,6 0,6 —0,5 0,6
2 —0,3 0,3 —0,4 0,3 —0,9 0,6 — 1,4 0,5
3 -0,3 0,3 -0,4 0.6 —0,6 0,6 —0,9 0,7
4 —0,3 0,3 —0,4 0,5 Сбой
Примечание Значения дозы облучения указаны для SI
в результате дрейфа пли деградации параметров емкостной
матрицы Процесс компенсации в режиме выборки обеспе-
чивается работой вспомогательных ключей.
Облучению с мощностью дозы1 2-Ю4 Гр/ч подверглись
четыре ИС, находившиеся в различных электрических ре-
жимах (табл. 1.3)
Три ИС АЦП испытывались в режиме преобразования
с подачей на аналоговые входы напряжений, равных соот-
ветственно 0; 2,5 (половина шкалы преобразования) и 5 В
(конечная точка шкалы преобразования). Все три сохра-
нили значения электрических параметров в пределах уста-
новленных норм. Замеры проводились через 5—10 мин
после окончания облучения.
Одна ИС АЦП испытывалась в режиме выборки (ОУ ра-
ботал как УВХ) при входном напряжении 5 В. Такой режим
оказался наихудшим, поскольку гамма-излучение непо-
средственно повлияло на процесс компенсации погрешности
и вызвало параметрический отказ АЦП по дифференциаль-
ной нелинейности. Причина отказа проявилась в сдвиге по-
роговых напряжений, возрастании токов утечки и проход-
ных емкостей аналоговых переключателей, что характерно
для КМОП ИС.
Повышение устойчивости ИС преобразователей и РЭА
к возденствшо импульсных ИИ может быть достигнуто за
1 Общая доза гамма-излуче.чпя, поглощенная полупроводниковым
материалом ИС — кремнием (Si).
30
Рис 1 11- Структурная схема устройства зашиты аппаратуры от воз-
действия ионизирующих излучений.
счет применения специальных устройств защиты, ограничи-
вающих время их нахождения в активном режиме в момент
облучения. Принимается во внимание тот факт, что И
РЭА обладают повышенной (до двух порядков) радиаци-
онной стойкостью, находясь в пассивном режиме раб ы,
Рнс. 1 12. Схемы включения компенсирующих транзисторов:
а —диодного; б — между базой н эмиттером транзистора ИС; в—в виде балан-
сной пары для снижения влияния ионизирующих излучений иа ИС
31
Рис. 1.13. Схема включения ограни-
чивающего резистора в цепи питания
микросхемы
при отключенных источниках питания и входного напряже-
ния (рис. 1.11) [15].
Помимо операции выключения и включения источников
напряжения для защиты РЭЛ используют и схемотехниче-
ские приемы по ограничению или шунтированию в ИС ио-
низационных токов [16].
На рис. 1.12,а показан компенсирующий транзистор
VT2 в диодном включении [16], позволяющий снизить влия-
ние ИИ иа напряжение в коллекторной нагрузке RK тран-
зистора VTi. Первичный ионизационный гок isp. генерируе-
мый при излучении в транзисторе VTI. шунтируется диодом
па VT2, включенным параллельно резистору. Компенса-
ция вторичного ионизационного тока isp осуществляется пу-
тем включения перехода база — коллектор транзистора
VT2 между базой и эмиттером транзистора VT1 (рис.
1.12,6)
Ионизационные токи аналоговых и ненасыщенных циф-
ровых элементов преобразователей эффективно компенси-
руются при включении балансных пар транзисторов (рис,
112,в), которые в процессе ИИ имеют близкие по значени-
ям первичные и вторичные ионизационные токи при рав-
ных входных сопротивлениях в цепи базы. Для защиты
ИС преобразователей от «тиристорного эффекта» нередко
используют резисторы, ограничивающие ток в цепях пита-
ния (рис. 1 13).
1 3. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
БИС ЦАП И АЦП
Как показано в предыдущих параграфах, требования
к электрическим параметрам п эксплуатационным характе-
ристикам БИС ЦЛП и АЦП вытекают из требований,
предъявляемых к РЭА, и могут существенно различаться.
К настоящему времени созданы десятки типов отечест-
32
венных полупроводниковых ЦАП и АЦП, различающихся
точностными и скоростными параметрами, функциональны-
ми возможностями, допустимыми условиями эксплуатации
п другими характеристиками. По достигнутой степени инте-
грации, размерам кристаллов н уровню технологии изготов-
ления современные ИС ЦАП и АЦП относятся к категории
БИС и СБИС п с точки зрения технологического н схемо-
технического исполнения образуют специфическую группу
изделий микроэлектроники.
Особенностью современного этапа развития БИС ЦАП
и ЛЦП становится применение структур с декомпозицией
части двоично взвешенных токов или потенциалов в единич-
но-взвешенные с последующим дифференциальным сумми-
рованием либо усреднением значений за счет топологиче-
ских решений.
Повышение точности и быстродействия преобразования
достигается использованием корректирующих пассивных
и активных схем (вспомогательных ЦАП с программируе-
мыми на стадии изготовления запоминающими устройства-
ми, элементов автокоррекции со встроенными источниками
линейно изменяющегося напряжения и т.п.), а также избы
точно-дскомпозицнонных и комбинированных структур.
Квалифицированный выбор элементной базы преобразо-
вателей или научно обоснованное формирование техниче-
ских задании на их разработку становятся затруднительны-
ми без установления взаимосвязей между значениями их
электрических параметров и эксплуатационных характери-
стик и возможностями конкретных структурных, схемотех-
нических и конструкторско-технологических решений, а так-
же знаний о физических ограничениях применяемых
полупроводниковых материалов и производственных про-
цессов.
Многовариантность задач проектирования БИС преоб-
разователей н большие затраты па отработку и проверку
рабочих версий обусловливают внедрение современных ма-
тематических и инженерных методов системного анализа
и синтеза, развитых средств автоматизированного модели-
рования.
Рассмотрение свойств н закономерностей проектирова-
ния АЦП с точки зрения его анализа производится, исходя
из известного [20—22] представления о процедуре преобра-
зования как о некотором Л1 шаговом процессе сравнения
множеств эталонов с значением входной величины. Такой
подход позволяет отвлечься от особенностей преобразовате-
3—385
33
Рис. 1.14. Линейная динамическая модель аналоговых узлов АЦП с ком-
мутируемыми эталонами
лей конкретного вида и анализировать только их общие
свойства.
Любой АЦП рассматривается как некоторый многомер-
ный набор одноразрядных двоичных квантователей (ОДК).
Каждый из них включает некоторый /-й эталон Х3/, опреде-
ляющий один уровень квантования из общего множества
уровней {«} на передаточной характеристике, и аналоговый
вычитатель А/, определяющий знак разности между вход-
ным преобразуемым сигналом Хх и эталоном X3j. В зави-
симости от знака принимается некоторое формализованное
решение в виде 0 или 1 (рис. 1.14).
Указанные ОДК могут существовать и выполнять функ-
цию преобразования одновременно (развертка в простран-
стве) или формироваться по одному (или группам) пооче-
редно за счет последовательного изменения внутренних со-
стояний логических и аналоговых устройств АЦП (разверт-
ка во времени и в пространстве).
Способ развертки и последовательность опроса ОДК за-
даются логическим автоматом, реализующим алгоритм пре-
34
образования. При развертке ОДК во времени каждый из
Хэ, может быть суммой нескольких эталонов меньшего ве-
са. Цель функционирования ЛЦП — определить ОДК
с максимальным номером /, дтя которого Лэ;<Хд. При этом
предполагается, что вес эталона возрастает с ростом по-
рядкового номера /. Реальные отклонения статисти-
ческих свойств элементов ОДК от номинальных учитыва-
ются значениями Хэ/, а динамические и случайные — путем
введения задержек в вычитателе (т3/) и генераторов лож-
ных срабатывании или шумов (о,). Поскольку эталоны
Хэ,- представлены в виде упорядоченного набора то их мож-
но объединить в множество {Хэ} с мощностью R'.
Мощность множества {/?}, равная R, определяет разре-
шающую способность преобразователя. Со стороны выхода
АЦП представлен множеством У выходных кодов. Для
АЦП, имеющих однозначную передаточную характеристи-
ку, мощность множества {У} также равна R н существует
однозначное отображение множества {«} в множестве {У}
в соответствии с передаточной характеристикой.
В общем случае уровни и. могут образовываться неко-
торым подмножеством эталонов:
Пу-*-(Хд, Х}2, ... ,
где nil —мощность подмножества эталонов уровня /. Если
мощность множества эталонов в ОДК R'>R, то АЦП счи-
тают структурно-избыточными; при R'~R АЦП являются
структурно мии им ильными.
Введение избыточных ОДК необходимо для элементно-
го резервирования и исправления ошибок, произошедших
в процессе сравнения внутри одного цикла преобразования
или накопившихся за определенную серию циклов. Однако
избыточность имеет смысл только в многошаговых АЦП
(с разверткой во времени).
Динамические и шумовые свойства каждого ОДК (Ц/
и о/) определяются их внутренними элементами и схемотех-
никой. Как правило, они стабо взаимосвязаны Поскольку
характеристики АЦП обычно задают по минимаксным кри-
териям, то для анализа указанных свойств достаточно вы-
явить наихудший ОДК и произвести детальный детермини-
рованный анализ времени задержки /3,- и шумов о/.
Рассматриваемая модель АЦП универсальна, поскольку
инвариантна к системам кодирования и алгоритмам функ-
ционирования Она позволяет обосновать возможность раз-
3*
35
дельного анализа логического функционирования АЦП, его
статических и динамических параметров.
Общим свойством всех структур многошаговых АЦП,
использующих принцип развертки ОДК во времени, явля-
ется обязательная смена внутренних эталонов, происходя-
щая в процессе формирования очередного ОДК (прн пере-
ходе от одного шага сравнения к другому) Это сопровож-
дается переходными процессами в аналоговых устройствах,
которые определяют минимальную длительность каждого
шага tq н общего времени преобразования tc.
Переходные процессы в ОДК одношаговых АЦП (счи-
тывания) определяют максимально допустимую скорость
изменения входного сигнала Они, как правило, имеют не-
линейный характер.
Точный расчет значений tq и tc возможен только с ис
пользованием средств моделирования на ЭВМ.
Однако на уровне инженерного проектирования вполне
приемлема линейная интерпретация переходных процессов
в аналоговых узлах ЦАП и АЦП, что вытекает из основной
функции преобразователей.
Для ЛЦП, содержащих ЦАП, минимальное время, не-
обходимое для реализации одного шага сравнения, опре-
деляется суммой:
^ = ^ + 4,
где ts—-время установления ЦАП с заданной точностью 6;
/к — время задержки срабатывания КН.
Представив ЦАП линейным инерционным звеном перво-
го порядка с числом разрядов Ь, можно записать [23]
's = (fc + fc6)Toln2> (11)
где bt> — необходимое увеличение (уменьшение) разрядно-
л
сти, при котором относительное отклонение нс
превышает заданной доли нормированного шага квантова-
л
ния то~Дзх.кС0; Дбх к — входное сопротивление КН;
Со — емкость инерционного звена.
Время tK принято определять по расчетным зависимо-
стям задержки включения КН от уровня перевозбуждения
на входе при скачкообразном воздействии [11]. Как прави-
ло, эти зависимости нелинейны.
Однако такой подход к определению tq и ts обеспечивает
удовлетворительные результаты только при проектировании
АЦП со средним уровнем параметров, но мало пригоден
36
a)
Рис. 1 15 Типовая линейная электрическая модель ОДК микроэлект-
ронного ЛЦП (а) и диаграмма ее переходного процесса (б)
для быстродействующих и прецизионных преобразователей.
Свойства последних в большей степени связываются с соб-
ственными шумами элементов и усилительными характери-
стиками КН
Лучшие результаты достигаются, если для многошаго-
вого АЦП произвольной структуры (рис. 1 15, а) инерцион-
ные элементы ОДК (ЦАП н КН) объединяются в единый
четырехполюсник с частотной передаточной функцией
/С(/®) и соответствующей ей переходной функцией h(t).
При этом КН может рассматриваться как безынерционный
усилитель с коэффициентом усиления /<к. Переходные про-
цессы инициируются генератором единичных функций,
а безынерционное пороговое устройство (БПУ) па выходе
используется для принятия решения по знаку сигнала на
вхоте.
Интерес представляет определение момента смены знака
напряжения па входе БПУ при измерении входного напря-
Л Л д
жения Uxb, меньшего напряжения Ur на величину 6 =
=2 + !>. Этот момент может быть зафиксирован через
время tc, (рис. 1.15,б).
В соответствии с моделью искомое время определяет-
ся как корень уравнения
1—й(0 —2~( (1.2)
и зависит от числа разрядов b и порядка передаточной
функции К (/со). Для простейшего частного случая одно-
37
звснной модели /((/со) = 1/(то/а>-}-1) уравнение приводится
к виду (1.1).
Двухзвенная модель вида /((/со) = 1/(то/со— 1) (тк/со+1)
позволяет в первом приближении учитывать инерционные
свойства ЦАП и КН, представляя их звеньями первого по-
рядка с постоянными времени т0 и т1:.
Тогда передаточная функция инерционного четырехпо-
люсника примет вид
h (0-1— V(To — Д) + т1; (т0 — тв) е~'/т«
при ;>0 и т0-^=тк,
или
/1 (/) — 1 _ е~'/т»(/ 4- 1) при т0 = тк.
Значение tq, найденное при решении уравнения (12),
будет больше, чем для системы первого порядка, и зависит
от соотношения постоянных времени то и тк. Степень его
увеличения может быть учтена при введении коэффициента
задержки сигнала в КП (/(3.к)‘
^-^з.кР + ^)т01п2. (1.3)
Расчетные зависимости К .к от числа разрядов b и со-
отношения то/тк показаны на рис. 1.16. Для сравнения там
же отмечены точки, полученные при расчете на ЭВМ 10-раз-
рядного АЦП КИ08ПВ1 методами математического моде-
лирования на элементном уровне
Детальный численный анализ показал, что увеличение
порядка /((/со) для случаев более сложного характера инер-
ционности ЦАП и КН не приводит к существенной коррек-
тировке уравнения (1.3). Однако для этого необходимо вы-
полнение условия апериодичности характера процесса при
малых значениях дополнительных задержек.
При Гк<О,5то задержка, вносимая КН, незначительна
(менее 10 %). Но если тк>2т0, то tq в основном определит-
ся его инерционностью. Внутри этого интервала учитывают-
ся обе постоянные времени. Когда тк~то, значение К3.к вы-
бирается из диапазона 1,2—1,4, чем достигается наимень-
шая шумовая полоса ОДК оптимальным образом
построенного АЦП постедовательных приближений (АЦП
ПП)
Результаты расчетов иа ЭВМ позволяют утверждать,
что уравнение (1.3) применимо для оценки инерционных
свойств ОДК и более высокою порядка.
38
?к/^о=2
“ckI^o 0,5
Число ризрядоо
Рис. 1.16. Зависимость коэффициента задержки КП от числа разрядоз
ЛЦП при различных соотношениях постоянных времени т<> и т„
По значению G/„bkc (применительно к модели на рис.
1.14) .можно определить суммарную длительность шагов
сравнения произвольного многошагового ЛЦП. В простей-
шем случае
Ар — ^А/макс е»
где Л1— число шагов процесса сравнения; e.—tnp!h — коэф-
фициент. характеризующий степень использования времени
преобразования ЛЦП для осуществления шагов сравнения;
1С — полное время преобразования АЦП; /п? — суммарная
длительность шагов сравнения одной процедуры преобра-
зования.
Перевод уравнения (1.3) в частотную область позволяе!
определить минимально необходимую полосу пропускания
линейной части ОДК по заданному времени задержки:
А/ = |Л.К^ + М1п2]/2Ч/- <14)
Здесь А/ — полоса пропускания на уровне —3 дБ.
Уравнения (1.3) и (1.4) можно считать универсальными
для расчета и сравнительной оценки динамических харак-
теристик аналого-цифровых узлов многошаговых ЛЦП (тэ
И Д лш)
Для классического варианта построения ЛЦП ПП, ра-
ботающего с постоянной тактовой частотой, число шагов
процесса сравнения равно числу разрядов. Поэтому полоса
входного сигнала КН не должна быть уже, чем
Л/>|К3.кЬ(Ы-6б)1п2]/2л/се, (15)
39
Рис 1.17. Динамическая модель аналоювых узлов ПП ЛЦП («) и ее
амплитудно-частотная характеристика (б)
а постоянная времени ЦАП
то<Чк3.кЧ& + М,п21_‘- о-6)
Для двухшаговых параллельно-последовательных АЦП
(ПП АЦП) со встроенными преобразователями считывания
и двухступенчатой структурой уравнения (1.3) и (1.4) по-
зволяют определить требования к динамическим характерис-
тикам ОУ (усилителя-вычитателя), используемого для
свертки выходного сигнала ЦЛП. Быстродействие ОУ в этом
случае зависит от коэффициента ОС 7(о.с, частоты среза fcp
и выходной емкости ЦАП Со. Минимальная длительность
переходных процессов достигается в ОУ, работающих с мак-
симальной частотой среза fcp и гладкой амплитудно-частот-
ной характеристикой (с наклоном 20 дБ/дек.). Видоизме-
ненная для рассматриваемого случая модель АЦП показана
на рис. 1.17. Емкость Со подключена к точке суммирования
ОУ, поэтому fcp определяют из известного условия
fcP/?o.cCo/2.4» 1.
Если число разрядов ПП АЦП старшей и младшей сту-
пеней обозначить Ьст и bvlt, то можно записать /(о.с=2,?ст
и Ь=Ьст4-6мл. Тогда с учетом принятых допущений для
гладкого переходного процесса частота среза ОУ выбира-
40
ется из условия
/ср > [(6мл + 6б) 2("ст+1) 1П 2]/2л/с.е. (1.7)
Из выражения (1.7) следует, что снижение требований
к /Ср ОУ возможно при минимальном числе разрядов пре-
образования в старшей ступени ПП АЦП. В то же время
полоса пропускания ОУ зависит только от числа разрядов
преобразования младшей ступени ПП АЦП и определяется
как
А/ > /с1Ж с > [рыл + 6б) Ш 2J/2.4 е. (1.8)
Очевидно, что А/ тем меньше, чем меньше Ьмл
Сопоставив выражения (1.5) и (1.8), разработчик пре-
образователя может сделать вывод, что ПП АЦП прн рав-
ном быстродействии обеспечивает выигрыш в А/ ио отно-
шению к АЦП ПП по меньшей мере в Ь2/Ьмл раз. Это зна-
чительно снижает уровень внутренних шумов.
Выражение (1.3) применимо и для оценки динамических
характеристик АЦП считывания (параллельных одноша-
говых), в частности времени задержки прохождения сигна-
ла во входных цепях усиления. Для его расчета удобно
воспользоваться двухзвенпой моде ью.
С помощью постоянной времени первого звена может
задаваться верхнее значение частоты спектра преобразуе-
мого сигнала:
/е - 1 2лт0,
а верхняя граница полосы пропускания КН определяется
через тк:
А/ — 1 2лтк
Таким образом, изложенный подход позволяет оценить
зависимость предельно достижимого быстродействия АЦП
различных классов от числа разрядов и усилительных
свойств ОДК, представленных произведением:
К/ Д/К.„
где Кд — требуемый коэффициент усиления линейной части
входных цепей АЦП; Kf — коэффициент усиления в дина-
мическом режиме работы.
Из [21] известно, что наибольшее быстродействие КН
достигается при использовании в их структуре стробируе-
мого триггера-зашелки на дифференциальном переключа-
теле тока Для обеспечения необходимых помехоустойчиво-
41
Таблица 1.4. Возможности технологий изготовления БИС
преобразователей на основе транзисторов двух типов проводимости
Технология “Л. мкм tl-p-fl р-п-р
fr ГГц ук.э- в С1(. пФ fr ГГц ик.э- в
* 5 0,5 35—50 2,5-3.5 0,005 40
II 3 1,5 2 12 0,5—0,8 0,015 25
III 1,5-2 3—5 7 0,1-0.2 — —
IV 1-2 3-5 20-40 0,2-0,5 2—3 20-40
сти ч быстродействия переключателя тока в триггере на-
пряжение перевозбуждения на его входе желательно иметь
более 5<рт, где срт~25 мВ — температурный потенциал. От-
сюда для ЛЦП ПП
Кл > 5ф,/С/яиг /?о с 2('+,’6} Ro II 7?dx.i;,
где Uref — напряжение опорного источника; 7?0 — сопро-
тивление инерционного звена.
Для ПП ЛЦП Л, пропорционален [ср.
На рис. 1 18 приведены расчетные зависимости требуе-
мого Kj от tc и b для рассмотренных структурных схем
АЦП. Значения АЦП ПП рассчитывались при условии,
что R0/RDX к = Ю. Для ПП ЛЦП принято ЬСТ=Ь и bCT==bvn.
Рис. 1 18 Типовые зависимости усилительных и частотных свойств ОУ
и КН от числа разрядов различных видов АЦП, базовых элементов и их
минимальных геометрических размеров
42
Рис. J.19 Типовая линейная электрическая модель ОДК с эквивалент-
ными источниками шума
Если принять з? условный предел технической реализуе-
мости уровень Kf, соответствующий значению максималь-
ной рабочей частоты транзисторов fT, то оценку реализуе-
мости АЦП можно проводить с учетом возможностей ис-
пользуемых технологических процессов.
В табл. 1.4 приведены ориентировочные значения часто-
ты fr, максимально допустимого рабочего напряжения UK.t>
и емкости коллектора Ск транзисторов для трех типовых
технологий изготовления БИС. В качестве комплексной
технологической характеристики принят минимальный гео-
метрический размер х. Цифрой I обозначена стандартная
планарная технология изготовления АИС, II — модифици-
рованная для аналоговых БИС технология ЭСЛ ЦИС
с изоляцией р-н переходами, Ill — изопланарпая техноло-
гия быстродействующих ЦИС, IV — технология изготовле-
ния дискретных транзисторов для больших гибридных ИС
(Б ГИС).
Собственные шумы элементов прецизионных АЦП так-
же оказывают значительное влияние па быстродействие.
Их оценку можно проводить, вводя в линейную динамиче-
скую модель ОДК эквивалентные источники шума (рис.
1 19), что является развитием шумовой модели [21] для
ОДК АЦП.
В модели учтены:
дробовой шум выходного тока ЦАП /о со спектральной
плотностью
где <7.=1,6-10*’9 Кл— заряд электрона;
тепловые шумы резистора Ао и сходного транзистора
43
дифференциального каскада КН со спектральными плот-
ностями
WTR; SEuio^8kTRc,
где г’б — сопротивление базы входного транзистора; Т —
температура; k — постоянная Больцмана;
шум входного тока /нх усилителя КН со спектральной
плотностью
^/ш вх ~ ^.Лх-
Тогда суммарная спектральная плотность ЭДС шумов,
приведенных ко входу КН, определится из равенства
^Еш.пр = ^Еш вх ^вх Ж ^вх.к)]2
+ [(5/ш + 5/ш.пх + + Явх.к)2]/Яо #вх.к -
Среднеквадратическое значение напряжения шума, при
веденного к входу КН с учетом шумовой полосы /ш, опреде-
ляется из равенства
£2 _ С f
ш.пр Гш.пр'ш*
Если другие источники шума отсутствуют, то, принимая
за критерий допустимости уровня собственных шумов АЦП
(по отношению к значению кванта q) равенство E'jnp=O‘Bi
где О‘п =*?2/12— дисперсия методической погрешности
квантования, можно записать условие определения макси-
мально допустимого значения частоты шумовой полосы:
Ап.макс =
Считая четырехполюсник К(/а>) звеном первого поряд-
ка, т.е. /Ш=1,57Д/ и используя соотношения (1.5) и (1.8),
можно определить минимальное значение времени преоб-
разования:
<с>13^Л1р + Ьс)(2^0^Х
^Еш.пр/^71 (^0 + ^BX.itj’^RET6’
Для частного случая одношаговых ПП ЛЦП необходи-
мо принимать К,.к~ 1, /¥1 = 1, Ьс1=Ьчл и R^~Rq.c.
Как правило, отношение спектральной плотности шума
на выходе КН от источника /ш к плотности собственных
шумов резистора Ro превышает 100 и значением Еша мож-
но пренебречь.
44
Спектральная плотность приведенных шумов усилителя
Seuj.dx (для широкополосных каскадов) определяется в ос-
новном тепловыми шумами сопротивления базы г' во вход-
ных транзисторах. В этом случае отношение спектральных
плотностей принимает вид
[5/ш (*о + )2]/[5£ш.бх (Ко Явх.к)2] > 50
для наиболее неблагоприятного случая, когда
С₽о.
Однако при //->0 источник /Гш.вх оказывает значительное
влияние на шумовые характеристики ЛЦП. Принимая, что
W $1» (^С Т~ ^сх к 7^"> ^м.к»
можно определить минимальное значение времени преоб-
разования для режима работы встроенного ЦАП с выходом
по току:
<,>ром,.«('’ + <м“Ч]/Ч,-
На рис. 1.20 приведены расчетные зависимости для зна-
чений /с=100 нс (ПП АЦП) и /< = 500 нс (АЦП ПП) при
токах /д ЦАП, равных 1 и 10 мА Но эти зависимости могу г
быть применены только для грубой оценки теоретического
предела быстродействия АЦП, поскольку в них не учтены
многие другие составляющие шумов (за счет флюктуации
фронтов п длительностей импульсов, «взрывных шумов»
транзисторов и др.).
Рнс. 1 20. Типовые зависимости времени преобразования от числа разря-
дов АЦП различных видов при воздействии дробового шума тока ЦАП
/о
45
Сопоставление зависимостей па рис. 1.18 и 1.20 с достиг-
нутым уровнем параметров БИС позволяет сделать вывод
о том. что быстродействие АЦП с /><!0 ограничивается
в основном инерционными свойствами усилительных уст-
ройств, а при /ь>12— влиянием собственных шумов эле-
ментов.
Применение линейной динамической модели для ана-
лиза структур БИС преобразователен и выявление взаимо-
связей между их основными электрическими параметрами
и совокупностью технологических и физических факторов
позволяют сформировать систему критериев для целена-
правленного проектирования сложных ЦАП и АЦП мето-
дами многовариантного сопоставительного анализа и ин-
женерного (системного) синтеза. Причем проектирование
методами инженерного синтеза позволяет увязать в единую
систему целевых функций условия эксплуатации и физиче-
ской реализуемости БИС преобразователей, а также ре-
зультаты их динамического моделирования.
Одну из таких систем можно представить, например,
в следующем виде:
Ф {V,-, S’lP, Vij, lavJl b, /};
t =- {STP, птР, Ф, b}-
Q -- {WT.O, I/Ir /„pl, /, b, T\
Sup |5,р.М1Ш, Ф, b, T\\
P = {SrP, t, Ф, b, T\-
b = {Srp, SKp,0. HTP,’/, /};
где У, — выбранное структурное решение; t — быстродей-
ствие; Ф— показатель функциональной сложности (в бал-
лах для каждого из функциональных элементов схемы);
Q — показатель конструкторско-технологической сложно-
сти (число технологических операций, допуски и др.);
•8’кр — площадь кристалла; STp—площадь транзистора;
/2тр — число транзисторов (степень интеграции; [hj, 1пр,] —
параметры и проектные нормы транзисторов; ЛДг.о— число
технологических операций; Р — мощность, рассеиваемая
кристаллом; Т — температура окружающей среды.
В зависимости от проектной ситуации аргументы в рас-
сматриваемой системе целевых функций образуют совокуп-
3
пост» множеств исходных данных на разработку (или из-
начально принадлежат им):
где У--{У , У,} — условия эксплуатации; Os={Osi,...,
Os,} — ограничения на структуру п технологию исполнения
преобразователя прн заданных требованиях на основные
параметры; /(={/(•,Кп} — показатели качества основных
электрических параметров; О*—{О/н,.. — ограниче-
ния иа показатели качества (физические, топологические,
метрологические).
Г1ри этом
{И, Ф, hj, С О ; {b, t, Р ...) С К;
{\р, птР, Q . .} 6 Ок.
Наличие в системе показателей качества, представлен-
ных множеством .... Кг}, позволяет синтезировать
БИС преобразователей, решая задачу векторной оптимиза-
ции или оптимизации по векторному критерию [19]. Задача
оптимизации сводится к отысканию такой оптимальной нз
всех допустимых систем, которая удовлетворяла бы сово-
купности исходных требований D и обладала набором со-
ставляющих множества К, наилучшим с точки зрения вы-
бранного критерия (например, пропускной способности ка-
нала преобразования, экономической эффективности и т. п ).
Показатели качества з множестве К могут быть различ-
ными:
K={b, tc, 61}; K~{b, ts, 61}; K={b, tc, ₽}...
и зависеть от особенностей и функционального назначения
БИС. Обычно они приводятся к стандартному виду, при
котором уменьшение (i—I, т) влечет улучшение си-
стемы при том, что требования D={Y, О , К, Ок] и значе-
ния остальных т—1 показателей качества остаются неиз-
менными. Этому условию удовлетворяют параметры t, Р,
|6t|, |6ю|. Показатель Ki—b приводится к стандартному
виду через отношение 1/6. Важно, что множество Л = {1/6,
1} адекватно критерию качества эквивалентного канала
преобразования данных аппаратуры любого класса П~
—f(1/6, Л, где П — производительность канала.
Таким образом, многовариачтный сопоставительный ана-
лиз и инженерный синтез структур и эксплуатационных
особенностей БИС ЦАП и АЦП позволяют устанавливать
зависимости между их электрофизическими п топологиче-
скими характеристиками, при этом появляется возможность
<7
учета фундаментальных физических ограничений, накла-
дываемых на технологию изготовления БИС, применяемые
полупроводниковые материалы и оборудование
Проектирование БИС преобразователен сводится к вы-
бору оптимального элементно-технологического базиса, ис-
ходя из совокупности технических, эксплуатационных
и экономических требований. Оно предполагает использо-
вание систем автоматизированного проектирования
(САПР), включающих подсистемы физико-технологическо-
го, схемотехнического и топологического моделирования.
В зависимости от исходных требований и результатов
проектирования БИС ЦАП и АЦП отличаются по уровню
электрических параметров, функциональному составу, на-
значению и т. д В этом можно убедиться, ознакомившись
с последующими главами книги.
Глава 2
ЦАП
2.1. ЦАП С ВЫХОДОМ ПО ТОКУ
2 1.1. МИКРОСХЕМА К572ПА1
Микросхема умножающего ЦАП типа К572ПА1 (А., Б,
В Г) является универсальным структурным звеном для
построения микроэлектронных ЦАП, АЦП и управляемых
кодом делителей тока. Благодаря малой потребляемой
мощности, достаточно высокому быстродействию, возмож-
ности реализации полного двух- и четырехквадрантного
умножения, небольшим габаритам ЦАП К572ПА • находит
широкое применение в различной аппаратуре. Все ее эле-
менты выполнены в одном кристалле.
Микросхема поставляется потребителям в герметичном
16 выводногл металлокерамическом корпусе типа 201.16-8
с двухрядным вертикальным расположением выводов'.
Микросхема ЦАП К572ПА1 предназначена для преоб-
разования 10-разрядного прямого параллельного двоичного
1 За рубежом такое конструктивное исполнение корпуса ИС извест-
но под аббревиатурой DIP (dual — in — line package).
48
Рис. 2 ! Упрощенная функциональная электрическая схема ЦАП
К572ПА1 (а) и схема матрицы резисторов R—2R (б)
кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, ко-
торый пропорционален значениям кода и (или) опорного
напряжения. Она выполнена по КМОП технологии с поли-
кремииевыми затворами.
В состав ИС ЦАП К572ПА1 входят прецизионная поли-
кремнпевая резисторная матрица (РМ) тина г? — 2R, уси-
лители-инверторы (УИ) для управления токовыми ключа-
ми, токовые двухпозиционные ключи, выполненные па
КМОП транзисторах (рис. 2.1, а)
Для работы в режиме с выходом по напряжению к ИС
ЦАП К572ПА1 подключаются внешние ИОН и ОУ с цепью
отрицательной обратной связи (ЦОС), работающей в режи-
ме суммирования токов
4—385 49
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—
аналоговый выход 1; 2 — аналоговый выход 2; 3 — общий
вывод; 4 — цифровой вход 1 (СР); 5—12 — цифровые вхо-
ды 2—5; 13— цифровой вход 10 (МР): 14 — напряжение
источника питания; 15 — опорное напряжение; 16— вывод
резистора обратной связи.
Метод преобразования, используемый в ИС К572ПА1,
предполагает суммирование в соответствии с заданным зна-
чением двоичного кода всех разрядных токов, взвешенных
по двоичному закону и пропорциональных значению опор-
ного напряжения на выводе 15.
Входной ток задается внешним ИОН и последователь-
но делится в узлах PM R— 2R по двоичному закону (рис.
2 1,6). Нетрудно убедиться, что приведенное к месту сече-
ний АА', ВВ', СС сопротивление части резисторов, отсека-
емых в направлении стрелок, равно 2R. Токи ветвей РМ
поступают через ключевые КМОП транзисторы на анало-
говые выходы 1 и 2 в зависимости от значений кода на
входах УИ. При появлении на одном из входов НЛП на-
пряжения высокого уровня (ai— 1) ток соответствующей
ветви РМ поступает на выход 1, а при подаче напряжения
низкого уровня (о,=0) — на выход 2. Значения то-
ков /1 и /г на выходах 1 и 2 ИС определяются из выраже-
ний
10 10
Л ~ ‘2 ~ ^REF Z^skb ~
(-1 *=1
где R3v.B — эквивалентное сопротивление РМ, равное
10 кОм; л, — значение двоичного кода на цифровом входе
S ; at — инверсное значение двоичного кода на цифровом
входе S,.
Двоичный закон распределения токов в ветвях РМ. со-
блюдается при условии равенства потенциалов выходов 1
и 2 Это обеспечивается подключением выхода 1 к инвер-
тирующему входу ОУ, охваченного отрицательной обрат-
ной связью. Неинвертирующий вход ОУ соединяется
с выходом 2 и с шиной аналоговой земли. При этом осу-
ществляется преобразование тока па выходе 1 в пропор-
циональное ему напряжение на выходе ОУ. Резистор 7?0.с
определяет значение коэффициента преобразования и на-
пряжения в конечной точке шкапы. В аналитической форме
связь напряжения иа выходе ОУ со значением двоичного
50
кода на входе определяется выражением
П —и О (.)(>-! I а 1 ?('—2) I
UORK V«EFno.c(“ “l ~ “ ‘ 2 1
... 4-2<6-nat + 2°ab}/2bR,
где Ъ — число разрядов преобразования. Разряд кода с ин-
дексом 1 является старшим (СР), а разряд с индексом
b — младшим (МР)
Максимальное значение выходного напряжения (напря-
жения в конечной точке диапазона) при «, = 1 для всех
разрядов кода определяется по форму те
минимальное напряжение при а, —0 во всех разрядах кода
равно нулю. Шаг квантования, т. е. расчетное приращение
выходного напряжения при изменении входного кода на
единицу младшего разряда, составляет
~ UREF R-
Реально напряжение в конечной точке шкалы равно:
UoRN U REfRo.cR — h.
Для достижения стабильности основных параметров
преобразования при воздействии внешних факторов рези-
стор обратной связи Ro.e — R размещен на кристалле мик-
росхемы. При использовании ИОН UrEf= 10,24 В с внут-
ренним резистором Ro.c значение Uorv — 10,24 В, a h=
= 10 мВ. Номинальное значение выходного тока составля-
ет 1 мА, а фактическое может изменяться в пределах от
0,5 до 2 мА
Значения основных параметров ИС зависят в первую
очередь от точности соблюдения отношения Ra.JR=l
и R/2R—0.5 для всех звеньев РМ. Поэтому резисторы вы-
полнены в виде идентичных по геометрическим размерам
областей, одинаково ориентированных относительно осей
кристалла. В качестве резистивного материала использо-
вана выращенная иа поверхности кристалла методом ваку-
умного осаждения тонкая пленка поликремния с высокой
стабильностью сопротивления. Транзисторы токовых клю-
чей выполнены так, что их сопротивления в проводящем со-
стоянии достаточно малы и обратно пропорциональны про-
текающему току.
На рис. 2 2 представлены типовые зависимости основ-
ных параметров преобразователя от воздействия измене-
ния температуры окружающей среды и напряжения источ-
4*
51
Рис. 2.2. Типовые зависимости абсолютной погрешности преобразова-
ния в конечной точке шкалы (и, г) дифференциальной нелинейности
(б, д), тока потребления (в, е), коэффициентов преобразования Kit
и проникновения опорного напряжения на выход G (ж) от температуры
окружающей среды и напряжения источника питания для ИС ЦАП
К572ПА1
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не менее Не Солсе
Число разрядов b ............ 10 —
Дифференциальная нелинейность 8ld, %:
К572ПА1А...........................—0,1 0,1
К572ПА1Б.........................—0.2 0,2
К572ПА1В.........................—0,4 0,4
К572ПА1Г.........................—0,8 0,8
62
Время установления выходного тока t,i, мкс . . — 5
Выходной ток смещения нуля /оо. нА .... — 100
Абсолютная погрешность преобразования в конеч-
ной точке шкалы 6г.,, МР............................—30 30
Ток потребления 1сс, мА .......................... —
ника питания. Отметим, что графические зависимости элек-
трических параметров от режимов и условий применения
ПС не устанавливают их граничных значений, являются
справочными данными и показывают общин характер из-
менения параметров.
Динамические свойства ИС К572ПА1 характеризуются
временем установления выходного тока при включении СР
и одновременном выключении всех остальных разрядов,
т. е на так называемом главном переходе. При этом наблю-
дается наиболее длительный и сложный переходный про-
цесс со значительными выбросами.
Микросхема ЦЛП об задает помехозащищенностью
0,4 В при уровнях (Л/.^0,4 В и U[n^Ucc — 0,5 В.
Типовое (среднее) значение 6/. при 7=25±10°С состав-
ляет ±0,1 % для К572ПЛ1Л, ±0,2% для К572ПА1Б
и э 0,4 % для К572ПА1В (Г)
Типовые значения других электрических параметров
Температурный коэффициент аб/о, %/°С, не более . . . 3,5 10—6
Температурный коэффициент a6f «, %/°C, нс более . . . 15 10—6
Рассеиваемая мощность прн t/«KF=10 В, мВт. не более . 20
Входной ток 1щ по цифровым входам, мкА, не более . . I
Выходной ток lonx при (7пег=22,5 В, мА, не более . . 3,5
Сопротивление ЦОС н эквивалентное сопротивленце РМ,
кОм ..................................... .................................. 10
Нормы на электрические параметры ИС н возмо/кность
ее согласования с КМОП цифровой ИС (ЦИС) обеспечи-
ваются при напряжении источника питания 15 В±10%
и опорном напряжении 10,24 В. Для работы ЦАП с ТТЛ
схемами требуются дополнительные резисторы согласова-
ния уровней. Непосредственное сог юсование ЦАП с ТТЛ
ЦИС возможно при питании от источника 5 В±10%. Од-
нако электрические параметры преобразователя в этом слу-
чае ухудшаются. Преобразователь К572ПА1 допускает ра-
боту прн напряжении питания в диапазоне от 5 до 17 В
и изменении опорного напряжения в пределах ±17 В без
гарантии норм па параметры.
При эксплуатации ЦАП К572ПА1 необходимо учиты-
вать ряд его специфических свойств, связанных с выполне-
нием ИС по КМОП технологии. Так, ток, потребляемый
53
Рис, 2 3. Принципиальная электрическая схема включения ИС ЦАП
К572ПЛ1 в режиме двухкзадрантного умножения
ЦАП от источника питания, зависит от уровня цифровых
сигналов на входе. При некоторых значениях сигналов
между уровнями логических 0 и i ток потребления макси-
мален и может в несколько раз превышать норму.
Для исключения перегрева кристалла ИС цифровые сиг-
налы должны иметь крутые фронты и установленные уров-
ни логических Он 1. Сигналы на цифровых входах не долж-
ны принимать отрицательных значений и превышать уро-
вень напряжения питания. Нсзадействованные цифровые
входы заземляются.
При работе с ЦАП К572ПА1 рекомендуется следующая
последовательность подачи электрических режимов: потен-
циал земли, напряжение питания, опорное напряжение, на-
пряжение па цифровые входы. Порядок снятия напря-
жения— обратный. Если уровни цифровых сигналов не
превышают 5,5 В, то подача режимов может быть произ-
вольной Опорное напряжение на вход 15 ИС может пода-
ваться любой полярности и формы.
Не допускается подавать напряжения отрицательного
диапазона и более Ucc на выводы 1 и 2, менее 0 и более Ucc
на все выводы ПАП, кроме 1, 2,15.
Основная схема включения ИС ЦАП К572ПА1 (рис. 2.3)
позволяет реализовать двухквадраптное умножение и обес-
печивает функцию униполярного преобразования двоично- <
го кода в напряжение на выходе внешнего ОУ А Выход-
ное напряжение формируется в пределах от 0 до Uref.
Связь между напряжением па выходе / схемы и двоичным
кодом на цифровых входах ЦАП однозначна:
ООО ООО . .000 0 ..001 -2 10-”б’Д£/,
100 ::ооо
111 ,JH и RrF
Использование внешнего ОУ предполагает правильный
его выбор, исходя из точностных и скоростных свойств пре-
образователя. Для сохранения точности ЦАП следует нс
пользовать ИС ОУ с напряжением смешения не более 5 мВ
(т.е. 0,5 ЛАР). Желательно также, чтобы время установле-
ния ОУ не превышало 2—5 мкс.
В практике совместно с ЦАП К572ПЛ1 часто использу-
ется ИС ОУ типа 15-1УДЗ, обладающая напряжением сме-
щения нуля 8 мВ н временем установления 0,5 мкс. На рис.
2 3 показана принципиальная электрическая схема унипо-
лярного ЦАП код — напряжение, работающего с ИС
154УДЗ и управляемого по входу стандартными цифровы-
ми КМОП уровнями.
Дтя защиты схемы преобразователя от помех в цепях
питания ИС ОУ используются конденсаторы С2, СЗ типа
К50-24 и конденсатор С1 типа КМ-56-ПЗЗ. Для защи-
ты выводов / и 2 ЦАП от случайного попадания отрица-
тельного напряжения их заземляют пли подключают
через ограничители на диодах Шоттки, например КД514А,
размещенные непосредственно у корпуса ИС (VD1,
VD2).
На рис. 2.4 приведена принципиальная электрическая
схема биполярного преобразователя код — напряжение,
в которой используются два внешних ОУ. Схема формиру-
ет напряжения в пределах от —Uref до Uref. Режим би-
полярного преобразования реализуется вычитанием токов
Iorn и !orn. Инвертирование Ior'j производится ОУ А1 На
входе ОУ А2 осуществляется их суммирование. В качестве
ОУ в схеме использованы ИС К154УДЗ. Напряжение па
выходе ЦАП определяется по формуле
U 0RN =— ' /0RN— 1ORN | .
55
Рис. 2 4 Принципиальная электрическая схема включения ИС ЦАП
К572ПЛ1 в режиме четырехквадрантного умножения
Зависимость напряжения на выходе ЦАП от цифрового ко-
да на его входе однозначна:
ООО. 000 (1— ^~U)UREF
Oil.‘.'ill 0,5 МР
100.. 000 —0,5 МР
-‘(1-2-I0)17W£f
Следует отметить, что в данной схеме невозможно полу-
чение нулевого значения напряжения на выходе.
В схеме на рис. 2.4 в цепи обратной связи Л2 использо-
ван внутренний резистор ЦАП сопротивлением, равным
/<экв- Частотная коррекция At и А2 проводится с помощью
конденсаторов С1 и С2 типа КМ-56-ПЗЗ. Конденсаторы СЗ
и С4 типа К50-24 используются для защиты схемы от помех
по цепям питания. Диоды VD1— VD4 типа КД514А. По-
грешность преобразования в данной схеме определяется
разбросом номинаюв и степенью согласования резисторов
R1 и R2 типа С2-29В 0,125 одного номинала.
Нулевое напряжение на выходе ЦАП (центр шкалы пре-
образования) может быть получено путем подключения
между выводом 2 и 15 ИС К572ПА1 резистора смешения
сопротивлением ЮМОм (1024Х^экв)- За счет этого ток,
протекающий через резистор смещения, суммируется с то-
56
Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема включения ИС ЦАП
К572ПЛ1 в режиме двухквадрантного умножения с мощным выходным
каскадом
ком Iorn, что соответствует изменению напряжения па вы-
ходе схемы на половину МР. Связь между напряжением на
выходе преобразователя и цифровым кодом па его входе:
ООО . ООО uRER
Oll’.’.’lll IMP
100...000 о
111'"111 -(1-2-*) URER
При включении ИС ЦАП К572ПА1 в биполярном режи-
ме рекомендуется использовать ИС сдвоенного ОУ типа
140УД20 (два ОУ в одном корпусе ИС), у которого напря-
жение смещения нуля не превышает 5 мВ, а частота среза
550 кГц.
Принципиальная электрическая схема униполярного
ЦАП в режиме преобразования код — напряжение с мощ-
ным выходным каскадом показана па рис. 2.5. С ее по-
мощью можно сформировать задаваемое двоичным кодом
57
напряжение, изменяющееся в пределах от 0 до 10 В при
токе нагрузки 0,5 А. Преобразование ток—напряжение
осуществляется ОУ А (ИС ОУ 154УДЗ). Выходной каскад
схемы выполнен на комплементарной паре транзисторов
VT1 типа КТ815Б и VT2 типа КТ814В, повышающий на-
грузочную способность схемы. Опорное напряжение форми-
руется прецизионным стабилитроном VDI типа Д818Г.
Максимальное значение Uqrn регулируется с помощью ре-
зистора RI типа СП5-85Б в цепи обратной связи. В схеме
использованы защитные диоды VD2, VD3 (КД514А).
Рассмотренные схемы включения ИС ЦАП К.572ПА1
представляют собой типовые примеры построения функ-
циональных узлов РЭА па основе умножающих ЦАП. Они,
безусловно, нс исчерпывают варианты использования этого
популярного типа ИС ЦАП в аппаратуре, поскольку обла-
сти его применения довольно разнообразны.
Микросхемы К572ПА1 применяются в устройствах вы-
вода, сопряжения и отображения информации, совместно
с универсальными осциллографами и графопостроителями,
в системах автоматизации производственных процессов, ап-
паратуре для физических экспериментов и др.
В [24] предложено устройство для вывода информации
из мини ЭВМ СМ-4 на осциллограф в процессе проведения
физического эксперимента. Одним из его наиболее важных
оконечных узлов является ИС ЦАП 572ПА1А, включенная,
как показано на рис. 2 6. Устройство используется эффек-
тивно, когда необходимо представить на экране осцичлогра-
фа простую графическую информацию (однозначные функ-
ции одной переменной и т.п.), а применение графических
Рис. 2 6. Схема устройства для вывода информации из мини-ЭВМ СМ-4
на осциллограф
58
дисплеев и графопостроителей неудобно или неопрапдано.
Оно обеспечивает представ ение данных в виде одного
графика с 1024 точками отсчета, одновременно двух графи-
ков с 512 и четырех графиков с 256 точками отсчета. Мик-
росхема ЦАП К572ПА1Л применяется как преобразоватеть
последовательного 8-разрядпого цифрового кода в напря-
жение на выходе внешнего ОУ А1
Для создания устройства вывода информации из ЭВМ
15ВСМ-5 па графопостроитель можно использовать ИС
ЦАП К572ПЛ1 совместно с ИС ОУ К140УД7 (А1, А 2) [25],
стабилитроном VD1 типа КС191Е н транзистором VTI ти-
па КПЗОЗЛ, образующими узел стабилизации по входу ИОН
Рис. 2 7. Схема устройства для вывода информации с микроЭВМ на
графопостроитель
59
(рис 2.7). Информация с оконечных узлов, выполненных на
ИС ЦАП, представляется положительным целым числом
от 0 ж о 255. Устройство используется также для обмена
информации с микроЭВМ «Электроника ДЗ-28» (схема на
рпс 2.7 приведена с некоторыми авторскими изменениями).
Данные о результате вычислений в ЭВМ удобно пред-
ставлять в графической форме с помощью двухкоординат-
пых аналоговых графопостроителей, дисплеев, двухлучевых
осци ыографов.
На рис. 2.8 показаны устройство вывода с двумя ИС
ЦЛП К572ПА1. включенными совместно с ИС ОУ К140УД6
(А1 и А2) для управления пером графопостроителя по ко-
ординатам X и Y [26], и БИС МП КР580ИК55, у которой
задействованы порты А, В (линии РАО — РЛ7, РВО—РВ7)
и четыре линии порта С (РСО — РСЗ). Линия РС7 порта С
служит для управления подъемом и опусканием пера гра-
фопостроителя Для исключения скачкообразных переме-
щений пера и получения неискаженного вывода графиче-
ской информации проводится ее линейная интерполяция по
специальной программе
Принципиальная электрическая схема оконечного уст-
ройства узла вывода информации в автоматизированном
измерителе спектров [27] приведена иа рис. 2.9. В его состав
Рис. 28. Схема устройства для вывода информации из микропроцес-
сора на двухкоординатный графопостроитель
SO
Рис 2 9. Схема оконечного устройства узла вывода информации в авто-
матизированном измерителе спектра (Примечание: Диоды VD3 и VD4
следует подключить в обратном направлении!)
входят две ИС ЦАП К572ПА1, две ИС ОУ К140УД8Б (AJ
А2), включенные на выходах ЦАП, и набор дискретных эле-
ментов. Управление ИС ЦАП по цифровым входам осуще-
ствляется микросхемами серии К155. Выходными сигнала-
ми устройства являются аналоговые напряжения по коор-
динатам X н У для управления лучом осциллографа С1-72.
В схеме иа рис. 2 9 VD1 — стабилизатор Д818А, VD2—
VD5 — диоды КД509А.
Микросхемы ЦАП К572ПА1 стали основными элемен-
тами для сопряжения микроЭВМ с линейкой фотоприем-
ников К1200ЦЛ1 на приборах с зарядовой связью (ПЗС).
61
Рис. 2.10. Схема устройства сопряжения микроЭВМ с линейкой фого-
присмииков на ПЗС
В устройстве, описанном в [28], используются два идентич-
ных узла цифро-аналогового преобразования, включаю-
щих ЙС К572ПА1, ИС ОУ К140УД8А, полупроводниковые
приборы. Принципиальная электрическая схема одного из
таких узлов показана на рис. 2.10. Источник опорного на-
пряжения ЦАП собран на транзисторах VT1 (КПЗОЗБ),
VT2 (КТ315Г) и стабилитроне VD2 (Д818Д), а резистор-
ный делитель R1 — R9 и стабилитрон VD1 (КС162Л) обес-
печивают устойчивую работу КМОП ИС ЦАП с цифровы-
ми ТТЛ ЙС серии К155. В схеме применен ОУ А на ИС
К140УД8.
Микросхема ЦАП К572ПА1А (Б) широко применяется
в программно-управляемых от ЭВМ источниках питания,
выпрямителях, импульсных усилителях с управляемым ко-
эффициентом усиления, высоковольтных формирователях
напряжения и др.
Программно-управляемый высоковольтный стабилизи-
рованный источник питания, принципиальная электриче-
ская схема которого рассмотрена в [29], обеспечивает вы-
ходное напряжение от 0 до 3 кВ с дискретностями 3 В
и 3 мВ в пределах 3 В. Максимальный ток нагрузки дости-
гает 20 мА. Амплитуда пульсаций выходного напряжения не
превышает 10 мВ. Управчяется источник питания от ЭВМ
«Электроника-60».
Запись кода, соответствующего выходному напряжению
источника, производится по каналу связи с ЭВМ и 10 раз-
52
рядные буферные регистры при поступлении управляющих
сигналов, которые образуются путем дешифрации четырех
старших разрядов 16-разрядного слова от ЭВЧ
Кодовые комбинации с регистров поступают на 1О-раз-
рядные ЦАП, выполненные на ИС К572ПА1 и ИС ОУ
К140УД6. Первым ЦАП проводится регулировка выходного
напряжения с дискретностью 3 В в диапазоне 0—3 кВ,
а вторым — регулировка с дискретностью 3 мВ в пределах
3 В. Аналоговые сигналы с выходов двух ЦАП поступают
на инвертирующий вход ОУ (ИС К153УД5). На этот же
вход ОУ через делитель поступает напряженно с выхода
источника, включая тем самым влияние нагрузки па вели-
чину выходного напряжения.
В [30J рассмотрена принципиальная электрическая схема
низкочастотного фазочувствительного выпрямителя, в кото-
рой процесс выпрямления напряжения
^вх = 2t/msin (lb)t 4- <Ti)
осуществляется путем его умножения на некоторую перио-
дическую функцию времени Gat с последующим выделени-
ем постоянной составляющей из результата умножения.
С этой целью испольауются ИС К572ПА1Б совместно с дву-
мя ИС ОУ 140УД6Б (по числу аналоговых выходов ЦАП),
которая управляется 5121 8-разрядным двоичным словом
(по числу выборок синусоида тьпой функции аргументов от
О до я/2). Вся цифровая информация хранится в ПЗУ
505РЕ30052. Два разряда ЦАП управляются по входам 13
(МР) и 4 (СР) от триггера ИС 564ТМ2. Рассмотренное
устройство может быть использовано и как прецизионный
генератор в диапазоне частот от 0 до 15 Гц.
В рентгеноспектрометрических усилительно-преобразо-
вательных трактах [31] используются быстродействующие
импульсные усилители с цифровым управлением коэффи-
циентом усиления. В схеме на рис. 2.11 коэффициент уси-
ления изменяется программным способом от 16 до 255 с ша-
гом 1 с помощью ИС К572ПА1, работающей в режиме ли-
нейного 8-разрядного преобразования. Импульсы напряже-
ния длительностью не менее 500 нс передаются поэтому
усилителем с уровнем нелинейных искажений 0,5 % Сов-
местно с ЦАП К572ПА1 в схеме применены три ИС ОУ
К574УДА1 (AI—АЗ). Первый каскад имеет постоянный
коэффициент усиления 20 и используется как ИОН ЦАП.
Второй каскад — линейный аттенюатор, управляемый
8-разрядным двоичным параллельным кодом.
63
Рис 2 il Схема импульсного усилителя с цифровым управлением коэф-
фициентом усиления
Сигнал с выхода ЦАП подается па дифференциальные
входы ОУ А2, включенного по схеме инвертирующего по-
вторителя. Его устойчивую работу обеспечивает корректи-
рующая цепочка /?/, С1. Емкость С2 в ЦОС устраняет вы-
бросы сигнала на выходе А2, которые возможны из-за
«глптч-эффекта»-ЦАП. Третий каскад па АЗ является ин-
вертирующим усилителем с коэффициентом усиления 15
Точная установка коэффициента усиления схемы определя-
ется потенциометром R2. Все три каскада развязаны по це-
пям питания RC фильтрами. Область применения данного
импульсного усилителя потенциально шире указанной ав-
торами [31]. Увеличение числа разрядов ЦАП до 10—12,
например, позволит расширить диапазон управления коэф-
фициентом усиления до 1023 или 4095. Очевидны преиму-
щества за счет применения ИС ОУ, обладающих более вы-
соким коэффициентом усиления.
Усилитель с программируемым коэффициентом усиле-
ния, предназначенный для работы с фотодиодными датчи-
ками излучения, показан на рис. 2.12. Микросхема ЦАП
К572ПА1А включена в отрицательную ПОС ОУ А1 на ИС
КР544УД2А, который выполняет функцию согласующего
усилителя. При таком включении напряжение на выходе
ОУ А! определяется из выражения
где .V — число в цифровом двоичном коде па входе ЦАП;
а — разпядпый коэффициент ЦАП, равный^0*; Яь —
04
Рис. 2 12. Схема усилителя с программируемым коэффициентом усиле-
ния для работы с фотодиодными датчиками
сопротивления соответствующих резисторов делителя ком-
пенсации разброса чувствительности применяемых фото-
диодов. Выходное напряжение усилителя подается на вы-
вод 15 ЦАП и зависит от состояния его цифровых входов.
Таким образом, образуется следящая система, позволяю-
щая значительно уменьшить напряжение смещения нуля
в ОУ А1 и улучшить его согласование с последующими
каскадами усилителя Кроме А! в схеме включены ОУ А2
(ИС К140УД13) и АЗ (ИС К140УД6) [32].
Микросхема ЦАП К572ПА1 определяет основные тех-
нические характеристики таких специальных устройств, как
формирователи управляемого напряжения на анодах элек-
тронных пушек масс-спектрометров [33]. Упрощенная прин-
ципиальная электрическая схема такого ЦАП, включенного
совместно с OV А2, показана на рис 2 13. Усилитель А2
собран на дискретных элементах и обеспечивает размах
выходного напряжения ЦАП от 0 до 200 В Его принципи-
альная электрическая схема приведена на рис. 2.14
Аналоговый сигнал с выхода ЦАП поступает на диф-
ференциальный усилитель на согласованной паре транзи-
сторов VT3 и VT4, коллекторы которых соединены с эмит-
терами транзисторов VT5 и VT6, включенных по схеме
с общей базой. Рабочий ток дифференциального усилителя
определяется генератором тока на VT2. Потенциал на ба-
5-385
65
Рис. 2,13 Схема ЦАП формирователя управляемого напряжения:
А1 - ИС ОУ К140УД7
зах VT5 и VT6 задается с помощью эмиттерного повторите-
ля VT1O таким образом, чтобы напряжение коллектор —
эмиттер на транзисторах VT3 и VT4 оставалось постоян-
ным. Это обеспечивает подавление синфазной составляю-
щей входного сигнала.
Работа выходного каскада усилителя в режиме с несим-
метричным входом предполагает включение согласованных
Рис. 2.14. Принципиальная электрическая схема усилителя мощности на
ОУ:
VDl, VD2 — стабилитроны КС162А; VD3, VD4 — диоды КД105Б V77. 919—
УГУ/— транзисторы КТЗ 02Б; VT2 — транзисто] KT3IO7K. VT3—VT6 — транзи-
сторы КТ ЮЗА VT7, VT8 — Транзисторная сборка К159НТ1Б, VT12, VTI5—трак-
висторы KT3I02E; fT13, VTI4, VT16 — транзисторы КТ940А
66
пар транзисторов VT7, VT8 и VT1, VT9 по схеме токового
зеркала. В выходном каскаде усилителя используется вы-
соковольтный транзистор VT14, включенный по схеме с об-
щим эмиттером, а его активная нагрузка выполнена в виде
генератора тока на транзисторах VT12 и VT13.
Ограничение выходного тока усилителя на уровне 12—
15 мА осуществляется с помощью транзисторов VT15
и VT16. Емкость Скор обеспечивает устойчивую работу уси-
лителя. Ток нагрузки усилителя достигает 10 мА.
При некотором изменении схемы входного каскада ОУ
[33] можно получить ЦАП с биполярным выходным напря-
жением в диапазоне ±100 В.
Отличительные свойства умножающих ЦАП делают их
удобными для построения различных функциональных уст-
ройств.
Несколько микросхем К572ПА1 требуется для создания
функционального преобразователя аналогового входного
сигнала UBX в интервал времени tBblx= UBBtx, где п = 1,
2, 3 [34] Эта операция является промежуточной при реали-
зации функции вида СВых=1И Свх. Интервал Ux рас-
сматривается как длительность выходного импульса преоб-
разователя. Для получения ивых проводится фильтрация
импульсов и преобразование их длительности в напряже-
ние. При этом важно, чтобы скважность импульсов зависе-
ла только от UBX:
Q = ^вых^У вых = U вх>
Де Q — скважность; Увых— период следования импульсов.
Использование ИС ЦАП К572ПА1 позволяет унифициро-
вать структуру преобразователя для любых п. На рис. 2.15
приведена принципиальная схема функционального преоб-
разователя для /2=3 при трех ИС ЦАП К572ПА1.
Двоичный счетчик на ИС D2— D4 (К155ИЕ5) цикли-
чески заполняется импульсами с частотой f от генератора
Г па трех микросхемах D1 (ИС К155ЛАЗ). Код текущего
состояния счетчика поступает на входы трех модулей
— ПЗ ЦАП, каждый из которых образован совместным
включением ЦАП (К572ПА1) и ОУ А4 (К140УД7). Рабо-
тают они следующим образом.
Источником опорного напряжения Uon для модуля П1
является ОУ А1 (К140УД7), а выходное напряжение моду-
ля П1 с выхода А4 поступает на вход опорного напряже-
ния модуля П2 и т. д. Коммутация выходного напряжения
5* 67
Рис 2.15 Схема функционального преобразователя вида напряжение — временной интервал
68
модулей III — ПЗ на АЗ, выполняющего функцию КН
(К521САЗ), обеспечивается переключателем В, с помощью
которого также изменяется показатель степени корня.
В схеме производится инвертирование выходного сигнала
ЦАП с использованием для этой операции ОУ А2
(К140УД7) и переключателя В. Каскадное включение мо-
дулей ЦАП позволяет получить выходное напряжение:
иВЬ1Х-ц0П(2«1ф2-
\=i
где п — порядковый номер модуля; т — разрядность счет-
чика; а,-— значение кода i-ro разряда (0 или 1); 0, — вес
i-ro разряда счетчика. Напряжение определяется сте-
пенью — порядковым номером модуля ЦАП при /n=const.
На выходе КН АЗ формируется импульс с длительностью
Скважность импульсов
Q = У ^вЛЛ,п. так как Тг.ых = 2т//.
Для варианта схемы по рис. 2.15 f= 100 кГц, Твых=
= 10 мс, погрешность преобразования в диапазоне (0,1 —
1)ЦВх составляет не более 0,15 %.
Близкое по технической сути решение для реализации
функции извлечения квадратного корня предложено в [35].
В устройстве па рис. 2.16 напряжение, вырабатываемое
двумя умножающими ЦАП К572ПЛ1, нарастает по квад-
ратичному закону, а результат преобразования, пропорцио-
нальный значению корня квадратного от значения напря-
жения, выражается в 10-разрядпом двоичном коде Запуск
устройства происходит подачей сигнала / на установочные
входы 10-разрядного счетчика импульсов D2—D4 (ИС
К155ИЕ5). Сигнал со схемы сравнения А1 через инвертор
D1-1 (ИС К155ДАЗ) запускает генератор Г на D1-2—DI-3,
импульсы с выхода которого поступают на счетчик D2—D4.
На вход 15 первого ЦАП подается напряжение 9 В от
стабилизатора на VT (КТ361Г), VD1 (КС133А) и VD2
(Д818Е). На выходе ОУ Л2 формируется линейно нараста-
ющее ступенчатое напряжение, которое является опорным
для второго ЦАП. Ступенчатое напряжение на выходе ОУ
АЗ представляется уже в виде отрезка параболы и посту-
пает на первый вход схемы сравнения А/, па второй вход
которой подается преобразуемое положительное напряже-
69
Рис 2.16 Схема функционального преобразователя для извлечения
квадратного корня
пне. В результате сравнения на выходе А1 появится сигнал
логической 1, останавливающий работу генератора. Число
импульсов зафиксированное в счетчике и выраженное
в выходном двоичном коде, пропорционально корню квад-
ратному от значения входного сигнала. Для преобразова-
ния напряжения отрицательной полярности знак опорного
напряжения у первого ЦАП и полярность диодов VD4
и VD5 (КД521А) изменяются на противоположный.
70
Рис. 2.17, Структурная схема устройства логарифмирования
С помощью простого устройства, структурная схема ко-
торого приводится на рис. 2.17, реализуются функции ло-
гарифмирования двоичных чисел и представления резуль-
тата в аналоговой форме. Логарифмирующие устройства
используются в многоканальных анализаторах спектра
в целях расширения динамического диапазона измерений.
Мантисса логарифма определяется из значений не-
скольких старших разрядов двоичного числа по алгоритму,
хранимому в ППЗУ [36] По сигналу блокируется генера-
тор Г, двоичное число записывается в регистр сдвига РгС,
в 4-разрядном счетчике Сч устанавливается число 15. По
окончании сигнала Запись генератор разблокируется,
и каждым его импульсом содержимое регистра сдвигается
в сторону старших разрядов, а из счетчика вычитается 1.
Работа генератора прекращается после появления в стар-
шем, 16-м разряде регистра логической 1 или обнуления
счетчика.
В счетчике находится код старшего разряда, содержа-
щего логическую 1 (характеристику логарифма), который
подается на старшие разряды ЦАП с 7-го по 10-й (выводы
с 4 по 7 ИС К572ПА1). Разряды с 15-го по 11-й регистры
подаются на адресные входы ППЗУ (выводы с 10 по 14
ИС К155РЕЗ) с организацией 32X8 (256 бит). Выходное
6-разрядное слово ППЗУ содержит приближенные значения
мантиссы логарифма и подается на младшие с 1-го по 6-й
разряды ЦАП (выводы с 8 по 13 ИС К572ПА1). Суммар-
ная погрешность логарифмирования не превышает 0,17%
71
значения выходного тока. При реализации устройства на
элементах К155 серии можно рекомендовать использовать
в качестве регистра сдвига две ИС К155ИР13 или четыре
ИС К155ИР1, а счетчика —ИС К155ИЕ7, К155ИЕ5.
При создании различного рода радиотехнических систем
возникает необходимость в формировании дискретных сиг-
налов конечной длительности с произвольным законом из-
менения амплитуды и фазы колебаний. В общем случае
сигнал может быть представлен как
А (!) cos |ып I — <р (/)) = Ас (I) cos w0 / -4- (0 sin ю0 I,
где Л(0, Ас(1), Л5(/)— изменяющиеся во времени ампли-
туды сигнала и его косинусной и синусной составляющих;
ф(0—фаза сигнала; соо — средняя частота высокочастот-
ного сигнала
Очевидно, что при реализации устройств формирования
chi налов с амплитудной и фазовой модуляцией микросхе-
мы умножающих ЦАП незаменимы.
С подачей иа их входы опорного напряжения гармони-
ческих колебаний по закону cos tot и sin io? осуществляется
операция умножения этих колебаний на заданные цифро-
вым кодом значения напряжений. Именно эта идея и за-
ложена в основу работы устройства [37], в котором микро-
схемы ЦАП К572ПА1 применяются в режиме четырехквад-
рантного умножения совместно с ОУ А (К574УД1) (рис.
В электрические программируемые ПЗУ КР556РТ4
с информационной емкостью 1024 бит записываются 8-раз-
рядные кодовые слова в дополнительном коде с инверти-
рованным знаковым разрядом. Они соответствуют выбо-
рочным значениям амплитуды Лс(/) и Л,(/) Четыре стар-
ших разряда записываются в ППЗУ D2, а четыре млад-
ших— в ППЗУ D3. С выходов ППЗУ 8-разрядное слово за-
писывается на вход ЦАП (К572ПА1). Считыванием инфор-
мации управляет счетчик D1 (ИС 133ИЕ5 или К155ИЕ5),
на вход 14 которого поступают импульсы с частотой /д. Пре-
образование последовательности кодовых слов в колебания
с непрерывной амплитудой и фазой обеспечивается подклю-
чением на выходе ЦАП восстанавливающего полосового
фильтра.
Эффективно применяется ИС ЦАП К572ПА1 в узлах
радиоспектрометров, способствующих использованию мето-
да электронного парамагнитного резонанса в различных
72
+ 5В
Рис 2 18. Схема устройства формирования сигналов конечной длительности с произвольным изменением
ды и фазы колебаний
73
Рис. 2 19 Схема задатчика амплитуды модуляции от микропроцессора
областях науки и техники. В [38] предлагается построение
задатчика амплитуды модуляции с ЦАП К572ПА1 в каче-
стве управляемого от МП аттенюатора (рис 2.19). Задат-
чик устанавливает цифровым кодом значение амплитуды
синусоидального сигнала на входе усилителя мощности.
Совместно с ИС ЦАП К572ПА1 в схеме использованы ИС
ОУ К574УД1 (Al, А2). Сигнал задающего генератора ам-
плитудой UK=6 В через разделительный трансформатор
Тр (ТИМ221В) и масштабирующий ОУ А1 поступает на
вход 15 ИС ЦАП Коэффициент его ослабления определя-
ется 8-разрядным двоичным кодом с выходов буферных ре-
гистров на триггерах D2, D3 (К155ТМ8). Установка
заданной амплитуды модуляции производится микропро-
цессорной системой сбора и обработки информации через
дешифратор-демультиплексор D1 (К155ИДЗ).
Одним из основных элементов различных контрольно-
измерительных и других радиотехнических устройств явля-
ются генераторы сигналов. Особой популярностью пользу-
ются генераторы ступенчатого нарастающего и кусочно-лн-
нейного пилообразного сигналов.
На рис. 2.20 представлена цифро-аналоговая часть прин-
ципиальной схемы генератора треугольных импульсов, вы-
74
Рнс. 2.20 Схема цифро-аналоговой части генератора треугольных им-
пульсов
полненная на ИС ЦАП К572ПА1 и ОУ Al, А2 (К140УД6Б).
Работа генератора основана на преобразовании в ЦАП по-
следовательности импульсов в линейно-нарастающее или
убывающее напряжение.
Управление ЦАП осуществляется реверсивным счетчи-
ком (например, К155ИЕ7). Сигнал треугольной формы сни-
мается с выхода ОУ А! и подается на инвертирующий вход
ОУ А2 Для получения двуполярного сигнала на другой
вход А2 через резисторный делитель поступает напряжение
смещения от источника ± 15В [39]
Традиционной и хорошо изученной областью примене-
ния ЦАП являются АЦП (следящего типа, последователь-
ных приближений и др ), в которых ЦАП осуществляют
промежуточные преобразования. Однако создание полупро-
водниковых БИС АЦП серий К572 и К1108 с высокими тех-
ническими характеристиками сделало эту область примене-
ния архаичной (исключение составляют преобразователи
с оригинальными параллельно-последовательными структу-
рами). Поэтому имеет смысл ограничиться рассмотрением
не законченных принципиальных схем АЦП, а отдельных
узлов, содержащих ИС ЦАП и представляющих интерес
с точки зрения конкретных схемотехнических решений. Вот
несколько примеров.
Цифровые преобразователи временных интервалов в на-
пряжение чаще всего строятся по классическому методу по-
следовательного счета и имеют в своем составе ЦАП В та-
ких преобразователях полученный на выходе счетчика код
75
записывается в сдвиговый регистр, информация с выхода
которого поступает на вход ЦАП. После записи кода в ре-
гистр сче чик устанавливается в нуль, а код в регистре или
напряжение на выходе ЦАП сохраняется необходимое вре-
мя до момента нового измерения. Описанный принцип пре-
образования реализован в устройстве [40] с применением
цифровых ИС серии К155, ИС ЦАП К572ПА1А и суммиру-
ющего ОУ ИС140УД7. Изменение напряжения на выходе
преобразователя происходит скачкообразно. Диапазон пре-
образуемых временных интервалов составляет 1—127 мкс
при погрешности преобразования ±0,5 мкс, но может быть
изменен за счет уменьшения или увеличения частоты гене-
ратора. Выходное напряжение ЦАП в данном случае
U0RN = KN = K(/n/T+ I),
Рис. 2 21. Принципиальная электрическая схема ИОН па основе ОУ
К140УД7 и транзисторной пары KPI59HTIB
Рис. 2 22. Схема включения ЦАП К572ПА1 с суммирующим ОУ
К544УД2 в составе АЦП
76
Рис. 2 23. Включение ИС ЦАП К572ПА1 в узле преобразования спект-
рометрического модуля
где X — коэффициент передачи ЦАП; N — число зафиксиро-
ванных в счетчике импульсов; iH — значение измеряемого
временного интервала; Т — период следования импульсов
задающего генератора.
Преобразователи временных интервалов в напряжение
широко применяются также в системах регулирования при
исследовании импульсных процессов малой длительности
н большой скважности, переходных процессов и т. п.
На рис. 2.21 представлен вариант построения ИОН для
77
ИС ЦАП К572ПА1 на основе ИС ОУ К140УД7 (А2) и тран-
зисторной пары КР159НТ1В (At). Регулировка опорного
напряжения ЦАП с верхним значением диапазона — 10,23 В
производится резистором R1.
Схема включения ИС К572ПА1 совместно с внешним
суммирующим ОУ А на ИС К544УД2А показана на рис
2.22. Резистор R1 обеспечивает балансировку напряжения
смещения нуля ОУ С помощью конденсатора С1 корректи
руется значение времени установления по напряжению
ЦАП. Значение емкости конденсатора Ct уточняется при
настройке АЦП [41] и находится в пределах 10—30 пФ.
Несколько вариантов включения ИС ЦАП К572ПА1
предложены в узле цифро-аналогового и аналого-цифрово-
го преобразований спектрометрического модуля системы
измерения и обработки информации [42] (рис. 2.23).
Микросхема двухканального ОУ ИС К157УД2 исполь-
зуется здесь и как суммирующий усилитель А1-1 на выходе
ЦАП, и как основа А1-2 для ИОН. Если первая ИС
К572ПА1 совместно с А1-1 образует ЦАП с выходом по на
пряжению, то вторая аналогичная ИС ЦАП с Al-2 А2 (ИС
ОУ К574УД1А) и КН на ИС К521САЗА необходимы для
построения АЦП последовательных приближений
Опорное напряжение на ИС ЦАП К.572ПА1 и ОУ А ИС
К544УД1А формируется от источников ±15 В с помощью
уз. а стабилизации, выпотненного на основе дискретных
элементов (рис 2.24) Особенность подачи С ref на вход 15
Рис. 2.24 Схема формирования модулируемого опорного напряжения
для ИС ЦАП К572ПА1
78
ПАП заключается в возможности его модулирования сиг-
налами датчиков. В схеме используются стабилитроны VD1
(2С213Ж) и VD2, VD3 (2С191Ф) Сигнал с выхода ОУ
К544УД1А А подается на вход КН (в случае построения
АЦП)
При оптимальной обработке дискретных сигналов на фо-
не помех широко используются согласованные дискретно-
аналоговые нерекурсивные фильтры. Принципиальная элек-
трическая схема одного из них (с перестраиваемым импульс-
ным откликом) приведена на рис. 2.25. В качестве
программно регулируемых сопротивлений в фильтре при-
менены ИС ЦАП К572ПА1, линии задержки ПЗ выполнены
на ИС 528БР1 ОУ А1-1 я А1-2 выполнены на ИС
К157УД2 [43}
Микросхема 528БР1 содержит две дискретно-аналого-
вые ЛЗ, каждая из которых задерживает сигнал на 64 так-
товых импульса К выводам ЛЗ подключены ЦАП
К572ПА1, работающие в режиме четырехквадрантного ум-
ножения Перестройка импульсного отклика фильтра произ-
водится изменением входных кодовых комбинаций по за-
данной про рамме извне
2.1.2. МИКРОСХЕМЫ К572ПА2 И КР172ПА2
Микросхемы умножающего ЦАП К572ПА2 (А, Б, В)
или КР572ПА2 (А Б, В), как и ИС К572ПА1, являются
универсальными структурными звеньями для построения
микроэлектронных ЦАП АЦП и управляемых цифровым
кодом делителей тока. Они предназначены для преобразо-
вания 12-разрядного прямого двоичного кода на цифровых
входах в ток на аналоговом выходе, который пропорцио-
нален значениям кода и (или) опорного напряжения
Микросхемы К572ПА2 и КР572ПА2 содержат более
тысячи элементов и размещаются соответственно в герме-
тичных металлокерамических плоских корпусах типа
4134 48-2 и пластмассовых корпусах типа 2123 40-2 с вер-
тикальным расположением выводов
Нумерация и назначение выводов (для БИС КР572ПА2
в скобках): 2(32)— аналоговый выход 2; 4(33) — аналого-
вая земля; 6(34)— вход регистра 1; 8(35)—19(6) — цифро-
вые входы /—12; 20(7) — напряжение источника питания
Цсс|; 21(8) — вход регистра 2; 22(9)—цифровая земля;
24(10) — напряжение источника питания Vcct: 30(13) —
вывод конечного резистора матрицы; 38(27)—опорное на-
79
WOK ЮОк
Рис 2 25, Схема дискретно-аналогового согласованною фильтра
60
Рис 2.26. Функциональная электрическая схема БИС ЦАП К572ПА2
пряжение Uref', 47(28) — вывод резистора обратной связи;
48(31) —аналоговый выход 1; 1, 3, 5, 7, 23, 25—29, 31—37,
39—46 — незадействованные выводы.
Функциональная электрическая схема БИС ЦАП
К572ПА2 (КР572ПА2) изображена на рис. 2.26. Ее цифро-
вая часть обладает индивидуальными особенностями
и включает блок согласования входных уровнен напряже-
ний цифрового кода УЦ с КМОП уровнями внутренних эле-
ментов преобразователя, два 12-разрядных буферных реги-
стра RG1 и RG2, один из которых служит для записи и хра-
нения цифровой информации, а второй помимо указанною
необходим для управления аналоговыми переключателями
тока. Эти особенности делают БИС ЦАП удобной для ор-
ганизации связи с МП.
Аналоговая часть функциональной схемы БИС К572ПА2
(КР572ПА2) во многом повторяет ИС К572ПА1 Отличие
Состоит лишь в увеличении числа звеньев матрицы R—2R
и КМОП переключателей тока (до 12). Для работы с выхо-
дом по напряжению ЦАП К572ПА2 также требуются ИОН
и ОУ в режиме суммирования токов.
Активные элементы БИС и прецизионные резисторы мат-
6-385
81
рицы R—2R размешены в объеме и на поверхности двух
различных кристаллов.
Метод преобразования в БИС К572ПА2 и КР572ПА2
предполагает суммирование всех разрядных токов, взве-
шенных по двоичному закону и пропорциональных значе-
нию опорного напряжения на входе 38(27) в соответствии
с заданным значением двоичного кода на цифровых входах
ЦАП.
Значения токов на выходах БИС 48(31) и 2(32) соответ-
ственно определяются из выражений
^ORN = R£F^skb) 2 1
loRN ~~ (URFF^IBK 2 °’
i=I
где Яак,-30 кОм
Основные электрические параметры при температуре
окрузкающей среды 25±10°С
Не менее Не более
Число разрядов b . . ............ 12 —
Дифференциальная нелинейность Sld, %:
К572ПА2А (КР572ПА2А)............. —0,025 0,025
К572ПА2Б (КР572ПА2Б) . . . . -0,05 0,05
К572ПА2В (КР572ПА2В).............-0,1 0,1
Абсолютная погрешность преобразования в
конечной точке шкалы 6Ра, МР . . —20 20
Время установления выходного тока t,i, мкс — 15
Токи потребления 1М. 1еег. мА ... . — 2
На рис. 2 27 и 2.28 представлены типовые зависимости
основных параметров БИС ЦАП от воздействия измене-
ния температуры окружающей среды и напряжений источ-
ника питания.
Преобразователь рассчитан на работу от двух источ-
ников питания Ucc i=5 В±5 % и Ucl 2 = 15 В±5 % при
опорном напряжении Ц»£р=10,24 В±20 мВ. Наличие от-
дельного вывода для питания входных усилителей-инвер-
торов от источника 4-5 В±5 % позволяет подключить его
к ТТЛ схемам без дополнительных резисторов. Точность
преобразования при этом не ухудшается.
Микросхемы К572ПА2 и КР572ПА2 допускают эк-
сплуатацию при изменении напряжений источников пита-
ния Уса от 4,7 В до 17 В, Ucci от 12 до 17 В, опорного на-
пряжения UцЕР в диапазоне ±22,5 В. Но при этом не
62
Рис. 2.27. Типовые зависимости дифференциальной нелинейности (а, в)
и абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы (б,
г) БИС ЦАП К572ПА2 от напряжения источника питания и температу-
ры окружающей среды
Рис 2.28 Типовые зависимости токов потребления БИС ЦАП К572ПЛ2
от напряжения па цифровых вводах (а, б) и температуры окружающей
среды (в, г)
гарантируются нормы на электрические параметры и необ-
ходимо выполнение условия Ucci^UCC2, a Uih^Ucc}.
Облегченный режим эксплуатации БИС К572ПА2
(КР572ПА2) обеспечивается при UCci — 5 В±5 %, [7сс2=
= 15 В4-5 %, 1/Л£р=10 В+1 %.
6*
83
Типовые значения дополнительных электрических параметров
Ток утечки иа выходе 1оьк, нА, не более ............. 50
Входной ток высокого уровня Ьн, мкА, не более .... 1
Выходной ток смещения нуля loo, нА, не более......... 30
Выходной ток loan, мА, не более......................0,82
Температурные коэффициенты абРя н абьс, %/°C, не более 2-10_•
Выходная емкость 1рн коде 11. .11 Со, нФ ... 270
Выходная емкость при коде 00 ..00 Со, пФ . . . 70
При работе с ЦАП К572ПА2 и КР572ПА2 необходимо
соблюдать правила подачи электрических режимов и меры
защиты, рекомендованные для ЦАП К572ПА1. Источник
Ucct должен подключаться после включения источника
Ucc2- Не допускается даже кратковременное превышение
значения Ucci над Цсг2, а также превышение напряжений
на цифровых входах ЦАП над напряжением Ucc\. Реко-
мендуемая схема защиты БИС от неправильной подачи
напряжений питания приведена на рис. 2.29. Там же пока-
зан вариант включения дополнительных резисторов RI
и R2 для регулирования коэффициента преобразования
в небольших пределах.
Незадействованные цифровые входы должны соеди-
няться с выводом 22(9) На выводы 2(32) и 48(31) не до-
пускается подавать напряжение менее —100 мВ и более
Ucc2. Не рекомендуется также подача на выводы БИС на-
пряжения менее 0 и более UCc2, кроме выводов 2(32),
38(27), 47(28) и 48(32).
Далее для упрощения изложения материала будет рас-
сматриваться только БИС К572ПА2. Переход на нумера-
цию выводов для БИС КР572ПЛ2 легко осуществим.
Параметры внешнего ОУ при включении БИС К572ПА2
в режиме цифрового потенциометра на рис. 2.29 подбира-
ются такими, 1тобы не ухудшать точность и скорость пре-
образования ЦЛП Для со-
хранения точности преобра-
зования выбираются ОУ с
напряжением смещения ну-
ля не более 0,5 МР (1,25 мВ),
например ИС ОУ К153УД5.
Если требуется достижение
максимального быстродейст-
Рис 2 29 Схема включения БИС
ЦАП К572ПА2 с элементами за-
щиты от неправильной подачи на-
пряжений питания
84
вия, то целесообразнее выбирать ОУ с временем установле-
ния менее 3—5 мкс, например ИС ОУ К154УДЗ
При включении ЦАП в режиме четырехквадрантною
умножения эффекти! но применение ИС двухканальных
ОУ (два ОУ в одном корпусе ИС), например К140УД20.
Во всех случаях включения БИС К572ПА2 ее выход-
ное напряжение определяется кодом, записанным в регистр
RG2 Запись кода в регистр RG2 (вывод 21) может произ-
водиться либо трансляцией входного кода через регистр
RG1 (вывод 6), либо с его промежуточным запоминанием
в регистре RG1. Длительность импульсов по входам управ-
ления регистров RG1 и RG2 не должна превышать 5 мкс.
Правила записи цифровой информации в регистры та-
ковы-
RG' RG3
Запись данных в RG1, хранение предыдущих данных
в RG2 .....................I О
Запись данных из RG1 в RG2, хранение данных в RGI О
Прямое прохождение данных через RGI, RG2 ... I I
Принципиальная электрическая схема включения БИС
ЦАП в режиме униполярного преобразования код—на-
пряжение приведена на рис. 2.30, а. При таком включении
схема формирует выходное напряжение от —Gref до 0.
В ЦОС ОУ К154УДЗ (А) включен внутренний резистор
обратной связи БИС (вывод 47). Диоды VD1, VD2
(КД514А) необходимы для защиты выхода 48 по напря-
жению.
Взаимосвязь Horn ЦЛП и кодов на его цифровых вхо-
дах следующая:
ООО.. 000 о
ООО ..001 -2-»-7 lKEF (— I МР)
100 . 000 — URFFH
111 ..111 -\\-2-^)Uhef
В схеме на рис. 2.30, а используются конденсаторы С/,
С2 (КМ-56-Н90) емкостью 0,1 мкФ^^и (КМ-56-ПЗЗ)
емкостью 8 пФ ±5 %.
В схеме на рис. 2 30, б выходное напряжение формиру-
ется в пределах от —Gref до Gref- Режим четырехквад-
рантпого умножения реализуется путем вычитания токов
85
К572ПА2 в режиме униполярного преобразования (а) и четырехквад-
Рис. 2.30. Принципиальные электрические схемы включения БИС ЦАП
рантиого умножения (б)
Iorn и Iorn. Ток Iorn инвертируется А1 (ИС ОУ К154УДЗ).
На выходе ОУ А2 (ИС К154УДЗ) происходит суммирова-
ние Iorn иIorn.
Взаимосвязь Uorn с двоичным кодом на входе ЦАП
86
ООО.
.ООО
(\—2-i2) UREF
Oil.
100.
.111
ООО
0,5 MP
—0,5 MP
111
.111
- (1—2->*) UREF
Очевидно, что при таком включении ЦАП получение
нулевого значения напряжения на выходе (середина ха-
рактеристики преобразования) невозможно. Этот недоста-
ток схемы устраняется подключением резистора смещения
с сопротивлением 4096 /?ЭКв (примерно 120 МОм) между
выводом 38 и выводом 2 ЦАП. Тогда ток, протекающий че-
рез резистор смещения, суммируется с током Iorn, что соот-
ветствует увеличению Uorn на 1 МР. В этом случае взаи-
мосвязь Uorn с двоичным кодом на входе БИС вьп лядит
следующим образом:
000... 000 uRFF
on
100
111
000
IMP
0
111
111
- (1-2-H) UREP
Частотная коррекция ОУ в схеме обеспечивается кон-
денсаторами Cl, С2 (КМ-56 ПЗЗ) емкостью 8 пФ±5 %,
а развязка по цепям питания — конденсаторами СЗ, С4
(КМ-56-Н90) емкостью 0,1 мкФ^о% Диоды защиты VD1—
VD4 типа КД514А
Погрешность определяется отношением сопротивлений
резисторов R1 и R2
Области применения БИС ЦАП К572ПА2 идентичны
ИС ЦАП К572ПА1. В большинстве случаев возможна
функциональная заменяемость между указанными типами
микросхем умножающих преобразователей. Поэтому ниже
будут рассмотрены лишь несколько примеров включения
ЦАП К572ПА2 в составе узлов РЭА
Для графического отображения результатов измерений
и математической обработки данных в вычислительном
комплексе [44] используется двухкоординатпый графопо-
строитель, управляемый контроллером. В его состав вхо-
дят две БИС К572ПА2А, включенные совместно с ИС ОУ
К553УД1А и ответственные за управление пером графопо-
строителя по осям X и У Выбор коэффициента усиления
по напряжению ОУ определяется в каждом конкретном
случае размерами поля графопостроителя. С этой целью
87
Рис. 2.31. Схема устройства управления пером по оси X двухкоордпнат-
иого графопостроителя (управление пером по осн У осуществляется
с помощью второго такого же устройства)
ОУ К553УД1А А включен в режиме с плавно регулируе-
мым коэффициентом усиления (рис. 2.31). В описываемом
устройстве минимальная длина перемещения пера по осям
X и У выбрана равной 0,3 мм. Управление по входу ЦАП
осуществляется 10-разрядным цифровым кодом от регист-
ра текущего адреса пера по осям (ИС серии 155).
Применение БИС К572ПА2 позволяет реализовать не-
сколько алгоритмов движения пера и вариантов представ-
ления графической информации. Точки графика могут сое-
диняться сплошной линией либо отмечаться кружком. Воз-
можно нанесение на графике символьной информации.
В схеме на рис. 2.31 использованы защитные диоды VD1—
VD3 типа КД503, стабилитрон VD4 типа 2С215, реле Р
(РЭС55)
На рис. 2.32 показана схема включения ЦАП К572ПА2
совместно с ИС двухканального ОУ типа К140УД20. Уси-
литель одного из каналов А1-1 (ИС К140УД20) обеспечи-
вает работу ЦАП в режиме с выходом по напряжению.
На основе ОУ второго канала А1-2 и ЦИС К555ТМ2 (D1)
построен ИОН со схемой управления полярностью UREP,
88
В ЦАП К572ПА2 входное кодовое слово, несущее информа-
цию о модуле числа и его знаке, преобразуется в аналою-
вое напряжение Uqrn на выходе 12 А1-1, причем знак Uor.v
зависит от знака управляемого UREF на входе 38 ЦАП.
Знаковый (старший в слове) разряд организуется с помо-
щью D-триггера К555ТМ2. Сигналам логические 1 и 0 па
его выходе будут соответствовать значения Uorn, равные
—10 и +10 В. В качестве Д-трнггера могут использовать-
ся ЦИС и других серий. В схему па рис. 2.32 включены
также транзистор VT1 типа КТ315Е, диоды VD1 и VD2
типа КД503, стабилитрон VD3 типа КС210.
В составе рассмотренной схемы ЦАП К572ПА2 может
эффективно применяться в устройствах ввода-вывода МП
и мнкроЭВМ. Подобное устройство используется в типовом
одноплатном контроллере управления приводом системы
с числовым программным управлением на базе микроЭВМ
«Электроника МС 1201 01» [45]. Цифровая информация
в нем поступает на вход ЦАП с магистральной шипы (вы-
89
Рис 2 33. Принципиальная электрическая схема совместного включения
БИС ЦАП К572ПА2 и К594ПА1
ходы умощнителей на БИС К589АП16), а аналоговое вы-
ходное напряжение Horn подается на согласующие каска-
ды схемы обработки сигналов от фотоимпульсного датчи-
ка (БИС К1801ВП1)
В [461 предложен вариант построения на БИС
К572ПА2А и ИС К594ПА1 (она будет рассмотрена ниже)
16-разрядного ЦАП, в котором два 12-разрядных преобра-
зователя включены последовательно (рис. 2.33). Динами-
90
ческий диапазон результирующего выходного сигнала оп-
ределяется произведением динамических диапазонов каж-
дого из ЦАП, а общая погрешность преобразования —
суммой индивидуальных погрешностей. Микросхема
К594ПА1 (ЦАП1) работает в режиме 4-разрядного преоб-
разования (разрешающая способность при этом соответст-
вует 12-разрядному преобразованию) и задает с выхода А1
(ИС ОУ К140УД7) опорное напряжение для второго 12-
разрядного ЦАП 2 (БИС К572ПА2А) Таким образом,
ЦАП1 устанавливается диапазон 6/orwi = ±10 В, разде-
ленный на 16 поддиапазонов, а с помощью ЦАП2 выраба-
тывается Uornz с 4096 поддиапазонами внутри ±10 В.
На входы семи младших разрядов ЦАП1 постоянно по-
дается сигнал логический 0, а на вход восьмого разряда —
сигнал логический 1. Четыре старших разряда ЦАП1 уп-
равляются цифровым кодом от счетверенного £)-триггера
D3 (К155ТМ8).
На выходе ЦАП2 применен ОУ А2 (ИС К140УД7). При
таком включении на главном кодовом переходе (от ОН...11
к 100. 00) возможен выброс выходного напряжения до
2 В. Для устранения этого эффекта выход А2 подключен
к УВХ, выполненному на дискретных элементах VT1
(КТ326БМ), VT2 к VT3 (КТ316БМ), VT4 и VT5 (КП306Б),
VD1 (КС139), VD2 (КС175А), запоминающем конденсато-
ре С1 и др. При переключении разрядов VT4 запирается,
VT5 открыт н на выходе ОУ АЗ (ИС К140УД7) в течение
времени, задаваемого одновибратором D2 (К155АГ1), со-
храняется напряжение, эквивалентное предыдущему зна-
чению кода. После завершения переходных процессов
УВХ возвращается в исходное состояние (режим выбор-
ки). Цифровой сигнал на вход ЦАП2 поступает через ин-
вертор D1
Схема на рис. 2.33 не обладает высокими техническими
характеристиками (Zst/^30 мкс) и не лишена недостатков
в ИОН ЦАП1 используется ОУ зарубежного производст-
ва, УВХ громоздко. Вместо него целесообразнее применить
стробируемые полупроводниковые ИС УВХ серии KH00,
обладающие лучшими техническими характеристиками
(время выборки не более 0,5—0,7 мкс). Но авторы посчи-
тали полезным обратиться к примеру, который иллюстри-
рует сразу несколько схемотехнических приемов: примене-
ние двух типов ИС ЦЛП различного конструкторско-тех-
нологического исполнения в одном устройстве, построение
многоразрядного ЦАП на основе каскадного включения
91
BCKS
Рис. 2 34 Функциональная электрическая схема синусно-косинусного
преобразователя на БИС ЦАП К572ПА2
СУ — ЦИС управления; ССх — схема синхронизации; СРП — сигнал разрешения
преобразования
малоразрядных преобразователей, реализацию способа
подавления выбросов выходного напряжения ЦАП с по-
мощью УВХ.
Свойства умножающего ЦАП К572ПА2 используются
для построения преобразователя амплитуды электрическо-
го сигнала по синусной и косинусной зависимостям [47].
Функциональная электрическая схема устройства показа-
на на рис. 2.34. В схеме переключатели фазы ПФ1 и ПФ2
содержат переключающие контакты. Две группы таких же
контактов (переключателей) содержатся в коммутаторе
каналов КК (ИС 590КН7). В качестве регистра Рг приме-
нена ИС К155ИР17. Функциональные преобразователи
ФП1 и ФП2 представляют собой ПЗУ емкостью 4096 бит
статического типа с полной дешифрацией адреса, выход-
ными усилителями и схемой управления (БИС КР505РЕЗ).
На одной и той же ИС ОУ 153УД6 могут быть выполнены
92
повторитель П для компенсации сдвига фазы, инвертор
Инв и фазовращатель Фв для преобразования кодов, эк-
вивалентных углам от 0 до 360°. Микросхема К155ИМЗ
применена в блоке сложения с единицей БСл. Каждый из
управляемых преобразователей кода ПК.1 и ПК2 содержит
по 12 элементов «Исключающее ИЛИ» (по 3 ИС К155ЛП5)
и схему суммирования с одноразрядным числом (ИС
К155ИМ1). Таймер Тм выполнен на ИС КРЮ06ВИ1.
Функциональные преобразователи ФП1 и ФП2 форми-
руют коды синусной и косинусной зависимостей в октанах
с первого по четвертый (0—180°), а с подключением ком-
мутатора каналов КК — в октанах с пятого по восьмой
(180—360°).
Преобразователи кода ПК.1 и ПК2 обеспечивают появ-
ление на входах ФП1 и ФП2 дополняющего кода в четных
и нечетных октанах для управления УЦАП на БИС
К572ПА2. В результате с выходов ВСКС устройства полу-
чают синусно-косинусные зависимости амплитуды аналого-
вого сигнала.
Преобразователи фазы используются для управления
аналоговым сигналом в пределах 0—180 и 180—360° пу-
тем переключения фазы на входах URef УЦАП1 и УЦАП2
при коммутации напряжения Ux на повторителе П или ин-
верторе Инв.
Регламент работы преобразователя задается внешними
синхроимпульсами, сигналами запуска, разрешения преоб-
разования и управления таймером.
2.1.3. МИКРОСХЕМА К594ПА1
Микросхема типа К594ПА1 представляет собой парал-
лельный ЦАП с суммированием токов, комбинированной
матрицей (взвешенных и R—2R резисторов), предназначе-
на для преобразования двоичного 12-разрядного кода
в ток и работает со стандартными уровнями сигналов от
ТТЛ и КМОП ЦИС. Конструктивно ЦАП выполнен на
двух кристаллах, заключенных в герметичном металлоке-
рамическом планарном корпусе типа 405.24-2, имеющем 24
вывода [4]. Микросхема изготовлена по биполярной пла-
нарно-эпитаксиальной технологии с п-p-n и р-п-р транзи-
сторами.
Функциональная электрическая схема преобразователя
(рис. 2.35) включает ОУ для временной и температурной
стабилизации, токовые ключи, схемы управления токовы-
93
Рис. 2.35. Функциональная электрическая схема ИС ЦЛП К594ПА1
ми ключами, генераторы разрядных токов, прецизионную
резисторную матрицу РМ) Все элементы схемы на рис.
2.35, за исключением РМ, размещены в объеме одного
кристалла ИС.
Тонкопленочная матрица резисторов выполнена на вто-
ром кристалле Использование взвешенных резисторов
в старших разрядах (с первого по восьмой) и /?—2R
в младших разрядах (с девятого по двенадцатый) позво-
лило использовать в РМ резисторы в соотношении сопро-
тивлений 1 : 4. Технологической особенностью изготовления
кристалла является лазерная подгонка РМ на пластине
и при функциональной настройке ЦАП.
Операционный усилитель ЦАП содержит дифференци-
альный каскад, эмиттерный повторитель, усилительный
каскад, выходной эмиттерный повторитель. Кроме того,
в ОУ содержатся делители напряжения, обеспечивающие
необходимые потенциалы на базах транзисторов токов
и схемы управления.
Токовые переключатели, генераторы токов, схемы уп-
равления, элементы РМ распределены в ИС между тремя
4-разрядными ЦАП. Поскольку выходное сопротивление
генераторов токов стабильно, разрядные токи зависят
только от изменения номиналов резисторов РМ.
94
В коммутирующих ячейках ЦАП используются токовые
переключатели на многоэмиттерных транзисторах. Токовые
переключатели первого и второго ЦАП рассчитаны на вы-
ходные токи 1; 0,5; 0,25; 0,126 мА, третьего— на выходные
токи 0,5; 0,25; 0,125; 0,0625 мА. Первая их группа подклю-
чается к выходу ИС непосредственно, а вторая и третья —
через резисторные делители с коэффициентами деления
1/16 и 1/128. Переключение разрядных токов на общую или
суммирующую шину происходит в зависимости от состоя-
ния разрядов кода.
Компенсирующий ОУ включен по схеме с обратной
связью. Его инвертирующий вход соединен с общей шиной
через резистор R2. Потенциал инвертирующего входа при
таком включении стремится к нулю. Через резистор R1,
сопротивление которого равно 20 Ом, на неинвертирующий
вход ОУ подается напряжение 10 В от ИОН. По этой цепи
протекает ток /оп=0,5 мА. Условием балансной работы
ОУ является равенство /оп=/к, где /к — ток коллектора
специального транзистора-датчика, который выполнен
в едином технологическом цикле с транзисторами разряд-
ных генераторов токов; /оп — ток в цепи ИОН. Транзистор-
датчик обладает идентичными электрофизическими харак-
теристиками с транзисторами генераторов токов и чувстви-
телен к уходу их значений. Как только /к превышает /оп
(из-за отклонения токов в разрядных цепях), на неинвер-
тирующем входе ОУ устанавливается отрицательный по-
тенциал относительно нулевого потенциала земли. В дру-
гом случае (7к</оп) на указанном входе ОУ устанавлива-
ется положительный потенциал. И в том и в другом случае
с выхода ОУ на базы транзисторов каждой из «четверок»
поступает сигнал коррекции для восстановления равенства
токов /оп и /к.
Первый 4-разрядный ЦАП образует разряды ИС с 1-го
по 4-й и вносит основную долю всей погрешности преобра-
зования. Его токовый диапазон равен 2 мА, причем через
1-й старший разряд протекает ток, равный 1 мА. Квант
первого ЦАП соответствует токовому диапазону второго,
а квант второго совпадает с токовым диапазоном третьей
ячейки ЦАП.
В ИС К594ПА1 размещены резисторы номиналом 5 кОм
(выводы 3—5), которые включаются в цепь обратной свя-
зи внешнего ОУ и обеспечивают работу ЦАП с выходом по
напряжению в диапазоне от 0 до 10 В и 20 В, а также от
0 до 5 В при параллельном включении обоих резисторов.
95
Резистор сопротивлением 10 кОм (выводы !, 2) обеспечи-
вает режим работы с биполярным током в диапазонах на-
пряжений ±2,5; ±5; ±10 В.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С Не менее Не Солеэ
Число разрядов Ь ... 12
Дифференциальная нелинейность б1О % . • —0 012 0,012
Диапазон выходных токов Iokn. мА униполярный . . . . , . . 1.8 2,2
биполярный . . . 0,9 ГП
Ток утечки на выходе Iolk, мкА — 0,7
Входное напряжение низкого уровня Un, В, при работе: с ТТЛ ЦИС с КМОП ЦИС . . — 0,8 0,3
Входное напряжение высокого уровня Uts В при работе: с ТТЛ ЦИС . 2,0
с КМОП ЦИС 0,7^1 —
Ток потребления lcci, мА 25
Ток потребления /ceS, мА , —— 35
Выходной ток /0 мА —•• 2,2
Время установления выходного тока бпптг сме- не кода от 00.00 к 11...П) tsi, мкс — 3,5
Предельно допустимые значения электрических эксплуатации Напряжение источника питания 1/И|. В . . . режимов Не менее Не боасе 6,0
Напряжение источника питания Ucci, В . —18 —
Напряжение опорного источника Опер, В . . 9,0 11,0
Входное напряжение высокого уровня Uln, В 2,0 6,0
Входное напряжение низкого уровня Ute, В 0 1.0
Типовые зависимости электрических параметров ЦАП
от изменения напряжений источников питания и темпера-
туры окружающей среды показаны на рис. 2.36—2.38.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: /—
вход сдвига выходного уровня: 2 — выход сдвига выходно-
го уровня; 3—выход; 4— обратная связь (7orn=10 В;
5 —обратная связь Uorn=20 В; 6 — общий; 7 — цифро-
вой вход 12 (МР); 8—17—цифровые входы И—2\ 18 —
цифровой вход 1 (СР) /9 — напряжение источника пита-
ния {7гсь 20— управление логическим порогом; 21 — ин-
вертирующий вход ОУ; 22—неинвертирующий вход ОУ;
23 — вход источника опорного напряжения Uref', 24 — на-
пряжение источника питания
96
г. о г
1,5 -
i,o ~
Д51 I - I I------------------
{iff V 5,0 5,ZUcc1,B
«**6,^,MP
“ 1,5
------------------------— 1,0
- 0,5
I I I г__________________IО
z/ccz,B-w;ff -15,0 1^,5 -14,0
Рис 2 36. Типовые зависимости нелинейности и дифференциальной не-
линейности ИС ЦЛП K594IIA! от напряжений источников питания
Рпс. 2 37. Типовые зависимости нелинейности (о) и времени установле-
ния (6) ИС ЦЛП К594ПА1 ос температуры окружающей среды
Микросхема К594ПА1 эксплуатируется без дополни-
тельного теплоотвода. При температуре окружающей сре-
ды 85 сС и более поверхность ИС подлежит принудитель-
ному воздушному охлаждению со скоростью движения воз-
духа 3 м/с.
Запрещается подавать какие-либо электрические сиг-
налы па поверхность крышки корпуса и неиспользуемые
выводы ИС.
Номинальное значение емкости нагрузки ИС 10 пФ.
Суммарная емкость нагрузки может превышать номиналь-
ное значение,но при этом нор-
мы на временные параметры
ЦАП не гарантируются.
Рекомендуемые схемы вклю-
чения ЦАП К594ПЛ1 приведе-
ны па рис. 2.39. Штриховой ли-
нией показано соединение вы-
Рчс. 2.38 Типовая зависимость вре-
мени установления ЦЛП К594ПЛ1 от
емкости нагрузки Со
7—385
97
Рис. 2 39. Принципиальные электрические схемы включения ИС ЦАП
К594ПА1 в режимах с униполярным (а) и биполярным (б) выходными
токами И —ОУ ИС К140УД8)
водов для работы с КМОП ЦИС Подключение ИОН к вы-
воду 23 ИС ЦАП К594ПА1 производится через подстроеч-
ный резистор сопротивлением 100 Ом или без него.
В режиме работы ЦАП с токовым выходом допускает-
ся подключение НОН к выводу 22 ИС через внешний рези-
стор сопротивлением 20 кОм. При этом стабильность вы-
ходного тока преобразователя будет зависеть от стабиль-
ности подключенного резистора.
Микросхема К594ПА1 обеспечивает нормы на электри-
ческие параметры, при номинальном значении UREF—
= 10,24 В с допустимыми отклонениями ±3 % и стабиль-
98
+15В
Рис. 2 40 Схема включения ИС ЦЛП К594ПЛ1 с внешним ИОН на ИС
ОУ 14ОУД6А
пости поддержания напряжения 0,005 %. Амплитудные
значения пульсаций ИОН могут достигать 150 мкВ, ио
значения напряжений переходных или паразитных сигналов
не должны превышать 200 мкВ при длительности воздей-
ствия не более 0,3 мкс.
Источник стабилизированного опорного напряжения
для ЦАП К594ПЛ1 достаточно просто реализуется на ос-
нове ОУ Л ИС 140УД6А, включенной со стабилитроном
VD (Д818Е) и набором резисторных делителей (рис. 2.40).
Микросхемы К594ПА1 наряду с ИС серии К572 были
одними из первых ЦАП, выпускаемых серийно отечествен-
ной промышленностью. Благодаря высокой температурной
стабильности основных электрических параметров, улуч-
шенным динамическим характеристикам, возможности ра-
7* 99
Рис 2 41 Принципиальная электрическая схема высоковольтного стаби-
лизированного источника питания с применением ИС ЦАП К594ПЛ1
боты в режиме в биполярным выходным током НС ЦАП
К594ПА1 за короткий срок были внедрены в различные
системы сбора и обработки данных, устройства сопряже-
ния с ЭВМ, измерительную аппаратуру и телевизионную
технику, системы управления и т. д.
Некоторые из вариантов применения ИС К594ПА1
в радиоэлектронных устройствах уже рассматривались
(см., например, включение ЦАП с НС серий К572, К140
и др.). Ниже приводится еще один пример использования
микросхемы К594ПЛ1 в стабилизированных источниках
питания [48].
На рис. 2.41 изображена принципиальная электрическая
схема высоковольтного стабилизированного источника пи-
тания ламп обратной волны (ЛОВ), выходное напряжение
которого регулируется от 300 до 1500 В при максимальном
токе нагрузки 25 мА и коэффициенте стабилизации 10"
Необходимость в таком источнике обусловлена особенно-
стью СВЧ генераторов па ЛОВ, которая заключается в пе-
рестройке анодного напряжения для управления частотой
генерации в широких пределах. Выходное напряжение из-
меняется с помощью 12-разрядпого ЦАП, выполненного па
ИС ЦАП К594ПА1 и ИС ОУ К140УД6 (А/ и А2). Это ноз-
100
воляет автоматизировать процесс влияния па частоту СВЧ
генератора и обеспечить высокий коэффициент стабилиза-
ции управляющего напряжения. Регулирующий элемент
схемы собран на 12 составных транзисторах VT1—VT12
(КТ809А) и \'ТГ—VT12' (КТ604Б), включенных последо-
вательно. Равномерное распределение напряжения между
ними обеспечивается делителем R1—R12.
Конденсатор С] и резистор R12 устраняют самовозбуж-
дение источника питания. Опорное напряжение па входе
23 ИС ЦЛГ1 формируется из напряжения питания устрой-
ства + 15 В в узле ограничения и стабилизации на элемен-
тах VD1 (Д818Е), С2 н R13.
2.1.4. МИКРОСХЕМА К11С8ПА1
Микросхема 12-разрядпого ЦАП типа К1108ПА1 пред-
назначена для построения бтоков аналогового ввода — вы-
вода с повышенным быстродействием. Микросхема выпол-
няет функцию линейного преобразования 12-разрядпого
параллельного кода в выходной униполярный или бипо-
лярный ток и допускает согласование с ТТЛ ЦИС.
Преобразователи К1108ПА1 изготавливаются ио бипо-
лярной технологии с диэлектрической изоляцией. Элементы
прецизионной РМ нанесены па поверхность кристалла по
тонкопленочной технологии Подгонка резисторов РМ про-
изводится лазерным лучом. Микросхема К1Ю8ПА1 конст-
руктивно оформлена в 24-выводиом герметичном металло-
керамическом корпусе типа 210Б.24-1 с вертикальным
двухрядным расположением выводов.
В состав ИС входят 12 идентичных токовых ключей,
схема стабилизации тока ключей, РМ комбинированного
(взвешенного и R—2R) типа (рис. 2.42). Преобразование
осуществляется по принципу суммирования двоичпо-взве-
шенных токов. Равенство токов в токовы ключах достиг-
нуто за счет высокой идентичности элементов ИС, а их
стабилизация производится от внешнего опорного источни-
ка с помощью специальной схемы па основе встроенного
ОУ. На схеме показаны /? = 500 Ом, RO.C1=RO,с2—2 кОм,
/?о.с=4 кОм, /?я2/. =8 кОм.
Выходное напряжение связано с входным кодом выра-
жением
^ORF ~ UREF^’’ REF'
где К — коэффициент, учитывающий особенности копст-
101
Рис 2.42. Функциональная электрическая схема ИС ЦАП КН08ПА1
рукцин; А— число, представляемое входным Ь-разрядпым
двоичным кодом.
При использовании внутреннего резистора обратной
связи Roc 1 или Ro.ci4-Ro.c2 напряжение в конечной точке
шкалы равно Uref—п или 2UREf—п соответственно. Но-
минальное значение выходного тока, соответствующего ко-
нечной точке шкалы, равно —5 мЛ или ±2,5 мА для би-
полярного тока.
Нумерация и назначение выводов микросхемы. 1—на-
пряжение источника питания UQCi\ 2 — напряжение источ-
ника питания (7С. -2, 3 — выход ОУ компенсации; 4 — опор-
ное напряжение Uref', 5 — вывод резистора; 6 — общий
вывод матрицы R—2R; 7 — вывод резистора; 8— аналого-
вый выход; 9 — вывод резистора обратной связи Ro.ci;
10 — вывод резистора обратной связи R,c2; 11— вход ОУ
компенсации 12 — общий; 13 — цифровой вход / (СР);
14—23 — цифровые входы 2—11-, 24—цифровой вход 12
(МР).
Типовые зависимости некоторых параметров от темпе-
ратуры окружающей среды и напряжений питания пред-
ставлены на рис. 2.43, 2.44. Типовое значение входных то-
102
Рис. 2.43. Типовые зависимости нелинейности (а, в) и дифференциаль-
ной нелинейности (б, г) ИС ЦАП К1108Г1А1 от напряжений источников
питания
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не менее 11 е Со. ее
Число разрядов b ............................... 12 —
Входной ток высокого уровня hu, мкА ... — 100
Дифференциальная нелинейность био, % . . 0,024 0,024
Абсолютная погрешность преобразования в ко-
нечной точке шкалы МР........................ —30 30
Время установления выходного тока нс:
КН08ПЛ1Л........................................ — 400
К1108ПЛ1В..................................... — 700
Ток потребления /ссь мА........................ 15 15
Ток потребления /«?, мА........................ 46 46
Максимальное выходное напряжение Uonii, В —1,0 10
ков при сигналах высокого и низкого уровня и температу-
ре 7=25+10°C составляет 10 мкА. Время установления
преобразователя приводится для случая изменения вход-
ного кода от 100.. 00 до 011...11
Микросхема ЦАП КП08ПА1 работает от двух источни-
ков питающих напряжений Ц(С1 = 5 В±5%. Цсс2=15 В±
±5 % и от ИОН с Uref= 10,24 В± 1 %.
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не ме- Не бэ-
иее лег
Входное напряжение низкого уровня Un, В . . 0 0,8
Входное напряжение высокого уровня Uni. В . . . 2 —
Опорное напряжение Ubkf. В.....................2,2 10,5
Микросхема может работать в режиме суммирования
токов на внешнем резисторе в составе АЦП последователь-
103
-S0-W-20 О 20 40 SO 80T °C
a)
-во-во-чо-го с го чо во bot,°z
-со-чо-го о го ос воаот°с
в)
-во-во -чо-го о , го чо во вот°с
д)
Рис 2.44. Типовые зависимости ИС ЦАП КИ08ПА1 от температуры ок-
ружающей среды:
а, б — токов потребления; в — дифференциальной нелинейности; г — нелинейно-
сти; д — абсолютной погрешод тн преобразования в конечной точке шкалы
кого приближения. Тогда напряжение на выходе 8 не дол-
жно превышать ±1 В
Рекомендуемая схема включения ИС ЦАП КН0811А1
приведена на рис 2.45, а Внешние резисторы R1 R4 поз-
воляют регулировать значение Uor.v и напряжения смеще-
ния пуля в небольших пределах. Подбором емкости кон-
денсатора С в диапазоне от 10 до 100 пФ можно миними-
зировать tsl.
Динамические свойства ЦАП КН08ПА1 могут быть
наиболее полно использованы при включении па выходе
ИС быстродействующих ОУ А. Па рис. 2.45,6 показано
включение ЦАП К1108ПА1 с ИС ОУ К574УД1 (Б, В), об-
ладающих коэффициентом усиления по напряжению АТ =
= 5-Ю’, выходным напряжением 10 В и скоростью его на-
растания 50—100 В/мкс. В цепи стабилизации Uref при-
менен стабилитрон КС191Ф.
104
Рис. 2.45. Типовые схемы включения ИС ЦЛП К1108ПЛ1:
а —с перемы чкой для выхода по биполярному току между выводами
7 и 8 и различными диапазонами выходного напряжения.
о — с внешним быстро действующим ОУ тина К571УД1
Перевод ЦАП в биполярный режим осуществляется
подключением резистора между выводами 4 и 8 для фор-
мирования на входе ОУ Л дополнительного тока, равного
по значению и противоположного по знаку току СР. Вывод
7 ИС подключается к выводу 8— выходу ИОН, а вывод 5
соединяется с выводом 4—входом ИОН. Перечисленные
коммутации показаны на рис. 2.45, а штриховой линией.
105
Управление ЦАП производится смещенным двоичным
кодом. Схемы сдвига и согласования логических уровней,
состоящие из эмиттерных повторителей и стабилитронов
на смещенных в обратном направлении р-п переходах, уп-
равляют дифференциальными переключателями разряд-
ных токов без значительной задержки фронтов цифровых
сигналов.
Подключением в ЦОС внешнего ОУ встроенных в ИС
К1108ПА1 резисторов /?о.с| н /?о.с2 (выводы 9 и 10) можно
добиться Horn с значениями 10 и 20 В соответственно или
5 В при их параллельном включении
Микросхемы КП08ПА1 эффективно применяются в со-
ставе генераторов функций. Принципиальная электричес-
кая схема одного из них показана па рис 2.46. Генератор1
обеспечивает формирование сигналов положительной по-
лярности различной формы: прямоугольной, треугольной,
симметричной, пилообразной с крутым фронтом (срезом),
произвольной. Амплитуда сигналов достигает 10 В на на-
грузке сопротивлением не менее 2,5 кОм.
Функциональная электрическая схема генератора функ-
ций содержит управляемый по входу преобразователь
код — напряжение па БИС ЦАП К1108ПЛ1, ИС ОУ
К140УД7 (ИОН) (//), ИС ОУ К140УДЦ (А2), генера-
тор импульсов с частотой f«2 МГц и формирователь
уровней логического сигнала па ЦИС D1-1—D1-4 и
D15, D1 6 (К531ЛН1П), формирователь кодовых последо-
вательностей па ЦИС D2—1)4— синхронных чстырехраз-
рядиых двоичных реверсивных счетчиков типа К531ИЕ17П
и D5 — сдвоенного D-триггера типа К531ТМ2П, разъемы
для внешних коммутаций XI—Х4.
В принципиальной электрической схеме па рис. 2.46
подразумевается, что выводы 7 и 4 ОУ Al, А2 подключа-
ются к точкам /(/ и К2 соответственно. Выводы 14, D1,
D5 и 16 D2—D4 соединяются в точке КЗ, а выводы 7 D1,
D5 и 8 D2—D4 объединяются с общей шиной (цифровая
земля). Выводы 7 и 14 шунтируются при подключении
конденсаторов емкостью 0,15 мкФ.
В генераторе функции имеется возможность регулиров-
ки полной шкалы ЦАП резистором R1 и смещения нуля
резистором R2, изменения направления счета и управления
кодовой последовательностью путем коммутаций иа разъ-
1 Схема генератора функции предложена инженером А. И Щавел-
«ИНЫМ.
106
6,8к
Рис 2,46 Прштилиальпля электрическая схема генератора функций на основе ИС
107
омах ХЗ и Х4, выбора формы сигналов при коммутациях
между разъемами XI—Х4.
Для получения сигналов прямоугольной формы контакт
14 разъема ХЗ соединяется перемычками с любым из пер-
вых 13 контактов разъема Х4. Контакты XI в соответствии
с весовыми коэффцпентамн выводов ЦАП (от UreeI2 на
контакте / до Ц/?ер/2 048 па контакте 12) соединяются
вместе для получения требуемой амплитуды chi пала, а за-
тем подключаются к одному из контактов разъема Х2 или
к контакту 14 разъема Х4 в зависимости от выбора тре-
буемой частоты генерации. Частота следования импульсов
f~2 MI ц может быть обеспечена подключением к контак-
ту 14 разъема Х2, a f я? 1 .МГц — к контакту 13 Х2 и г. д.
до частоты 250 кГц (контакт / Х2) пли 125 кГц (контакт
14 XI). Незадействоваиные контакты XI объединяются
с контактами Х4.
Для получения сигналов треугольной формы произво-
дятся следующие соединения: контакт 14 ХЗ с контактом
14 \4, контактов разъема XI с соответствующими им по
номеру контактами разъема Х2. Исходные сигналы обла-
дают амплитудой 10 В и частотой следования /»62 1ц.
Для повышения частоты сигнала в 2 (и 1) раза контакты
XI подключаются к контактам Х2 со сдвигом вперед на 1
(и 2) номера. Частоту следования треугольных импульсов
можно уменьшить в 2 раза, соединив контакт 1 XI с кон-
тактом 14 Х4, а остальные контакты XI— с контактами
Х2 сосдвшом нумерации па один назад.
Для получения сигналов пилообразной формы контак-
ты XI и Х2 соединяются так же, как и в предыдущем слу-
чае. Прн этом контакт 14 ХЗ коммутируется па любой из
первых 13 контактов Х4 (для сигналов с крутым фронтом)
или ХЗ (для сигналов с крутым срезом).
Для получения сигналов произвольной формы контак-
ты разъема XI подключаются по отдельности или группа-
ми в произвольном порядке к контактам разъема Х2 и кон-
такту 14 Х4. Симметричные сигналы формируются при
коммутации контакта 14 ХЗ на контакт 14 Х4 Часть кон-
тактов разъема XI может соединяться с первыми 13 кон-
тактами разъемов ХЗ и Х4.
При параллельном 12-коитактпом соединении разъемов
XI с ХЗ или XI с Х4 па выходе генератора функций появ-
ляется напряжение постоянного тока амплитудой от 0 то
10 В.
В [49] описаны многоканальные преобразователи фор-
108
мы информации для обработки биомедицинских сигналов
в реальном масштабе времени, выполненные на основе
БИС ЦАП КН08ПА1, БИС АЦП КН07ПВ1, КИ08ПВ1,
а также аналоговых ИС К590КНЗ, К521СА4, К140УД6,
К198ПТ5В и др. Их особенностью является возможность
проведения контроля работоспособности и диагностики не-
исправностей.
2.1.5 МИКРОСХЕМА К1118ПА1
Микросхема быстродействующего 8-разрядного ЦАП
КН18ПА1 предназначена для преобразования параллель-
ного двоичного кода в ток и совместима с ЭСЛ ЦИС. Опа
применяется в системах обработки высокочастотных сиг-
налов, системах сбора и обработки данных, измерительной
и телевизионной технике, устройствах ввода-вывода ЭВМ
и др.
Микросхема КШ8ПА1 совместима по входным логичес-
ким уровням и напряжению источника питания с ЦИС се-
рий К100, К500, К1800. Конструктивно ИС выполнена
в герметичном металлокерамическом корпусе с двухрядным
вертикальным расположением выводов типа 201.16-8.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—
цифровой вход 8 (МР); 2—7 — цифровые входы 7—2; 8 —
цифровой вход 1 (СР); 9— напряжение источника пита-
ния; 10 — инвертирующий вход усилителя; 11— коррекция
усилителя; 12 — опорное напряжение; 13 — неиспользуе-
мый вывод; 14 — выход; 15 — выход дополняющий; 16 —
общин.
Поминальное значение напряжения источника питания
для ЦАП К1118ПА1 исс——5,2 В, а его допустимые от-
клонения могут находиться в пределах ±5%. Амплитуда
напряжений пульсации не должна превышать 65 мВ. Но-
минальное значение опорного напряжения Uref составля-
ет 10,56 В прн стабильности ±1 %, а амплитуда пульса-
ций не превышает 5 мВ.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25+10 °C
Не менее Не более
Число разрядов b . .... 8 —
Диапазон выходного тока 1опх, мА . . 0 51
Абсолютная погрешность преобразования
в конечной точке шкалы 6f«, мА . 5 5
Нелинейность 6ь, МР (%)................—0,5 (- 0,195) 0,5
(0,195)
109
Рис 2 47 Типовые зависимости
напряжения источника питания
ды (б)
нелинейности НС ЦЛП К1П8ПА1 от
(а) и температуры окружающей сре-
Выходной ток смещения нуля loo, мкА — 50
Ток потребления /«, мА........................ — 130
Входной ток высокого уровня 11П, мкА — 180
Входной ток низкого уровня Цо, мкА . 10
Время установления выходного тока t,i,
нс.............................................. — 40
Время задержки распространения при
включении и выключении true. Iplh, нс . — 6
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Не более
Напряжение источника питания Ucc, В . —6 —0,5
Опорное напряжение Uref, В . , . . —15 —15
Напряжение па логических входах (Л, В —5,5 0
На рис. 2.47 приведены типовые зависимости нелиней-
ности ЦАП от изменения напряжения источника питания
и температуры окружающей среды.
Функциональная электрическая схема ЦАП КШ8ПА1
(рис. 2.48) содержш восемь взвешенных по двоичному за-
кону источников разрядных токов (транзисторы и резисто-
ры с сопротивлениями от /?/16 до 8R), имеющих общую
базовую шину, управляемую ЦОС, восемь идентичных то-
ковых переключателей ТП, схему ЦОС стабилизации вы-
ходного тока (следящий ОУ А, резистор с сопротивлением
R/2 в цепи опорного напряжения, транзистор-датчик VT1),
входы управления токовыми переключателями и напряже-
нием смещения.
Микросхема построена таким образом, что в старших
разрядах ЦАП протекают токи с равными плотностями.
Ток 8-го разряда формируется восемью идентичными не- '
ПО
15
6iz 610611 69
Рис. 2.48 Функциональная электрическая схема ИС ЦАП К1118ПЛ1
точпикамп, 7-го — четырьмя, 6-го — двумя, а 5-го — одним.
Операционный усилитель А используется в схеме ЦАП для
поддержания заданного значения разрядных токов при из-
менении температуры окружающей среды и напряжения
источников питания. Его инвертирующий вход 10 заземля-
ется через резистор компенсации, а на пеннвертирующпн
вход 12 через токозадающнй резистор (С2-29в или другой
с TKC^5-1O~S Г/СС) подается напряжение от ПОН. Зна-
чение опорного тока при 10,56 В составляет 3,2 мА.
Транзистор VT1 топологически соответствует транзисторам
старших разрядов, подключен к токовому переключателю
и совместно с резистором сопротивлением R/2 образует
датчик стабилизации разрядных токов.
Применение элементов коррекции позволяет достичь
сравнительно хорошей температурной стабильности преоб-
разователя и его низкой чувствительности к изменению UCc-
Температурный коэффициент тока полной шкалы не пре-
111
вышает ±1,5-10 “* 1/С, а коэффициент влияния неста-
бильности Urc на ток полной шкалы составляет ±0,02.
Стабильность выходного тока ЦАП Iorn во многом оп-
ределяется стабильностью соотношения Uref/Rref. где
Rref — сопротивления токозадающего резистора. Для ка-
либровки Iorn (компенсации 6Fs) обычно последовательно
Rref=^3 кОм подключают резисторы с переменными со-
противлениями 470—680 Ом типа СП5-2в или СП5-14. Раз-
решается также калибровка Iorn изменением Uref в пре-
делах ±10 % при Rref=3,3 кОм.
Токовые переключатели ЦАП функционируют при по-
даче опорного напряжения —1,38 В и напряжения смеще-
ния исы.
В режиме преобразования с выходом по напряжению
(непосредственно па резисторной нагрузке) следует учиты-
вать, что его значение должно находиться в пределах от
—1,3 до 2,5 В при всех возможных кодовых комбинациях
па входе ЦАП.
При задействовании одного из выходов ИС второй под-
ключается через сопротивление 25 Ом к выводу 16 (об-
щий).
Для нормальной работы ИС ЦАП К1118ПА1 использу-
ются внешние элементы: ИОН, токозадающий резистор,
конденсатор частотной коррекции, резистор компенсации
смещения пуля встроенного ОУ, а также ИС ОУ для орга-
низации выхода по напряжению.
Порядок подачи электрических режимов на ИС ЦАП
KI 118Г1А1 следующий: общий вывод, Ucc, Uref, порядок
снятия обратный.
Рекомендуемые схемы включения ЦАП К1118ПА1 в ап-
паратуре показаны на рис. 2.49.
На рис. 2.49, а резисторы R1 и R2 позволяют ИС ра-
ботать с ЭСЛ иа согласованный тракт с волновым сопро-
тивлением 50 Ом. С помощью резистора R3 возможна ком-
пенсация 6F«. Максимальная частота входного сигнала при
таком включении микросхемы не превышает 50 МГц.
Пример включения ЦАП КШ8ПА1 для работы с ТТЛ
ЦИС через преобразователи уровня D1 и D2 на ИС
К500ПУ124 иа согласованный тракт с волновым сопротив-
лением 75 Ом проиллюстрирован на рис. 2.49, б. Номинал
резистора R1 подбирается пропорциональным соотноше-
нию (Пем-1 9Ц/0 051, где U м — напряжение смещения
в пределах ог 5 до 15 В. Такой вариант применения ЦАП
К1118ПА1 обеспечивает—2 В.
112
Рис. 2.49. Принципиальные электрические схемы включения ИС ЦЛП
К1118ПЛ1
Принципиальная электрическая схема включения ПС
ЦАП для работы от ТТЛ сигналов управления приведена
на рис. 2.50. В качестве преобразователя уровня в данном
случае применены DI, D2 (ИС К500ПУ124). Резисторы R1
и R2, подключенные к источнику напряжения с.мещт шя
5 В и выходу ЦАП, обеспечивают диапазон Uqrn от —! В
д. 1 В [50].
В—385
113
510
Рис. 2.50. Принципиальная электрическая схема включения ИС ЦАП
КШ8ПА1 для работы с ТТЛ ЦИС
По уровню основных электрических параметров (бс, 6rs,
b, tsi) ЦАП К1П8ПА1 отвечает требованиям, предъявляе-
мым к устройствам декодирования изображении в системах
цифрового телевидения, полутоновым дисплеям, цифровым
осциллографам и др.
В [51] рассмотрены особенности включения ИС ЦАП
в схеме восстановления телевизионных изображений при
их раздельном декодировании. В таком варианте примене-
ния к ИС, как правило, предъявляются жесткие требова-
ния к дифференциальной нелинейности и уровню выбросов
выходного сигн; ла.
Для ЦАП КШ8ПА1 при значениях бс<±0,5 .МР 8ld
не превышает 1 МР. Выбросы выходного сигнала, как уже
отмечалось, возникают при смене кодовых комбинаций на
входе. Для ЦАП, работающих с сигналами изображении,
выбросы выходного сигнала чаще характеризуются макси-
114
Рис. 2.51. Схема устройства восстановления телевизионных изображений
на основе ИС Ц?\П К1П8ПА1 (а) и схема фильтра (б) для уменьшения
выбросов выходного сигнала
мальной результирующей площадью S, которую называют
также «энергией коммутационного выброса». Значение
этой характеристики определяется в основном схемой вклю-
чения ЦАП и видом испытательного сигнала. В схеме
включения ИС КП18ПА1 на рис. 2.51,а площадь
С21 пВ-с, что соответствует требованиям МККР1 для раз-
дельного кодирования телевизионного сигнала размахом
0,7 В при частоте дискретизации 13,5 МГц. Исследования
проводились с помощью сигналов цифровой пилы — после-
довательности импульсов с выходов регистра D1, постро-
енного на четырех П-триггерах типа К500ТМ131.
Схема восьмиразрядного ЦАП телевизионного сигнала
па рис. 2.51, с —одна из самых простых. Входной регистр
устраняет временное рассогласование фронтов импульсов
в разрядах ЦАП, а демпфирующие /?С-элементы (С—
=0,1 мкФ, /?=510 Ом) уменьшают их выбросы. На плате
7?С-элемеиты располагаются не далее 1—1,5 см от выво-
дов ИС.
Если к ЦАП телевизионного сигнала предъявляются
1 МККР — Международный консультативный комитет по радио-
связи.
8*
115
жесткие требования по нестабильности UO0, то в схеме на
рис. 2.51, а вместо транзисторов КТ315Г рекомендуется
использовать согласованную пару транзисторов К1НТ251.
Площадь выброса выходного сигнала уменьшается до S =
=50ч-75 пВ-с за счет применения фильтра па рис. 2.51,6,
подключаемого в точку А па схеме иа рис. 2.51, о. Однако
время установления напряжения телевизионного ЦАП при
этом увеличится вдвое. Номиналы элементов фильтра под-
бираются, исходя из начального уровня выбросов выход-
ного сигнала схемы
Микросхема К1118ПА1 является удобным элементом
для построения многоразрядных быстродействующих ЛЦП,
обладающих высоким уровнем электрических параметров.
В [52] рассмотрен модульный 11 разрядный последова-
тельно-параллельный АЦП с временем преобразования
500 нс. Высокое быстродействие АЦП достигнуто за счет
применения в схеме ЦАП КШ8ПА1.
2.1.6. МИКРОСХЕМА К1118ПАЗ
Быстродействующая 8-разрядная ИС ЦЛП K1118IIA3
предназначена для преобразования параллельного двоич-
ного кода в ток. По входным логическим уровням она со-
вместима с ЭСЛ ЦИС серий КЮО, К500. Микросхема мо-
жет быть использована в электронных устройствах цифро-
вого телевидения, радиолокации, радионавигации и др
Функциональная электрическая схема ЦЛП К1118ПАЗ
показана па рис. 2.52 и содержит восемь разрядных токо-
вых переключателей и генераторов токов, операционный
усилитель компенсации А, источник опорного напряжения
ИОН, источник напряжения логического порога, две ячей-
ки / и // прецизионных взвешенных резисторов (7—2/—
4/—8/). Конструктивно ПС ЦАП выполнена в металлоке-
рамическом корпусе типа 2120.24-1 с вертикальным двух-
сторонним расположением выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: /
цифровой вход /з(СР); 2—7—цифровые входы 2—7; 8—
цифровой вход 8 (МР); 12 — напряжение источника пита-
ния 7/сс1; 13 — напряжение источника питания Цсс2; 16 —
общий цифровой; 17 — общий аналоговый; 18 — аналого-
вый выход (прямой); 19 — аналоговый выход (инверсный);
21 — выход ИОН; 22 — инверсный вход ОУ; 23— коррек-
ция ОУ; 24— прямой вход ОУ; 9—11, 14, 15, 20 — пеза-
действоваппые выводы.
116
Цифровое Сходы
Рис. 2 52. Функциональная электрическая схема ПС ЦЛП К111811ЛЗ
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25+10 °C
Не менее Не более
Число разрядов b............................ 8
Выходное напряжение внутреннего ИОН
Uner. В..................................... -1,3 -1,2
Выходной ток 1оих, мА ..... . 0 2J
Выходной ток смещения пуля 1оо, мкА . — 203
Абсолютная погрешность преобразования
в конечной точке шкалы 6Fs, мА .... —2 2
Входной ток высокого уровня Ini, мкЛ — 250
Входной ток низкого уровня hr., мкА . —20 20
Нелинейность 6»., %.................. —0,105 0 195
Дифференциальная нелинейность бог., % —0,195 0,195
Ток потребления /СС1. мА............. —80
Ток потребления /,.с2, мА............
Разность выходных токов Д/о, мкА . . — 23
Время установления выходного тока tsi, — 150
ис . — 10
Микросхема К1118Г1АЗ функционирует в диапазоне
рабочих температур от 0 до 70 °C прн напряжениях пита-
ния UCci = —5,2 В±5 %, t/rc2=5,0 В+5 %, входных логи-
ческих уровнях Uih — — (0,814-0,96) В и Uil=— (1,65 +
4-1,85) В.
117
Рис. 2 53 Типовые зависимости
нелинейности ИС ЦАП
КШ8ПАЗ от напряжений ис-
точников питания
Рис 2 54 Типовые зависимости
нелинейности (а) и дифферен
циалыюй нелинейности (б),
диапазона выходного тока (в) ИС ЦАП КН18ПЛЗ от температуры ок-
ружающей среды (цифрами 1 и 2 обозначены зависимости параметров,
контролируемые на прямом и инверсном выходах Ц\П)
В предельном режиме эксплуатации —5,2
С-0,56 В; —5,2 В^Ц/£.<—0,56 В; Uccl^—7,2 В; Ucc2<^
^6,83 В
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее
Не более
Диапазон допустимого напряжения на
выходе U„ср, В......................... —1
Входное напряжение высокого уровня
U, н, В............................"... —0,92
Входное напряжение низкого уровня
Lil В ............ -5,2
3
—0,8
— 1 72
Типовые зависимости основных электрических парамет-
ров ЦАП КШ8ПАЗ от воздействия внешних факторов по-
казаны на рис. 2.53 и 2.54.
Функциональное построение ПС преобразователя тако-
во, что соотношения выходных токов разрядов внутри каж-
дой из двух групп токовых ключей и генераторов токов
(см. рис. 2.52) соответствуют соотношениям весов разря-
дов двоичного кода. Выходной ток группы четырех стар-
118
ших разрядов поступает на выход ЦАП непосредственно,
а выходной ток группы четырех младших разрядов — через
токовый резисторный делитель с коэффициентом деления
1 : 15
Токовые переключатели выполнены на дифференциаль-
ных парах транзисторов и коммутируют токи с выходов ге-
нераторов на прямой или инверсный выходы ЦАП в зави-
симости от значения входного цифрового кода. Они управ-
ляются цифровыми входными сигналами непосредственно,
причем на левое плечо (см. рис. 2.52) каждого переключа-
теля подается управляющий ст пал, а па правое плечо по-
сту ает напряжение логического порога минус 1,3 В.
Внутренний ОУ компенсации поддерживает стабильное
значение выходного тока ЦАП при колебаниях температу-
ры и напряжений источников питания, а также служит для
управления генераторами разрядных токов н преобразова-
ния опорного напряжения в выходной ток. На его входах
сравниваются напряжения ИОН н с токозадающего рези-
стора, что позволяет соответствующим образом управлять
сигналом базы трапзистора-датчнка. Стабилизация вы-
ходного тока этого транзистора обеспечивается поддержа-
нием равенства сравниваемых напряжений на входе ОУ
и наоборот. Такая процедура компенсации уходов значе-
ний токов возможна, поскольку транзисторы генераторов
разрядных токов образуют с транзистором-датчиком «то-
ковое зеркало». Благодаря тому что их значения пропор-
Рис. 2 55. Типовая схема включения ИС ЦАП К1Н8ПАЗ 11а входы ЦАП
подаютсн логические сигналы ог ЭСЛ ЦИС (например. КЮ0ТМ281)
119
циональпы значению тока транзистора-датчика, выходной
ток ЦАП также поддерживается неизменным.
Выходной ток ЦАП КШ8ПАЗ может преобразовывать-
ся в напряжение непосредственно па резисторах, включен-
ных между выходами ИС (выводы 18 и 19) и общей ши-
ной. Типовое значение выходного сопротивления ЦАП
720 Ом. Сопротивление нагрузки преобразователя вы-
бирается с учетом того, что напряжения, прикладывае-
мые к его выходам, не должны выходить за пределы
от —1 В до 0.
Рекомендуемая типовая схема включения ПС ЦАП
К1118ПАЗ показана на рис. 2.55. Подстройка значения вы-
ходного тока ЦАП па этой схеме в конечной точке шкалы
может производиться изменением сопротивления резисто-
n Rqef, при этом значение тока определяется соотноше-
нием
1 —4U R
‘ Fs REF R.LF'
Если используется только один из выходов ЦАП, то
второй должен быть соединен с общей аналоговой шиной
(вывод 17).
Для получения более широкого диапазона выходного
сигнала ЦАП используется схема включения ИС с подачей
на выходы положительного напряжения смещения. Особен-
Рис 2 56. Типовая схема включения НС ЦАП К1118ПАЗ с подачей на-
пряжения смешения па выходы для расширения диапазона выхо, иого
сигнала
120
ностыо данного режима работы ЦАП (рис. 2.56) является
то, что напряжение смещения должно подаваться также
и на общим аналоговый вывод ИС 17, при этом нежела-
тельно, чтобы значение напряжения смещения превыша-
ло 3 В.
Значение максимально допустимой нагрузочной емко-
сти для ИС ЦАП К1118ПАЗ равно 17 пФ
Длительность импульса цифрового сигнала па входе
ЦАП должна быть не менее 30 нс, частота повторения им-
пульсов не более 10 МГц, а длительность фронтов и срезов
не более 4 нс.
2.2. ЦАП С ВЫХОДОМ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
(МИКРОСХЕМА К1118ПА2)
Микросхема 10-ра»рядпого быстродействующего ЦАП
типа К1Н8ПА2 предназначена для обработки высокочас-
тотных сигналов и может быть использована в телевизион-
ных и радиолокационных системах, системах сбора и об-
работки данных в реальном масштабе времени, измери-
тельной аппаратуре и др. Конструктивно опа выполнена
в герметизированном металлокерамическом 40-выводпом
корпусе с двухсторонним вертикальным расположением
выводов типа 212.40-6(3).
Микросхема К1118ПА2 построена на основе ЭСД струк-
тур и по входным логическим уровням совместима с ТТЛ
и ЭСД ЦИС [53].
В состав се функциональной электрической схемы вхо-
дят преобразователи входных уровней ПУ, 11-разрядпын
входной регистр RG, источники разрядных токов VT1—
VT19 с токовыми переключателями SK1—SKJ9, РМ типа
R—2R, ОУ А (рис. 2.57).
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1, 40 —
незадействованные выводы; 2— напряжение источника пи-
тания Ucci; 3—компенсация характеристики ОУ; 4 — опор-
ное напряжение U 5, 6, 8 — общие (аналоговые); 7 —
выход; 9 — напряжение источника питания Ucci, 10 — об-
щий (цифровой); 11— прямой вход С; 12—прямой вход
G; 13 — инверсный вход С; 14 — инверсный вход G; 15, 18,
22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38— инверсные входы D1—D9,
D10A. D10B. 16. 19, 23, 25, 27, 29, 31, 33. 35, 37, 39 — прямые
входы D1—D9, D10A, D10B; 17 — вход 2С; 20 — вход Я; 27-
вход L.
121
Рис 2 57 Функциональная электрическая схема ИС ЦАП КН18ПЛ2
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25+10 °C
Не менее Нс более
Число разрядов Ь.......................... 10
Нелинейность 6t, МР . . ... —1/2 1/2
Дифференциальная нелинейность 6ю, МР —1 1
Абсолютная погрешность преобразования
в конечной точке шкалы 6г», мВ .... — 200
Напряжение смещения нуля па выходе
С'со, мВ . . .....................—10 —
Диапазон выходного напряжения Uor.x, В —1,021 0
122
Рис 2 58. Типовые зависимости от температуры параметров ИС ЦАП
К1П8ПА2:
а — абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы б — не*
линейности; в—дифференциальной нелинейности
Ток потребления /«ь мА................... ~~
Ток потребления 1са, мА ....
Время задержки распространения сигна-
ла tpi.u, 1рщ,пс............................. ~ °0
Время установления выходного напряже-
ния tfv, нс . . .............. • • •
Входной ток высокого уровня Iui, мкЛ:
прямых входов в режиме TTJI/ЭСЛ . —150 —
инвертированных входов в режиме ЭСЛ — ЗоО
Входной ток низкого уровня Ос, мкА:
прямых входов в режиме ТТЛ/ЭСЛ —75 —
инвертированных входов в режиме ЭСЛ —350
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Ik более
Напряжение источника питания t/cci, ВО 7
Напряжение источника питания Иссг- В —7
Входное напряжение высокого (низкого) —7 7
уровня Uin(Uit), В....................
Напряжение опорного источника Urkt, В 7 7
Напряжение по входу Общий Ugxd, В 1 1
Микросхема КИ18ПА2 функционирует в диапазоне ра-
бочих температур от —10 до 70°С в режимах ТТЛ (при
Lrcrl=5 B:r5%, Ucc2=—5 В±5%) или ЭСЛ (при UCil =
=0, Ucc2=—5 В±5 %) (рис. 2.58, 2.59).
Принцип работы ЦАП К1118ПА2 предполагает комби-
нированное взвешивание разрядных токов. Гоки восьми
>23
Риг. 2.59. Типовые зависимости от отрицательного источника напряже-
ния параметров.
с — нелинейности: б — абсолютной norpeuiiiociH преобразования в конечной точ-
ке шкалы: в — дифференциальной нелинейности; г — напряжения смещения нуля
на выходе
младших разрядов (с 3 го по 10-п) формируются путем де-
ления в матрице R—2R токов разрядных источников (РИТ).
Токи старшего (первого), второго и третьего разрядов в 4
и 2 раза больше, чем токи РИТ каждого из остальных раз-
рядов.
Внутренний резистор нагрузки R (см. рис. 2.57) в ЦАП
KI 118ПА2 используется для получения па выходе ИС на-
пряжения, изменяющегося в диапазоне от 0 до —1 В. Со-
противление R равно примерно 120 Ом. Тогда выходное
сопротпв 1ение п’реобразоватетя, определяемое в точке под-
ключения нагрузки, будет равно около 80 Ом. Это позвотя-
ет подключить к выходу ЦАП К1П8ПЛ2 без дополнитель-
ных согласующих устройств линии связи с волновым сопро-
тивлением 75 Ом. Однако при таком включении диапазон
выходного напряжения ЦАП уменьшается по верхнему пре-
делу до 0,5 В.
Встроенный ОУ обеспечивает постоянство выходного на-
пряжения ЦАП при колебаниях температуры окружающей
среды и изменении напряжения источника питания. Работая
в следящем режиме ОУ производит сравнение опорного
напряжения ЬЯЕ/.=—1 В с напряжением контрольного уз-
ла, выполненного на четырех Pl Т и неуправляемых токо-
вых переключателях. При дрейфовом изменении выходного
напряжения ЦАП ОУ вырабатывает сигнал компенсации
и тем самым поддерживает постоянное значение Uor\ ЦАП.
Наличие в схеме синхронизирующего входа С (вывод
11) обеспечивает одновременную подачу сигналов управле-
124
ния на входы каждого из токовых переключателей. Управ-
ление осуществляется с помощью входного регистра, вы-
полненного иа 11 двухтактных стробируемых ЭСЛ D-триг-
герах.
Регистр ЦАП КШ8ПА2 обладает 10 информационными
входами D1—D1GA, связанными через преобразователи
уровней с соответствующими выводами ИС (15—37). Кро-
ме того, в регистре имеются дополнительные входы: 11 и L
(выводы 20 и 21) для инвертирования цифровой информа-
ции триггеров с входными уровнями, соответствующими ло-
гическим 0 и 1 соответственно; вход 2С (вывод 17) для ин-
вертирования цифровой информации триггера 1-го разряда;
вход D10B (выводы 39 и 38) для управления дополнитель-
ным разрядом ЦАП, эквивалентным его младшему (10 му)
разряду; вход С для установки в нуль выходов всех триг-
геров вне зависимости от сигналов на остальных входах ИС.
Такая структура и принцип управления входным реги-
стром позволяют ЦАП КШ8ПА2 выполнять функцию пре-
образования двоичного или биполярного с дополнением до
двух (прямых и обратных) кодов в выходное напряжение,
а также устанавливать выходное напряжение нуля и пол-
ной шкалы без изменения состояний информационных вхо-
дов D или триггеров регистра.
В табл. 2.1 указаны различные значения UOrn в зависи-
мости от состояний цифрового кода на информационных
и управляющих входах ЦАП.
Напряжение на выходе ЦАП устанавливается после по-
дачи очередного фронта импульса управления по входу С
Согласование ЦАП К1П8ПА2 с ЦИС ТТЛ и ЭСЛ осу-
ществляется с помощью преобразователей уровня (ПУ)
Если ИС управляется от ТТЛ ЦИС, то на ПУ подаются на-
пряжения от двух источников питания UCci — + 5 But/ 2 =
=—5 В. При работе ЦАП от входных уровней ЭСЛ ис-
пользуется тотько один источник напряжения питания
Urc2=—5 В. Наличие в ПУ инвертирующих входов позво
ляет подавать па преобразователь парафазные сигналы от
ЭСЛ ЦИС (исключение составляют входы Н, L, 2С)
Рекомендуемые схемы включения ИС К1Н8ПА2 для
работы в режимах с ТТЛ и ЭСЛ ЦИС показаны па рис.
2.60 и 2.61.
В режиме ТТЛ (рис. 2.60) инверсные входы ИС (выводы
13—15, 18, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) нс подключаются.
Неиспользуемые прямые входы микросхемы (выводы И,
12, 16, 17, 19—21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39) могут сое-
125
Таблица 2.1 Таблица состояний цифровых
на выходе ЦАП К1118ЛА2
входов и напряжений
Вид цифрового кода (ноз. 1—4), выпол- няемая функция (поз. 5—7) Цифровые коды на входах ЦАП Напряже- ние на выходе ЦАП
G н L К 1—10 А 10 в
1. Прямой па- 1 0 0 1 00. ..00 0 0
раллсльпый дно-
ичный 11. ..11 —i *023
2 Обратный па- раллельный дво- 1 1 1 1 00. ..00 1 — 1,023
ичный 11. ..11 о’
3. Прямой па- раллельный бппо- 1 0 0 0 00. ..00 0 0
лярный дополни- 11. . 11 —0*511
ющпй до двух 00. ..00 —6'512
01 .11 —1,023
4 Обратный па- раллельный бппо 1 1 1 0 10. ..00 1 —1,023
лярный. дополня- ющий до двух 11.’ 00. .711 ..00 —0,512 —0,511
01.’ ’’11 ’6
5. Установка ко- нечной точки ха- 1 1 0 X XX. ..XX X — 1,024
рактеристнки пре- образования
6. Установка начальной точки 1 0 1 X XX ..XX X 0
характеристики преобразования
7. Стробирова- ние выхода реги- стра 0 X X X XX ..XX X 0
Примечания I. X — произвольное состояние цифрового входа.
2 Выходное напряжение, соответствующее комбинациям цифрового кода
/ с», устанавливается после подачи положительного фронта входного импульса
126
Рис 2.60. Типовая схема включения ИС ЦАП К1118ПА2 работы с ТТЛ
ЦИС
диняться через сопротивление 3 кОм с общей шиной (логи-
ческий 0), а также оставаться иеподсоедииенными (логи-
ческая 1). Порядок подключения выводов микросхемы к
источникам напряжений следующий: выводы 5, 6, 8, 10 к об-
щей шипе, вывод 2 к UCc2, вывод 9 к Ucci, вывод 4 к UKi;r.
Порядок отключения обратный
В режиме ЭСЛ (рис. 2.61) инверсные входы ИС (выво-
ды перечислены ранее) соединяются с источниками соот-
ветствующих сигналов либо не используются. Неиспользуе-
мые прямые входы ИС (выводы перечислены ранее) подклю-
чаются к шине источника питания Ucri через резистор с со-
противлением 45—50 кОм (логический 0). В режиме ЭСЛ
напряжения питания на выводы ИС подаются п отключа-
ются в той же последовательности, что и в режиме ТТЛ
(напряжение СЛ.с1 при этом пе учитывается).
Между выводами 2, 4, 9 и общей шиной рекомендуется
подключение конденсаторов емкостью 0,1 мкФ
Микросхема КШ8ПА2 получила признание среди раз-
работчиков телевизионной аппаратуры, которые использу-
ют ЦАП для преобразования полного и неполного телеви-
зионных сигналов, а также сигналов яркости и цветности.
На ИС К1118ПА2 построен, например, ЦАП для циф-
ровой обработки полного телевизионного сигнала, размах
127
Рис. 2.61 Типовые схемы включения !1С ЦАП К1И8ПА2 для работы
с ЭСЛ ЦИС (а), в том числе в парафа.тпом режиме (6)
которого на выходе составляет 1,2 В [54]. Расхождение во
времени сигналов яркости и цветности составляет ±15 нс,
а коэффициент нелинейных искажений сигнала яркости не
превышает 1,5 % при тактовой частоте 16 МГц.
128
В составе принципиальной электрической схемы ЦАП
микросхема К1118ПА2 используется совместно с ЦИС се-
рии К531 (К531КППП), ИС ОУ (КР140УД5Л) и набором
дискретных элементов.
Глава 3
АЦП
3.1. АЦП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ1
3.1.1 МИКРОСХЕМЫ АЦП К572ПВ1 И КР572ПВ1
Полупроводниковые БИС 12-разрядпого мнкромошного
АЦП типа К572ПВ1 (А, Б, В) и КР572ПВ1 (А, Б, В) явтя-
готея универсальными многофункциональными узлами для
устройств аналогового ввода-вывода ЛАП систем низкого
и среднего быстродействия. Совместно с внешними КН пли
ОУ, ИОН, ГТИ микросхемы выполняют функции АЦП по-
следовательных приближений с выводом параллельного
двоичного кода через выходные каскады с тремя состояния-
ми, а также умножающего ЦАП с параллельным и после-
довательным вводом информации.
Конструктивно БИС выполнены в двух вариантах гер-
метичных корпусов: плоском металлокерамическом типа
4134.48-2 (К572ПВ1) и пластмассовое с двухрядным вер-
тикальным расположением выводов типа 2123.40-2
(КР572ПВ1).
В состав БИС входят устройства для организации по-
байтового обмена информацией с 8-разрядпой шиной дан-
ных МП. В режиме АЦП существует возможность органи-
зации синхронной и циклической работы, произвольного
уменьшения числа разрядов и вывода данных в последова-
тельном коде. Изменение режимов работы производится
коммутацией небольшого числа внешних выводов или про-
граммным путем с применением нескольких депо тигель-
ных ЦИС.
1 Функционально завершенные АЦП в этом параграфе не рассмат-
риваются.
9-385
129
32 40 41 43 44 45 42 31 40
Рис. 3.1. Функциональная электрическая схема БИС АЦП К572ПВ1
Функциональная электрическая схема АЦП изображена
на рис. 3.1.
Аналоговая часть БИС включает ЦАП и две группы пре-
цизионных резисторов. По схемотехническому решению
и топологии ЦАП подобен ИС К572ПЛ1, но отличается уве-
личенным числом КМОП ключей и звеньев R—2R РМ, на-
личием схемы компенсации температурной нестабильности
сопротивления аналоговых ключей. Две группы прецизион-
ных резисторов предназначены для образования совместно
с внешним ОУ или КН завершенных схем АЦП и ЦАП
Размещение резисторов на кристалле и топологическая нх
идентичность резисторам РЛА обеспечивают стабильность
параметров преобразователя.
Цифровая часть БИС включает необходимые для постро-
ения АЦП псстедовательного приближения логические уз-
лы, а также дополнительные устройства для работы в ре-
жиме ЦАП.
Классификация АЦП по группам производится по таким
параметрам, как нелинейность f>L и дифференциальная не-
линейность &LD.
130
Рис 3.2 Типовые зависимости нелинейности и дифференциальной не-
линейности (а), абсолютной погрешности преобразования в конечной
точке шкалы, приведенной к диапазону выходного аналогового сигнала
в режиме ЦАП (б), выходных напряжений высокого и низкого уровнен
БИС К572ПВ1 (в) от напряжений источника питания
Основные электрические параметры микросхем при температуре
окружающей среды 25 ±10 °C
Ис менее Не Со лье
Число разрядов Ъ ........ . 12 —
Нелинейность бх.:
К572ПВ1А......................... —0,05 0,05
К572ПВ1Б......................... —0.1 0 1
К572ПВ1В......................... —0,2 0,2
Дифференциальная нелинейность (Ди, %:
К572ПВ1А............................... -0,1 0,1
К572ПВ1Б............................. —0,2 0,2
К572ПВ1В............................. —0,4 0,4
Абсолютная погрешность преобразования
в конечной точке шкалы бр,, МР . . —127 127
Выходное напряжение низкого уровня
Vol, В .............................. — 03
9*
131
fi)
Рнс 33 Типовые зависимости дифференциальной нелинейности (а)
и абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы, при-
веденной к диапазону выходного аналогового сигнала, в режиме ЦАП
(б) БИС К572ПВ1 от температуры окружающей среды
Выходное напряженке высокого уровня
Uо п, В...................................... 2,4 —
Ток потребления /«ь мА.................... — 3
Ток потребления /сс2, мА.................... 5 —
Типовые зависимости параметров от напряжений пита-
ния и температуры окружающей среды приведены на рис.
3.2 и 3.3. Типовое значение выходного тока при UREf=10 В
составляет 1 мА, а для выходного тока смещения нуля
50 мА. Входной ток управления не превышает 1 мкА. Нор-
мальное функционирование БИС обеспечивается при так-
товой частоте до 250 кГц.
Нумерация и назначение выводов (для КР572ПВ1 в скоб-
ках): 1— последовательный вход; 2— вход управления СР;
3—напряжение питания Uccr, 4—15 — цифровой вход —
выход (от СР к МР); 16— вход управления МР; 17—вход
управления режимом; 22(18) — выход Цикл; 23(19) — вход
сравнения; 24(20)—напряжение питания UCc?; 25(21) —
вход ТИ 26(22) —выход Конец преобразования; 27(23)—
вход Запуск-, 28(34) — вход Цикл-, 29(26) — вход стробиро-
вания ЦАП; 30(27) — цифровая земля; 31(28) — конечный
вывод PM R—2R- 32(29) — общий вывод резисторов R/2,
R/4-, 40(31) — вывод резистора R/4; 41(32)—вывод рези-
стора R/2-, 42(33)—опорное напряжение Uref', 43(24) —
аналоговый вход /; 44(35)—аналоговый вход 2;
45 (37) — общий вывод резисторов аналоговых входов 1
и 2; 46(38)—аналоговый выход /; 47(39)—аналоговый
выход 2; 48(40) —аналоговая земля; 18—21, 33—39 (25,
30, 36) —иезадействованные выводы.
Преобразователь работает от двух источников питания
Ucci= (5-?15) В±5°/о и Ucc2—15 В±5%. При согласова-
нии микросхемы с ТТЛ схемами напряжение питания Ucci
устанавливают 5В±5 %, а при согласовании с КМОП схе-
132
мами 15 В±5%. При любом U,<2 напряжение высокого
уровня на входе сравнения не должно быть менее 10 В
Предельно допустимые и предельные значения электрических
режимов эксплуатации
Предельно опустнмы* Предельные
Не менее Нс более Не менее Не более
Опорное напряжение UllEF, В —10,29 10,29 —15 15
Входное напряжение вы- 5,25 2,4
СОКОТО УРОВНЯ V1H, В . . —2,-4 17
Входное напряжение низ- кого уровня Vil, В . . 0 0,4 0 0,4
Напряжение высокого
уровня на входе сравнения и входе Цикл Uihk, В . . 10 15,75 10 17
Выходной ток высокого уровня /ои. мА .... — 0,04 — 0,04; 1*
Входной ток низкого уровня /ох., мА — 0.4 — 0.4; 3*
При соблюдении условия Тти“0,1 мс (в импульсном режиме).
При работе с микросхемой необходимо соблюдать пра-
вила подачи электрических режимов, постановки на плату
и меры защиты, рекомендованные для микросхем К572ПА1
и К572ПА2.
Работа БИС в режиме АЦП проходит в соответствии
с хорошо известным принципом последовательного прибли-
жения с программируемым сдвигом. Временная диаграмма
АЦП приведена на рис. 3.4. Преобразование осуществляет-
ся за 12 рабочих тактов, каждый из которых по длительно-
сти равен двум импульсам ГТИ. Вспомогательный такт ис-
пользуется для формирования сигнала Конец преобразова-
ния. По этому сигналу происходит считывание цифровой
информации.
В циклическом режиме работы за периодом считывания
следует период возврата АЦП в исходное состояние (сбро-
са) по сигналу с вывода 22 (Цикл).
Типовые схемы включения микросхемы К572ПВ1 в ре-
жиме 12-разрядного АЦП приведены на рис. 3.5 н 3.6.
В АЦП по схеме рис. 3.5 между выходом Ц \П и входом КН
А2 применен буферный ОУ А1 для достижения максималь-
ной точности и стабильности статических параметров пре-
образования. В АЦП на схеме рис. 3.6 КН работает в ре-
жиме сравнения токов, что позволяет достичь максималь-
ного быстродействия. Типовое время преобразования
133
составляет ПО мкс. Включение резисторов /?/2 или 2R
в цепь обратной связи ОУ (для схемы иа рис. 3.5) или на
входе компаратора А (для схемы на рис. 3.6) обеспечивает
изменение UIRN от 0,5 до 2 Uref соответственно. Полярность
диапазона входного напряжения может быть любой и уста-
навливается выбором полярности Uref-
Число разрядов преобразования может быть уменьшено
до произвольного путем подачи на вход 27 повторного сиг-
иата Запуск по окончании (п+1)-го такта. Соединение вы-
водов 22 и 28 переводит схему из синхронного режима ра-
боты в циклический, при этом на вход 27 подается логиче-
ский 0.
Работа БИС в режиме ЦАП возможна в нескольких ва-
риантах. Типовая схема включения в режиме ЦАП с парал-
лельным вводом информации приведена иа рис. 3.7. С по-
ступлением на вывод 17 логической 1 сдвигающий регистр
переводится в режим буферного регистра. Запись информа-
ции в буферный регистр и регистр ЦЛП производится по-
дачей на вывод 25 сдвоенного импульса при наличии логи-
134
Рис. 3.5 Типовая схема включе-
ния БИС К572ПВ1 в режиме
АЦП (А1 — ИС ОУ типов
К574УД1, К544УД1, К140УД14,
А2—ИС КН типа К521СЛЗ)
Рис. 3 6. Типовая схема вклю-
чения БИС К572ПВ1 в режиме
АЦП (Л — ИС КН типа
К521СЛЗ)
ческого 0 па выводе 27. Минимальная длительность пары
тактовых импульсов 5 мкс. Стирание информации в регист-
ре последовательных приближений осуществляется подачей
на вывод 27 логической 7, а ее запоминание в режиме ЦЛП
происходит при поступтении такого же сигнала на вывод 29.
Для ввода данных в последовательном коде соответст-
вующий 12-разрядный код подается на вход 1, начиная
с МР, синхронно с парами тактовых импульсов.
Типовые значения ряда дополнительных электрических
параметров БИС К572ПВ1 таковы выходной ток по ана-
логовому выходу /о=1 мА (прн UKLI.= \0 В и коде И ..
11); входной ток по выводам управления //=1 мкА; темпе-
ратурный коэффициент нелинейности в режиме ЦАП af>L —
=0,5-10-6 1/°С; температурный коэффициент дифференци-
альной нелинейности <z6ld=1-10 6 1ЛС; температурный
коэффициент абсолютной погрешности преобразования в ко-
нечной точке шкалы в режиме ЦАП сац =5-10~6 1/°С
В табл. 3 1 приведена информация о порядке управления
БИС К572ПВ1 при работе в различных режимах.
Наличие специальных резисторов 0,257?; 0,57? и 27? в БИС
К572ПВ1 и возможность работы как в режиме АЦП, так
135
Рис 3 7. Типовая схема включения БИС К572ПВ1 в режиме ЦАП Л —
ИС ОУ типов К574УД1 К544УД2, К110УД14)
Таблица 3.1 Управление режимами работы БИС АЦП К572ПВ1
Информационные цифровые выходы Сигналы на входах Вход
Режим работы управления стробиро- вания
СР МР РГ ЦАП
1—12 1 1 0 1
АЦП 1—4 5—12 1 0 0 1 0 0 1 1
Разомкнутые 0 0 0 1
ЦАП 1—12 1 1 1 1
1—4 0 1 1 1
5—12 1 0 1 1
Хранение в регистре ЦАП — — — — 0
136
Рис. 3 8. Функциональная электрическая схема устройства для преобра-
зования сигнала СКВТ на БИС К572ПВ1, работающих в режиме ЦАП
и умножающего ЦАП делает ее удобным элементом для по-
строения электронной части преобразователей угол — код,
синусно-косинусных вращающихся трансформаторов
(СКВТ) и т. п.
На рис. 3.8 показана функциональная электрическая схе-
ма устройства для преобразования сигнала СКВТ [55], в ко-
тором эффективно используются две БИС К572ПВ1, каж-
дая из которых работает в режиме (ЦАП1, ЦАП2) совмест-
но с ИС ОУ типов К574УД1, Д544УД1, 140УД14, К544УД2
и др. (А1,А2).
Устройство имеет два входа для подключения к СКЫ
датчика или источника Uref переменного тока с постоян-
ной амплитудой. Аналоговая информация снимается с двух
выходов ОУ и может быть подана на СКВТ приемник или
схему сравнения напряжений.
С помощью электронных узлов на БИС К572ПВ1 реа-
лизуется зависимость
О (5,603 — 0) (3,603 + 0) (2 — 0) « 1g лО/4,
где 0 — относительная величина, принимающая значение
в пределах от 0 до 1, пропорциональное углу от 0 до 45°.
Сопротивления используемых в устройстве резисторов
связаны общим масштабным сопротивлением R:R\—Rt =
=R, Rt=RIQ, Д3=Я/(2-е), Rb = 1,1 Ю186/? (для узла
ЦАП1, А1 7?2=/?/(2—0) и /?з=/?/0)- В этом случае выход-
137
ное напряжение на ОУ А2 пропорционально ветичине (2—
0)/(5,6ОЗ—0)
Устройство работает в двух режимах. В первом на его
входы поступают синусно-косинусные напряжения от СКВТ
датчика, а к выходам подключена внешняя схема сравне-
ния. Цифровой выход этой схемы соединяется со входом
блока логического управления БЛУ. В таком включении
устройство реализует функцию преобразования угол — код
в диапазоне 0—45°. Тогда
0 =— U sin а [(2 — 0)7(5,603 — 0)1 + U cos а 10/(3,603 + 0)],
или
0=—£/cosa[(2—0)/(5,603 —0)1 + 6/sina[0/3,603+ 0)1-
Во втором режиме на входы устройства поступает пе-
ременное напряжение Uref, а к выходам подключены си-
нусно-косинусные обмотки СКВТ приемника следящей си-
стемы. На БЛУ подается цифровая информация от ЭВМ.
В таком включении устройство выполняет преобразование
код—угол в диапазоне 0—45° по зависимости
tg (я0 4) = UQ (5,603 — 0) 7/ (3,603 + 0) (2 — 0)
или обратной для получения cig (л0/4).
Таким образом, описанное устройство на основе БИС
К572ПВ1 может быть применено в схемах преобразования
угла поворота СКВТ в код и обратно.
Один из методов построения функциональных АЦП уп-
равляющих систем также предполагает использование от-
ношения синусно-косинусных напряжений, зависимых от те-
кущего значения цифрового эквивалента угла поворота.
Например, формирование дробно-линейных зависимостей
вида 0/(К+0) и (1—0)/(К+1—0), где К — некоторый ко-
эффициент, осуществляется с помощью именно таких функ-
циональных преобразователей. Вопросы их построения на
основе БИС К572ПВ1 рассмотрены в [56].
В схеме на рис. 3.9 сопротивления резисторов связаны
общим сопротивлением R, как и в предыдущем примере.
Через выход 1 ЦАП протекает ток /, значение которого про-
порциона тьно значению цифрового кода, а через выход 2—
ток Л, пропорциональный дополнению кода до единицы.
При таком включении ЦАП его сопротивление, приведен-
ное к аналоговому выходу, может быть представлено как
R/Q или R/(l—0), что позволяет реализовать необходимую
зависимость.
138
Рис 39 Функциональная электрическая схема преобразователя дробно-
линейных зависимостей на БИС К572ПВ1
Важнейшими требованиями, предъявляемыми к аппара-
туре для бурения глубоких скважин, являются температур-
ная стабильность, малые мощность потребления, масса
и размеры. Ее основным узлом считается преобразователь
синфазной составляющей (ПСС) вектора переменного на-
пряжения в код (рис. 3.10) [57]. Переменные напряжения
Ux, синфазные с Uref (током Iref) и являющиеся составля-
ющими напряжений датчика U л, несут информацию о со-
противлении и угте наклона скважины.
Основу ПСС составляет БИС К572ПВ1, с помощью ко-
торой реализуется принцип импульсного фазочувствитель-
ного детектирования. Суть принципа заключается в уравни-
вании мгновенного значения напряжения на выходе датчи-
ка электродов t/д со значением синфазной составляющей
в момент прохождения квадратурной составляющей Uy
через пуль.
Тактовые импульсы подаются па вход 25 БИС К572ПВ1
с выхода интегратора на Л1-1 и А1-2 (ОУ на ИС
К14ОУД20). Срезы ТИ совпадают с переходом составляю-
щей Uy через пуль. Преобразование в ПСС начинается с по-
139
v3O
. 3.10 Принципиальная электрическая схема электронной части
гавляющсй
Рис. 3.11. Схема подключения БИС К572ПВ! к .МП серив К580.
ДШЛ — дешифратор адреса; ДШК — дешифратор команд; ШФ— шинный фор-
мирователь; ГГ— тактовый генеря гор; СУ — схема управления; РР— регистра-
тор режима: ША — шина адреса; ШД — шина данных
дачи импульса запуска th на вывод 27 БИС. После завер-
шения процесса преобразования выходной код считывается
с АЦП и записывается на магнитную ленту, а на его вход
сравнения (вывод 23) подается напряжение Цд, несущее
информацию о следующем параметре.
В принципиальной электрической схеме на рис. 3.10 для
построения компаратора напряжения и интегратора исполь-
зованы ОУ А2-1 и А2-2 на ИС К140УД20, а внешние управ-
ляющие сигналы задаются ЦИС серии К561. Схема рабо-
тоспособна в диапазоне рабочих температур с верхним
значением до 170—180°C (на рис. 3.10 схема дана с автор-
скими уточнениями и исправлениями).
Особенности конструкторско-технологического исполне-
ния БИС АЦП К572ПВ1 делают возможной ее совместную
работу с серийно выпускаемыми МП комплектами без при-
менения внешних дополнительных устройств. На рис. 3.11
и 3.12 показаны варианты включения БИС К572ПВ1 с МП
КР580ИК55 в режиме обмена данных без прерываний.
14!
Рис. 3 12 Схема подключения БИС К572ПВ1 в режимах АЦП и ЦАП
к МП БИС КР580ИК55
В первом случае управление режимом работы АЦП осу-
ществляется подачей на вывод 17 соответствующего сигна-
ла от МП. Запуск БИС в режиме АЦП производится по-
дачей от МП в регистр режима РР сигнала Разрешение за-
пуска, а затем через схему управления СУ — на вывод 27
сигнала Запуск микросхемы. После прихода с вывода 26
АЦП сигнала Конец преобразования МП считывает 8-раз-
рядное слово, содержащее младшие информационные раз-
ряды преобразователя, путем подачи через дешифратор ко-
манд ДШК и схему управления СУ сигнала Чтение на вы-
вод 16 АЦП Вход управления МР. Аналогично считывается
4-разрядное слово старших разрядов путем подачи МП-сиг-
нала Чтение на вход 2 АЦП Вход управления СР. Коман-
дой МП Чтение СР одновременно осуществляется очередной
запуск АЦП.
Запуск ЦАП производится по сигналам Запись СР и За-
пись МР, прошедшим через ДШК и СУ. Сигнал стробиро-
142
вания ЦАП поступает от РР на вывод 29 АЦП Вход стро-
бирования.
На рис. 3.12 показано одновременное подключение мик-
росхем К572ПВ1, работающих в режимах ЛЦП и ЦАП
к МП КР580ИК55. Управление преобразователями в этом
случае осуществляется через порт С (РСО—РС2 и РС4—
РС6). Цифровая информация в ЦАП передается через порт
А (РАО—РА7) и принимается от АЦП через порт В (РВО—
РВ7) БИС МП.
Точностные свойства и малая потребляемая мощность
БИС АЦП К572ПВ1 позволяют использовать ее в сейсми-
ческой аппаратуре для цифровой обработки геофизических
сигналов. Наличие управляющих входов облегчает органи-
зацию многоканальной обработки. Четырехканальный 13-
разрядный АЦП па основе БИС К572ПВ1Б [58] обрабаты-
вает сигналы сейсмоприемников амплитудой ±9 В в диа-
пазоне частот от 0 до 20 Гц. Частота опроса каждого из
каналов составляет 100 Гц, 13-й разряд АЦП (знаковый)
используется для определения полярности входного сигна-
ла и выбора необходимого режима работы.
Рис. 3 13. Принципиальная электрическая схема узла ЛЦП на БИС
К572ПВ1 для проведения многоканальной цифровой обработки сигналов
143
В состав устройства АЦП входят коммутатор каналов
(четыре ИС КР590КН7), стробируемая схема определения
знакового разряда (на триггере К561ТМ2 и двух ОУ
К154УД1), переключаемый ИОН (на ИС ОУ К140УД12
и переключателе КР590КН7), БИС К572ПВ1Б со схемой
переключения режимов КР590КН7, КН К554СА2, ЦИС уп-
равления серии К561
На рис. 3.13 показана основная часть принципиальной
схемы преобразователя, включающая БИС АЦП с ИОН на
ОУ А1 и элементами переключения режимов Л2—А5. Осо-
бенностью схемы является применение двух КН А2 и АЗ
с переключением выходного сигнала вместо одного КН
с переключаемым входом. Этот схемотехнический прием
позволяет в полной мере реализовать точностные характе-
ристики БИС К572ПВ1 при работе с сигналами па уровне
10 мВ, несмотря на большое напряжение гистерезиса КН.
В узле ИОН АЦП, выполненном на Al и А4, применены
транзистор VT1 (КП302АМ) и стабилизатор VD1 (КС191Т).
3.1.2 МИКРОСХЕМА МИКРОМОЩНОГО 8-РАЗРЯДНОГО АЦП
Микросхема представляет собой сопрягаемый с МП АЦП
последовательных приближении, выполненный по техноло-
гии КМОП. Конструктивно ИС размещена в керамическом
герметичном 18-выводном корпусе с вертикальным распо-
ложением выводов.
Функциональная электрическая схема АЦП показана на
рис. 3.14. Она построена таким образом, что АЦП обеспечи-
вает основные условия сопряжения с МП, а именно:
длина цифрового слова (число разрядов) на выходе пре-
образователя соответствует длине слова базовых типов оте-
чественных БИС МП;
управление его работой осуществляется непосредствен-
но сигналами от МП с минимальными аппаратными п про-
граммными затратами;
временные характеристики АЦП хорошо совпадают
с временными характеристиками большинства типов БИС
МП;
цифровые выходы преобразователя допускают прямое
подключение ко входным портам и шине данных МП.
По отношению к МП микросхема ЛЦП может исполь-
зоваться как статическая память с произвольной выборкой,
память со считыванием или медленная память.
Алгоритм преобразования АЦП реализуется с помощью
144
Рис. 3.14. Функциональная электрическая схема ИС микромощного
АЦП К572ПВЗ
регистра последовательных приближений, включающего
сдвигающий регистр и регистр памяти на /?5-триггерах.
В нем выполняется операция поразрядного сдвига логиче-
ской 1 в направлении от старших разрядов к младшим, хра-
нения результата преобразования и поразрядной записи со-
стояний КН при сравнении входного аналогового напряже-
ния АЦП и напряжения на выходе ЦАП.
Логические схемы управления н синхронизации регла-
ментируют весь процесс преобразования и согласования
АЦП с внешними устройствами. С их помощью при появле-
нии внешних сигналов RD п CS формируются сигналы внут-
реннего управления: сброс, начала преобразования, управ-
ление буферным регистром и выходным сигналом BUSY.
По сигналу сброса АЦП устанавливается в исходное со-
стояние, при котором в РПП записан код 10...00. По сигналу
начала преобразования запускается внутренний аеннхрон-
10—385
145
ный ГТИ, обслуживающий процесс преобразования и обме-
на данными. ___ _______
При временном совпадении сигналов RD, CS и BUSY
формируется сигнал управления регистром с логикой на
три состояния. Помехозащищенность АЦП значительно по-
вышена за счет применения стробируемого КН.
Внутренний ГТИ построен таким образом, что по сиг-
налу запуска первый же отрицательный перепад ТИ уста-
навтивает старшин разряд в соответствующее состояние,
после чего без дополнительных временных затрат начинает-
ся обработка информации во втором разряде и т. д. Рабо-
чая тактовая частота генератора 500 кГц задается внешни-
ми 7?С-элементами.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—3 —
цифровые выходы 4—2; 4 — цифровой выход 1 (МР); 5 —
выход состояния BUSY; 6 — вход управления RD; 7—вход
управления CS; 8— вход тактирования CLK; 9 — цифровая
земля DGND; 10 — напряжение источника питания Uccl
11 — опорное напряжение UREf', 12— вход смещения харак-
теристики BOFS; 13—аналоговый вход t7//?,v; 14 — анало-
говая земля AGND; 15 — цифровой выход 8 (СР); 16—18—
цифровые выходы 7—5.
Основные электрические параметры ИС при температуре
окружающей среды 25±10°С и предельно допустимые режимы
ее эксплуатации
Не менее Не более
Число разрядов Ъ ...... .... 8 —
Нелинейность 6г, МР........................ —0,5 0,5
Дифференциальная нелинейность бьп, МР . . —0,75 0,75
Абсолютная погрешность преобразования в ко-
нечной точке шкалы 6г„ МР . . .... —3 3
Напряжение смещения нуля на входе 1//0, мВ —30 30
Ток потребления /г(., мА................. — 4
Время преобразования 1С, мкс............. — 7,5
Выходное напряжение высокого уровня 1/Он,В 4 0
Выходное напряжение низкого уровня l/оь, В — 0,4
Напряжение источника питания Ucc, В . . . 4,75 5,25
Опорное напряжение 1/hef, В................ —10,5 —9,8
Значения сопротивлений ИС по входам UiRm (вывод 13)
и BOFS (вывод 12) находятся в пределах от 6 до 3 кОм, по
входу UREF (вывод 11) — з пределах от 3 до 15 кОм.
Па рис. 3.15 представлены зависимости основных пара-
метров АЦП от изменения температуры окружающей сре-
ды. Типовые значения температурных коэффициентов aUio,
146
Рис. 3.15. Типовые зависимости нелинейности (а), дифференциальной не
линейности (б), абсолютной погреп ности преобразования в конечной
точке шкалы (в), времени преобразования (г) ИС микромощного ЛЦП
от температуры окружающей среды
абд и абто, a6ps не превышают значений соответственно
15 мкВ/°С; 2 - IO"6 МР/°С; 25-10~4 МР/°С.
Микросхема АЦП способна работать как с внутренним,
так и с внешним ГТИ (рис 3 16).
При использовании АЦП с внешним ГТИ в режимах
статической памяти с произвольной выборкой и медленной
памяти выход BL'S У преобразователя (вывод 5) подключа-
ется ко входу внешнего буферного регистра с тремя логи-
ческими состояниями. С помощью резистора R1 устапавтп-
вается требуемый уровень входного сигнала.
Состояния выходов АЦП в различных режимах работы
с МП указаны в табл. 3.2.
Помимо времени преобразования ИС характеризуется
и другими динамическими показателями: временем уста-
новления АЦП в начальное состояние (2 мкс), временем за-
держки считывания данных (120 нс), временем задержки
сброса данных (80 нс) (в скобках указаны типовые значе-
ния перечисленных показателей).
В процессе эксплуатации АЦП необходимо соблюдать
установленный порядок подачи электрических напряжений:
10’
147
Рис 3 16 Схемы включения ИС микромощного АЦП с внутренним (а)
и внешним (б) генераторами тактовых импульсов (И-НЕ — ЦИС
133ЛП8)
потенциал земли, напряжение источника питания, напряже-
ние опорного источника, напряжения по входам 6—S; поря-
док снятия напряжении обратный
Существуют также ограничения на подачу электриче-
ских сигналов на выводы ИС. При отключенном источнике
питания, например, недопустимо поступление сигналов пи
на один из выводов ИС, за исключением 12 и 13. Не реко-
148
Таблица 3.2. Таблица состояния выходов микромощного АЦП
в различных режимах работы с МП
режим Состояние входов АЦП Состояние выходов АЦП Функциональное состояние ЛЦП
(1S HD BLSi DB7—DH0
Статическая L н Н Z (высокий Начало преобразо
память с про- пмпеааис) ванпя
извольной вы- боркой (СОЗУ) 1. Н Z-^да иные Считывание дан- ных
L _г п Данные-»/ Сброс
Н А X г Отсутствие выбор-
КН
L // L г Промежуточные преобразования
L L Z То же
1. _г L г Запрещенное
Медленная 1 и 2-»д; гпые Считывание дан-
память ПЫХ
_г Данные-*/ Сброс, начало пре- образования
L 1— L / Промежуточные преобразования
L L / Запрошенное
Память со Н и Н / Отсутствие выбор-
считыванием ки
(ПЗУ) / Начало преобразо-
ванпя
L L L / Преобразование
ч L /. -Г /-►данные Считывание дан-
ных
_Г _г Н Данные-*/ Сброс
Н н Н / Отсутствие выбор-
КН
149
мендуется подавать напряжения, меньшие —0,1 В и большие
Uec, на выводы микросхемы 1—4, 6—8, 15—18.
Монтаж микросхемы на плате должен проводиться та-
ким образом, чтобы длина разводки от выводов 11—14 бы-
ла минимальной.
Микросхема АЦП допускает нагружение по выходам
ТТЛ ЦИС. Однако напряжение, соответствующее логиче-
скому 0, на выводах 1—5 и 15—18 не должно превышать
0,4 В при токе нагрузки 0 8 мА.
3.2. АЦП СЧИТЫВАНИЯ
3.2.1 МИКРОСХЕМА К1107ПВ1
Полупроводниковая БИС 6-разрядпого быстродействую-
щего АЦП типа КИ07ПВ1 выполняет функцию параллель-
ного преобразования входного напряжения, изменяющего-
ся в диапазоне от —2,0 В до 0, в один из видов цифрового
кода: двоичного (прямого или обратного) и с дополнением
до двух (прямого или обратного). Микросхема изготовлена
по биполярной технологии и размещена в герметичном
48-выводном металлокерамическом корпусе типа 2207.48-1
с вертикальным расположением выводов.
Основными областями применения БИС являются ра-
диолокация, телевидение, антенные системы, устройства
ввода-вывода цифровой информации и др. Одна микросхе-
ма параллельного АЦП типа К1107ПВ1 способна заменить
64 КН типа К597СА2, 25 ИС серий 133, 130, 106, 555, преци-
зионный делитель напряжения.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—вы-
ход 4\ 2 — выход 5; 3 — выход 6 (МР); 4 — тактовый сиг-
нал; 5, 43 — общий (цифровая земля); 8, 39 — напряжение
источника питания UCci, 9 — опорное напряжение Urf.fi'>
10, 13, 15 — вход (аналоговый сигнал); 11, 14 — общий
(аналоговая земля); 12— вывод корректировки нелинейно-
сти; 16 — опорное напряжение URkf2', 24, 37, 38 — напряже-
ние источника питания Ucct', 44 — управление выходным ко-
дом (вход /); 45— выход 1 (СР); 46 — выход 2; 47— вы-
ход 3; 48— управление выходным кодом (вход 2); 6, 7,
17—23, 25—36, 40—42 — незадействованныс выводы.
Функциональная схема БПС АЦП объединяет делитель
опорного напряжения, 64 стробируемых КН (ЛО—А63),
синхронизирующие буферные каскады, логические схемы
дешифрации и управления, выходной буферный регистр RG
(рис 3.17).
150
Uirh О
U' rQ 1
। 0 BxcdZ____________
Управление Выходном кодон
Рис. 3 17. Функциональная электрическая схема БИС АЦП К1107ПВ1:
11 Лк“ напряжение и сопротивление цепи коррекции
Делитель опорного напряжения представляет собой на-
бор низкоомных резисторов с номиналами /? = 1,04-т-
1,24 Ом. Резисторы образуют шину деления опорного на-
пряжения с двумя самостоятельными выводами. По выводу
Urem возможно проведение коррекции напряжения смеще-
ния нуля на входе, а по выводу UREf2 — абсолютной по-
грешности преобразования в конечной точке шкалы Номи-
нальные значения опорных напряжений для каждой микро-
схемы индивидуально устанавливаются в диапазоне от
—0,075 В до 0 для Urefi и от —1,9 В до —2,1 В для UREf2.
Каждый из 64 КН (АО—А63) обладает высоким быст-
родействием (типовая задержка 7 нс) и небольшим коэф-
фициентом усиления. Перепад логических уровней на выхо-
де КН составляет 200—400 мВ. Компараторы выполнены по
151
каскадной схеме в режиме переключения токов в сочетании
с тактируемым триггером.
Управление работой КН, логических элементов, буфер-
ного регистра RG осуществляется от одних и тех же так-
товых импульсов (ТИ) UT.„. Выборка аналогового сигнала
производится через 10—22 нс после появления фронта ТИ
на соответствующем входе КН Дешифрация сигналов с вы-
ходов 64 КН проводится с момента поступления на входы
управления логических элементов среза ТИ. Результат де-
шифрации, который является также конечным результатом
процесса кодирования, записывается в выходной буферный
регистр с появлением фронта следующего ТИ. Задержка,
вносимая буферным регистром, пе превышает наименьшей
длительности периода ТИ, равной 50 нс. Это делает воз-
можным производить выборку аналогового сигнала одно-
временно с появлением на выходе АЦП результата преоб-
разования. В тот момент, когда на выходе микросхемы по-
является результат Л'-й выборки, на входе производится
(Л'4-2)-я выборка Минимальная длительность ТИ гт.в оп-
ределяется длительностью переходных процессов в КН. Ти-
повое значение тт.и==15 нс. Минимальное значение периода
следования ТИ определяется длительностью переходных
процессов в дешифраторе и равно 30—35 нс. Частота пре-
образования ЛЦП определяется по формуле /с = 1/(Гг.и+’
+гт.и) и не превышает 20 МГц. Временные диаграммы ра-
боты преобразователя показаны па рис. 3.18.
Тип выходного кода АЦП задается подачей на выводы
44, 48 2-разрядного потенциального кода в соответствии
с табл. 3.3.
Таблица 3.3 Таблица состояний БИС АЦП КН07ПВ1
Номер вывода микросхемы
44 3 1 2 1 ‘ 1 47 | « 45
Тип хода Входное напряже- ние Выходное напряженно
Прямой двонч- пьй Обратный дво- ичный Прямой с до полнеипем до двух Обратный с до- полнением до двух V Щ V,L V/H V'lt UIH V,L V.L VlH Voh Vol OL Voh Von UOL Vol Voh Von Vol Vql Voh V он Vol Vol Voh Voh Vol Vol Voh Vqh Vol Vqh | Vol
152
Основные электрические параметры микросхемы при температуре
окружающей среды 25±10°С
Выходное напряжение высокого уров-
ня Uо н, В..........................
Выходное напряжение низкого уров-
ня C/oz., В ........................
Напряжение смещения нуля па входе
1Ле, В .............................
Абсолютная погрешность преобразо-
вания в конечной точке шкалы 6fs, В .
Нелинейность бь, МР (%) . . . .
Дифференциальная нелинейность 6ld,
МР (%) .............................
Входной ток смещения пуля Z/0, мкА
Входной ток высокого уровня 1ш,
мкА.................................
Входной ТОК НИЗКОГО уровня 1ц., мА
Ток потребления /СС|, мА..........
Ток потребления /сс2, мА..........
Ток потребления от источника опор-
ного напряжения 1сс3, мА............
Время преобразования tc, нс . . ,
Максимальная тактовая частота /т.и,
МГц ................................
Не менее Не более
2,4 —
— 0,4
—0,075 0
—0,1 0,1
—0,5 (—0,781) 0,5(0,781)
—0,5 (—0,781) 0,5(0,781)
— 150
— 75
-1,5 —
— 30
—150 —
— 43
100
20
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Не более
Напряжение источника питания (Act,
В................................... - 6,6
Напряжение источника питания UCct,
В .................................. —6,6 —
Входное напряжение 17г, В ... . —6 0,2
Входное напряжение высокого уровня
Uni, В..................................... - 5
Ток нагрузки II, мА...................... — 3,5
Опорное напряжение UREri/Ureft, В —2,2/—2,2 0,2,.0,2
Тип выходного кода может задаваться также и постоян-
ными уровнями. Тогда подключение выводов 44 и 48 к ис-
точнику питания ULCi соответствует подаче напряжения вы-
сокого уровня, а к общей шине — напряжения низкого
уровня.
В микросхеме предусмотрен вывод 12 со средней точки
делителей напряжения. Напряжение —1 В с вывода 12 мо-
жет использоваться как опорное для входного буферного
усилителя в биполярном режиме преобразования. Однако
необходимо учитывать, что любая нагрузка, подключаемая
к средней точке делителей, оказывает влияние на нелиней-
153
Рис. 3.18. Временные диаграммы работы БИС АЦП КН07ПВ1:
а— тактовые импульсы; б — тактовые импульсы на выходе преобразователя
уровня, в. г — иарафазные тактовые импульсы на выходах синхронизирующих
буферных каскадов; д—входной аналоговый сигнал и уровни опорного напря-
жения на выходах делителей-входов (Л—1)-го. Л’-го, (.V+!) то КН соответствен-
но; е—з — уровни напряжения на выходах (V—1)то, ¥то. (Л'+1)то КН соот-
ветственно; и — уровень напряжения на логических входах дешифратора: к —
выходной код дешифратора 31X5; z — код на логических выходах буферного ре-
гистра; м — выходной код дешифратора [0X6; н — код на выходе логических
схем управления «Исключающее ИЛИ»; о — выходной код ЛЦП
ность. Корректировка нелинейности в пределах ±0,5 МР
(16 мВ) осуществляется при подключении вывода 12 к вы-
водам 16 или 9 в зависимости от ее знака.
Калибровка БИС производится изменением опорных на-
пряжений Urefi и Uref2 на входах делителя.
Расчетные значения апертурного времени G составляют
не более 10—15 нс и у различных экземпляров БИС могут
154
-30 О 30 со т°с
-10 0 10 го 30 40 50 60 70 т,сс
Рис. 319. Типовые зависимости
абсолютной погрешности преобра-
зования в конечной точке шкалы
(а), нелинейности (б), дифферен-
циальной нелинейности (в), време-
ни преобразования (г), частоты
преобразования (д) БИС АЦП
К1107ПВ1 от температуры окружающей среды (заштрихованы участки
неустойчивой работы БИС АЦП)
не совпадать. Апертурная неопределенность (случайные из-
менения пренебрежимо мала и не превышает нескольких
десятков пикосекунд.
Амплитудные значения напряжения пульсаций источни-
ков питания не должны превышать 60 мВ.
На рис. 3.19, 3.20 показаны типовые зависимости па-
раметров преобразователя от изменений напряжения пита-
ния, температуры окружающей среды. Типовые значения
входной емкости БИС составляет 50 пФ, а максимальное
100 пФ.
Порядок подключения к БИС источников питания и сиг-
налов произвольный.
При эксплуатации микросхем необходимо предусмотреть
разделение выводов 5, 43 и 11, 14 БИС с соединением их
только в одной точке — на зажиме источника напряжения
питания. К выводам 8, 39 и 24, 37, 38 микросхемы (t/fCl
и Uccs) рекомендуется подключение конденсаторов с емко-
стями 10 и 0,1 мкФ соответственно, к выводам опорного на-
пряжения 9 и 16 (Urefi и Urefz) — конденсаторов емко-
стью 10 мкФ.
155
Рис. 3.20. Типовые зависимости нелинейности (а, в), дифференциаль-
ной нелинейности (б, г) тока смещения нуля на входе (б) и абсолют-
ной погрешности преобразования в конечной точке шкалы (е) ЛЦП
К1107ПВ1 от напряжении источников питания
Значения собственной резонансной частоты микросхем
находятся в пределах от 8,5 до 20 кГц. Логические уровни
управляющих сигналов (тактового и управления видом вы
ходкого кода) соответствуют логическим уровням ТТЛ
схем. Мощность потребления БИС не превышает 1 Вт.
Типовые схемы включения БИС К1107ПВ1 показаны на
рис. 3.21 (с подачей опорных напряжений для балансиров-
ки 6fs и Ом потенциометрами R1 и R4) и рис. 3.22 (с ана-
логичными балансировками потенциометрами R3 и R4).
В буферном каскаде At могут использоваться любые
ОУ, способные обеспечить требуемую полосу пропускания
БИС и скорость нарастания выходного напряжения прн за-
данном коэффициенте усиления. Следует учесть, что раз-
ность входных токов и напряжение смещения нуля ОУ сум-
мируются с соответствующими погрешностями АЦП.
В качестве буферного ОУ и А1 в схеме па рис. 3.21 при-
менена ИС КИ0УД6А. Она же используется и для построе-
ния ИОН (А2). Необходимые уровни электрических токов
и напряжений в схеме задаются включением транзисторной
сборки 125НТ1 (VTI, VT2), стабилитронов 2С113 (VD1,
VD2) и Д818Е (VD3).
В буферном каскаде А1 схемы на рис 3.22 может быть
использована НС ОУ К.574УД1А. Источник опорного напря-
жения выполняется на основе ИС ОУ К153УД5А (А2). Со-
156
Рнс. 3 21. Принципиальная электрическая схема включения БИС АЦП
К1Ю7ПВ1
противления резисторов входного делителя R1 и R2 подби-
раются в зависимости от значения полного сопротивле-
ния Z и значения аналогового напряжения Umm на входе
БИС АЦП Возможные значения /?, и R2 представлены
в табл. 3.4. Кроме того, в схеме па рис. 3.22 используются
транзисторы КТ3107 (VT1) и КТ630 (VT2), стабилитрон
Д818Е (VD1) идиод2Д514 (VD2).
Разрешающая способность устройств, в которых приме-
157
Рис. 3 22. Принципиальная электрическая схема включения ВИС \ЦП
КП07ПВ1 (втором вариант)
Таблица 34 Возможные значения сопротивлений резисторов
входного делителя для БИС КП07ПВ1
Резисторы делителя Полное входное со- противление Z. См Сопротивление резисторов. Ом, при разумных VIRN
1 в | 2 В | 5 В К) в
R1 50 0 24,9 40,2 45,3
R2 50 52,3 24,3 10,0 4,99
R1 75 0 37,4 60,4 68,1
R2 75 80,6 39,2 15,4 7,5
няются БИС КП07ПВ1, может быть повышена за счет па-
раллельного включения преобразователей, как это показано
на рис. 3.23—3.25. Выборка сигнала на аналоговых входах
158
Рис 3 23. Функциональная электрическая схема параллельного включе-
ния БИС АЦП КП07ПВ1:
УЗ — устройства задержки; Г — сумматор; БУ — буферные усилители; ИЗ — ин-
дикатор заполнения (элемент И)
Рис 3 24 Функциональная электрическая схема параллельного включе-
ния БИС АЦП КИ07ПВ1:
БЬ—буферные усилители; КН — компаратор напряжения, соответствующего
среднему уровню шкалы преобразования; Т— триггер; S — сумматор
АЦП в этом случае происходит одновременно. Ввиду того
что буферные ОУ обладают различной задержкой прохож-
дения входного напряжения, управление работой АЦП сле-
дует проводить с некоторым временным сдвигом, поскольку
задержка выборки в одном из ЛЦП на 15 пс при частоте
преобразования 10 МГц способна вызвать погрешность пре-
образования ±0,5 МР.
Проблема синхронного считывания аналогового сигнала
каждым из параллельно включенных АЦП решается за счет
применения входного УВХ (рис. 3.24). Теоретически число
АЦП в схеме может быть неограниченным. Однако надо
159
Рис 3.25. Функциональная электрическая схема параллельно-последо-
вательного включения БИС АЦП КИ07ПВ1:
СС — схема сиихронизап и
помнить, что наращивание числа разрядов устройства пре-
образования неизбежно ведет к его усложнению и сниже-
нию быстродействия. Например, увеличение числа разрядов
АЦП до 10 даже по более эффективной параллельно-после-
довательной схеме включения БИС (рис. 3.25) приводит
к снижению максимальной частоты преобразования до
5 МГц (tc«200 нс).
Рассмотрим работу схемы АЦП па рис. 3.25. Входной
аналоговый сигнал через УВХ поступает па первый АЦП1,
с выхода которого в цифровом эквиваленте получают шесть
старших разрядов преобразования.
Кодовая комбинация поступает па вход ЦАП, число раз-
рядов которого не менее 10—12. Выходной сигнал ЦАП
сравнивается в усилителе разности ОУ с входным аналого-
вым сигналом, а результат сравнения преобразуется АЦП2
для получения четырех младших разрядов кода. Цифровая
информация из шести старших и четырех младших разрядов
кода в дальнейшем объединяется на цифровом сумматоре
или на шине данных МП. Для обеспечения максимального
быстродействия 10-разрядного устройства АЦП в нем ис-
160
пользуются ЦАП и усилитель ОУ, сумма времен установ-
ления которых не превышает 100 нс.
Из сказанного выше следует, что при сопряжении мик-
росхем АЦП с реальными источниками сигналов необходи-
мо использовать буферные усилители (для обеспечения ра-
боты БИС на большую емкостную нагрузку и малое полное
сопротивление), инверторы и чстропства согласования уров-
ней входного напряжения (по южнтельной полярности или
в диапазоне ±1 В). Однако эти меры не всегда достаточ-
ны для минимизации результирующей погрешности преоб-
разования АЦП, а регулировки с помощью UnFr нередко
становятся источником дополните, ьной погрешности, экви-
валентной UJ0 И f>FS-
Эффективное сопряжение БИС АЦП с входными устрой-
ствами и источниками сигналов мох :г быть обеспечено ме-
тодами автоматической коррекции суть которых заключа-
ется в периодической коммутации на вход АЦП нормирую-
щих сигналов UH управления входными характеристиками
преобразователя по ЦОС с помощью цифрового кода,
фиксировании откорректированного параметра по достиже-
нии на выходе АЦП кода: Na=kU„, где k — масштабный
коэффициент; Л\ — значение кода, эквивалентное напряже-
нию UH-
Работа АЦП с разнополярными входыми сигналами тре-
бует организации их автоматического смещения, что дости-
гается подачей на вход БИС UH, эквивалентного пулевому
потенциалу ичи другому оговоренному уровню напря-
жения (для преобразователей во входных трактах прием-
ных устройств, например, это может быть напряжение
UH = U0 — «закрытого» приемника). Значению UH в этом
случае соответствует цифровой код па выходе АЦП 10...00
(середина характеристики преобразования). Управление
смещением входного сигнала осуществляется по контуру сле-
дящей системы, замкнутой на период коррекции (рис. 3.26).
В течение периода коррекции Тк на входы сумматора 2,
выполненного на основе ОУ, поступают напряжения Ux
и Un (или Цн±Цск). Кодовая комбинация с выхода АЦП
дешифруется. Сигнал дешифратора ДШ через коммута-
тор К управляет процессом формирования напряжения сме-
щения Цсм необходимой полярности в элементе аналоговой
памяти АП. Погрешность формирования Uc.,, определяется
динамическими свойствами следящей системы, точностью
1 Способ автоматической коррекции погрешности БИС ЛЦП разра-
ботан инженером Л. Г. Ходаковым.
11-385
161
Mpg? fl
Рнс. 3.26. Функциональная электрическая схема автоматической коррек-
ции для сопряжения БИС АЦП КП07ПВ1 с внешними устройствами
поддержания напряжения в АП, разрешающей способно-
стью АЦП. По завершении процесса корректировки ДШ вы-
рабатывают сигнал па размыкание элементов коммутатора,
а в АП до следующего периода коррекции сохраняется те-
кущее значения (7СМ.
Техническая реализация методов автоматической кор-
рекции ЛЦП сравнительно проста. Схема включения БИС
АЦП К1107ПВ1 в режиме периодической автокоррекции
смещения показана на рнс. 3.27. Она обеспечивает преобра-
зование биполярного сигнала в диапазоне ±UrefI2, т. е.
±1 В с одновременной компенсацией смещения пуля и его
дрейфа в цепях источника входного сигнала, согласующего
ОУ и собственно АЦП.
В соответствии с принципами автокоррекции, изложен-
ными выше, в интервале Гк аналоговый коммутатор АЗ (на-
Рис 3 27. Включение БИС ЛЦП K1107IIB1 в схеме с периодической ав-
токоррекцией смещения нуля
162
пример, КМОП ИС 590КН2) подключает выход старшего
разряда АЦП к цепи заряда (разряда) накопительного
конденсатора С, напряжение которого Uc через согласую-
щий усилитель Л2 (ИС ОУ К574УД1, 140УД8) п сопротив-
ление коррекции RK воздействует на вход усилителя А!
(ИС ОУ К574УД1, 544УД2, 154УД4), чем обеспечивается
смещение UK. Тогда напряжение на входе ЛЦП определя-
ется из соотношения Uirn — — (kiUCK-\-k2Uc), где Б'см—
напряжение смешения нуля; ki — RJRi— коэффициент пе-
редачи по цепи сигнала: /г2=/?2//?к— коэффициент переда-
чи по цепи коррекции.
Процессы заряда пли разряда накопительного конден-
сатора С управляются с выхода старшего разряда ЛЦП
(вывод 45) сигналами логической 1 прн | {7//?д-+ЦСм| >
>UrefI2 пли логического 0 при | tZ/pv+tA-,,| <6Ды/2. Из-
менение логического состояния СР преобразователя осуще-
ствляется подачей цифрового кода ид выводы 44 и 48 БИС.
Таким образом, происходит автоматическая привязка пуле-
вого входного сигнала к средней точке характеристики пре-
образования АЦП. Действительно, если в режиме коррек-
ции Uirn> |UrefI2\. то возникает необходимость уменьше-
ния амплитудного значения входного сигнала АЦП, что
достигается сменой в СР логической 1 на логический О
и подключением конденсатора С к цепи разряда. Подоб-
ная операция позволяет использовать БИС АЦП
КП07ПВ1 в биполярном режиме работы (£АЯ№±1 В).
Коррекция смещения пуля па входе ЛЦП проводится
и в униполярном режиме. Для этого цифровой код с выхо-
да БИС К1107ПВ1 подается на входы дешифратора (на-
пример, ИС К155ЛА2) с инвентировапным выходом
(см. рис. 3.26). Тогда при U/RN^0 на выходе дешифратора
установится логический 0, а при — логическая 1.
В первом случае конденсатор С разряжается, уменьшая ам-
плитуду входного сигнала ЛЦП, во втором подключается
в цепь заряда
Параллельные АЦП К1107ПВ1, обладающие высоким
быстродействием и возможностью расширения выполняе-
мых функций с помощью внешних средств, применяются
в различных приборах, реализующих цифровые методы об-
работки информации в телевидении, а именно: в кадровых
синхронизаторах, преобразователях стандартов, корректо-
рах временных и линейных искажений, блоках видеоэффек-
тов, устройствах ввода-вызода в ЭВМ и др.
Существующие телевизионные приемники в качестве
11*
163
Рис 3.28 Функциональная электрическая схема цифрового корректора
для телевизионного приемника па БИС АЦП К1107ПВ1
преобразователя электрического сигнала в изображение ис-
пользуют кинескоп, обладающий значительной нелинейно-
стью вольт-яркостной характеристики, пропорциональной
значению 1)у>, где U — напряжение видеосигнала, а у — ко-
эффициент, равный 2—3 5 [59].
Для компенсации нелинейности по у применяется цифро-
вой у корректор, функциональная электрическая схема ко-
торого показана па рис. 3.28, а принципиальная электриче-
ская — на рис. 3.29.
Видеосигнал через схему управляемой фиксации (СУФ)
и буферный повторитель (БП) поступает в АЦП, выход ко-
торого соединен с ППЗУ (рис. 3.28). Причем каждое новое
кодовое слово с АЦП является адресом соответствующей
ячейки ППЗУ, в которую предварительно записано откор-
ректированное значение сигнала.
Схема фиксации уровня, через которую поступает видео-
сигнал, выполнена на конденсаторе С1, резисторе R1 и ана-
логовом ключе А4 (ИС 190КТ1). Она управляется слож-
ным синхросигналом, полученным с выхода формирователя
импульсов фиксации (ФЙФ) на D1 и D2 (ИС 155ЛАЗ)
и транзисторе VT1 (2К326Б). С выхода СУФ видеосигнал
подается на БП А1 и ограничитель АЗ (оба на ИС 154УДЗ)
с диодами VD3, VD6 (2Д509А), который «обрезает» отри-
цательную составляющую сигнала в силу специфики рабо-
ты БИС АЦП К1107Г1В1.
Микросхема АЦП защищена от бросков напряжения при
включении и перегрузок по входу ограничителями VD2,
VD4, VD7, VD8 (2Д509А). Уровень Uref АЦП формируется
на А2 (ИС 153УД2) и стабилитроне VD1 (Д818Е). С выхо-
да БИС КИ07ПВ1 6-разрядный код видеосигнала поступа-
ет на входы с 8 по 3 ППЗУ D3 (КР556РТ5). По входам 1,
2, 23 ППЗУ подается код выбора у С выходов ППЗУ по-
лучают откорректированное по у значение цифрового видео-
164
Рис. 3 29 Принципиальная электрическая схема цифрового корректора нелинейности вольт
стики кинескопов
165
Рис 3 30. Аналоге цифровое устройство на БИС АЦП КП07ПВ1 для
преобразования телевизионных сигналов:
ЬУ/—ВУ2 — видеоусилители; УСП — устройство синхронизации преобразования;
/>/>//// —иггпчнпк спорного положительного напряжения: УО — усилитель-огра-
ничитель; ИОН — нс гопник напряжения ограничения; ИОНС — источник опорно,
го напряжения смещения; СУЗ — схема уравнивания задержек
сигнала. Подобные цифровые корректоры на основе БИС
ЛЦП являются составной частью схем управления матрич-
ными плоскими телевизионными экранами [59].
В телевидении сигнал квантуется обычно по 256 уров-
ням. Число уровней квантования, которое может обеспечить
один ЛЦП чипа К1107ПВ1, не превышает 64. Квантование
полного сигнала цветного телевизора по 256 уровням воз-
можно, если в 8-разрядном параллельном аналого-цифро-
вом устройстве (рнс. 3.30) использовать четыре шестираз-
рядпых АЦП. При этом весь динамический диапазон теле-
визионного сигнала разбивается на четыре участка,
в каждом из которых сигнал преобразовывается в цифро-
вую форму одним ЛЦП К1107ПВ1. После этого выходные
коды четырех ЛЦП суммируются в целях формирования
8 разрядного кода. Сразу оговоримся, что данный пример
не следует рассматривать как эффективное решение задачи
создания параллельного 8-разрядного АЦП. Такие ЛЦП вы-
пускаются серийно в виде БИС К1Ю7ПВ2 (fe— 8), сущест-
вуют также быстродействующие преобразователи с bZ>10.
Пример интересен с точки зрения практической реализации
принципа наращивания числа разрядов параллельных ЛЦП
па основе малоразрядных преобразователей. Кроме того,
166
O+tZB
О Янгов
O-fZB
0-720
Рис 3 31. Принципиальная электрическая схема усилителя-ограни'Ш-
тёля
в нем нестандартно решена проблема нормирования вход-
ного сигнала и построения ПОИ .АЦП.
Телевизионный сигнал поступает па вход видеоусилите-
ля ВУ1 (рис. 3.30) и усиливается в 1,5 раза. Затем он про-
ходит через ФНЧ, в котором ограничивается его спектр.
После ФНЧ амплитуда сигнала восстанавливается в ВУ2
до 2 В. С выхода ВУ2 он поступает на параллельные уси-
лители ограничители У О, которые усиливают его до 4 В
и ограничивают с двух сторон до размаха 3 В, смещая в от-
рицательную область. Это необходимо для согласования
уровней входного сигнала с динамическим диапазоном ЛЦП
К1Ю7ПВ1. Напряжение ограничения вырабатывается ис-
точником ИОН.
На рис. 3.31 изображена принципиальная электрическая
схема усилителя-ограничителя УО, объединенного в узле
с положительным ИОН ИОПН и источником отрицательно-
го опорного напряжения смещения ИО II С. Каждый пз У О
содержит дифференциальный каскад А1 на сборке
КР159НТ1В с генератором тока на транзисторе VT2
(КТ368А) и оконечный каскад на VT4 (КТ326Л) с генера-
тором тока на VT3 (КТ368Л). Резисторы RI и R2 опреде-
ляют коэффициент усиления УО. На один из входов диф*
167
ферепцнального каскада подается телевизионный сигнал,
а на другой через RI поступает опорное напряжение от
ИОПН,, собранного на ПС ОУ К140УД5 (А2) и стабили-
троне КС191Ф VD1. Резисторы R3 и R4 обеспечивают сдвиг
напряжения ИОПН в пределах ±0,1 В. Транзистор VT6
(КТ315Г) используется для построения ИОНС.
Уровень напряжения ограничивается диодами VD2
и VD3 (КД512А).
Таким образом, с выходов УО (после операций усиле-
ния, деления, смещения и ограничения) аналоговые телеви-
зионные сигналы, разделенные на четыре поддиапазона, по-
даются на входы соответствующих АЦП К1107ПВ1. Вре-
мена задержки начала выборки у преобразователен вырав-
ниваются с помощью конденсаторов схемы уравнивания
задержек
Цифровые сигналы ТТЛ уровней с выходов АЦП посту-
пают па входы сумматоров ПС серии К500 через преобра-
зователи уровней на ПС К500ПУ124.
При построении параллельного восьмиразрядного АЦП
на БИС К1107ПВ1 в местах стыковки характеристик пре-
образования теряются три уровня квантования, соответст-
вующие трем смежным значениям кода. Но эту потерю
можно считать несущественной, поскольку она происходит
на границах динамического диапазона аналогового сигнала
и компенсируется смешением частных передаточных харак-
теристик АЦП на «ширину» пропущенных уровней. Это про-
исходит либо в процессе аналого-цифрового преобразова-
ния, либо в сумматоре и выходном регистре устройства, по-
строенных специальным образом [60].
Регулировка и контроль параметров АЦП проводятся
с применением стандартных испытательных сигналов теле-
визора: пилообразного и пятиступенчатого. Так, сдвиг на-
пряжения ИОПН в пределах ±1 В путем подбора сопро-
тивления резистора R3 оценивают при размахе пилообраз-
ного испытательного сигнала на входе АЦП 1,2 В (сигнал
на входе ВУ2 2 В). Нелинейные искажения АЦП контро-
лируются при пятиступенчатом напряжении с синусои-
дальной составляющей 4,43 МГц и минимизируются подбо-
ром емкости конденсатора С4 в УО.
Микросхема КИ07ПВ1 применяется в средствах вычис-
лительной техники, для которых актуальны требования
к простоте программного обслуживания, скорости аналого-
цифрового преобразования и ввода информации в макро-
процессорную систему. Для примера на рис. 3.32 показана
168
Фрагмент КПУ
О
см
О
о <
16Э
схема сопряжения БИС К1107ПВ1 с программируемым уни-
версальным контроллером (КПУ) «Электроника МС 2702»
на основе МП серии 1\Р580 [61].
Аналоговый сигнал в диапазоне от —2,048 В до 0 пода-
ется на вход АЦП через повторитель А1 на ИС ОУ
К140УД8. Этот же тип ИС ОУ применен в А2 (ИОН). Бу
ферный регистр АЦП подключен к разъему ХСЗ КПУ, че-
рез который цифровой код поступает иа магистральные уси-
лители (МУ1, МУ2) н порт ввода РЭ адаптера параллель-
ного ввода-вывода па БИС КР580ВВ55.
Цикл преобразования начинается с появлением фронта
сигнала, вырабатываемого ГТИ на БИС КР580ГФ24
(команда Строб занесения информации СЗИ) в начале
каждого из трех машинных циклов. Таким образом при вы-
полнении любой из команд АЦП стробируется трижды. Ио
при выполнении команды ввода результат преобразования
передается па вход КПУ во втором машинном цикле, что
связано с особенностями прохождения цифровой информа-
ции в ЛЦП КИ07ПВ1.
Тип выходного кода ЛЦП меняется путем соединения
выводов 44 н 48 БПС через МУЗ с разрядами РСО и РС1
порта PC, запрограммирусмого на вывод.
Для рассматриваемой схемы время опроса и занесения
цифровой информации в ОЗУ не превышает 10 мкс. Одна-
ко при решении задач многоточечного контроля, когда тре-
буется предварительное формирование массива данных
в ОЗУ, цикл опроса АЦП увеличивается.
В [61] приведена подпрограмма опросов ЛЦП и записи
результатов преобразования в ОЗУ на языке АССЕМБЛЕР.
Схема может применяться в многопроцессорных системах
обработки данных, в которых один ЛЦП обеспечивает ин-
формацией несколько контроллеров.
3.2.2 МИКРОСХЕМА К1107ПВ2
Полупроводниковая БИС 8-разрядпого быстродействую-
щего АЦП считывания типа К1107ПВ2 выполняет преобра-
зования входного напряжения, изменяющегося в диапазоне
от —2 В до 0 в один из видов цифрового кода: двоичного
(прямого или обратного) или дополняющего (прямого или
обратного). Микросхема изготовлена но биполярной техно-
логии и размещена в герметичном 6-выводпо.м металлоке-
рамическом корпусе типа 2136.64-1 с вертикальным двух-
рядным расположением выводов. В качестве дополни-
170
тельного теплоотвода в БИС KJ107ПВ2 применяется
пластинчатый алюминиевый радиатор, укрепляемый со сто-
роны противоположной крышке корпуса [62].
Области применения БИС К1107ПВ2 и ее функциональ-
ная электрическая схема во многом аналогичны БИС
К1107ПВ1; разница состоит в том, что число КН ЛЦП уве-
личено до 256, дешифратор имеет 256 входов и 8 выходов,
число логических элементов и ячеек буферного регистра рас-
считано для 8-разрядного цифрового кода па выходе АЦП.
В БИС К1107ПВ2 имеется возможность управления видом
выходного кода.
Регулировка Ц/о и 6fs производится изменением Urefi
и Urf.fi в пределах ± 1 В, а нелинейность корректируется
путем подключения соответствующего вывода схемы к ис-
точникам Uref\ или Ur>EF2 в зависимости от знака.
Временная диаграмма работы БИС К1107ПВ2 аналогич-
на таковой для БИС К1107ПВ1 (рис. 3.18), т. е. АЦП
КП07ПВ2 является как бы техническим развитием АЦП
КН07ПВ1 в направлении увеличения числа разрядов до 8.
Номинальные значения опорных напряжений и напряже-
ний источников питания устанавливаются так же, как и для
БИС К1107ПВ1. Допуски на их изменения те же.
Нумерация и назначение выводов микросхемы. 11 —
опорное напряжение Urefx', 13, 15, 16, 18, 20—аналоговый
вход; 14, 19 — общий (аналоговая земля); 17 — корректи-
ровка нелинейности; 22— спорное напряжение Ureft', 28,
43— напряжение источника питания UCci‘, 29, 42— обшнй
(цифровая земля); 30 — тактовый сигнал; 32 — цифровой
выход 8 (МР); 33—35 — цифровые выходы 7—5; 36 —
управление выходным кодом (вход 2); .37—39—цифровые
выходы 4—2: 40 — цифровой выход 1 (СР); 41— управле-
ние выходным кодом (вход 1); 47—50— напряжение ис-
точника питания исС2, 1—Ю, 12, 21, 23—27, 31, 44—46, 51—
64 — иезадействованиые выводы
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не менее Не более
Число разрядов Ъ ............ 8 —
Нелинейность бг МР.............. . . —0,5 0,5
Дифференциальная нелинейность iin, МР . . —1 1
Абсолютная погрешность преобразования в ко-
нечной точке шкалы В . . —0,1 0,1
Время преобразования /с, нс............ — 100
Ток потребления от источника напряжения пи-
тания /ссь мА ......... — 35
171
Ток потребления от источника питания /гс2, мА —450 —
Ток потребления от источника опорного напря-
жения /ссЭ, мА ................................... — 35
Напряжение смещения нуля на входе l/J0, В . —0,1 0,1
Входной ток высокого уровня Iiu. мкА ... — 75
Входной ток низкого уровня Iil, мА .... —2 —
Выходное напряжение высокого уровня UOn, В 2,4 —
Выходное напряжение низкого уровня C'ot, В — 0,4
Предельно допустимые
эксплуатации
значения электрических режимов
Напряжение источника питания Ucei, В . . .
Напряжение источника питания С/сс-?. В . , ,
Опорное напряжение 1/негь В...............
Опорное напряжение Urefz, В . . . .
Входное напряжение Ut, В..................
Входное напряжение высокого уровня по вхо-
дам управления TH Uni т.н, В................
Ток нагрузки /ь, мА.......................
Не менее
4,75
—6,18
—0,1
—2,1
—2,1
2,4
Нс более
5,25
—5,82
0 1
— 1.9
0,1
5
2
Предельному электрическому режиму эксплуатации БИС
соответствуют следующие условия: {7сс1^5.3 В; UCc2^
>—6,6 В; 0,2 B>L'i>—0,6 В; 0,2 B>I/ffEFI 2>—2,2 В;
^3 мЛ.
Типовые зависимости электрических параметров ЛЦП
от воздействия различных факторов проиллюстрированы
рис. 3.33, 3.34.
Типовое значение емкости микросхемы по аналоговому
входу 250 пФ, максимальное 300 пФ.
Работой БИС КН07ПВ2 управляют ТП, поступающие
на вывод 30. Выборка аналогового сигнала производится
путем стробирования КП через каждые 10—15 нс после по-
явления фронта Т11. Кодирование начинается по срезу ТИ,
а его результат получают с выхода буферного регистра при
поступлении очередного фронта TH.
Одна из распространенных схем включения БИС АЦП
К1Ю7ПВ2 предполагает использование УВХ иа входе и про-
ведение двух выборок аналогового сигнала: рабочей и вспо-
могательной 1 (рис. 3.35).
Поскольку управление режимами работы КН и буфер-
ного регистра производится фронтом ТП, то в момент стро-
бирования КН возможно возникновение сбоя во вновь об-
разованном кодовом слове за счет влияния процесса пере-
1 Предложено инженерами II П. Ермиловым, В. П. Плисовой
и Л JI Тарасовым.
172
Рис 3 33. Типовые зависимости нелинейности (а), дифференциальной
нелинейности (б), абсолютной погрешности преобразования в конечной
точке шкалы (в), напряжения смешения нуля па входе (г), времени
преобразования (д) БИС АЦП КН07ПВ2 от температуры окружаю-
щей среды
Рис 3 34. Типовые зависимости дифференциальной нелинейности и не-
линейности БИС ЛИП КП07ПВ2 от напряжений положительного (а,
в) п отрицательного (б,г) источников питания
записи цифровой информации из шифратора в буферный
регистр.
При переводе УВХ в режим хранения с появлением
фронта ТП в момент ti на выходах КП запоминается 256-
разрядное цифровое слово, полученное в результате n-й ра-
173
Вспоногателеная Ви на
Хранение
ВиВорка
Рис. 3.35. Временная диаграмма работы БИС ЛЦП К1Ю7ПВ2 в схеме
включен! я с УВХ
бочей выборки. Синхронно в буферный регистр на выходе
шифратора переписывается кодовое слово (п—1)'-й вспо-
могательной выборки. По срезу ТИ в момент t2 происходит
запоминание кода n-й рабочей выборки в промежуточном
регистре и последующее сто преобразование в двоичный
код. С появлением фронта вспомогательного ТИ в момент
tt происходит повторная n'-я вспомогательная выборка
ЛЦП того же входного сигнала. Синхронно с этим происхо-
дит перезапись в буферный регистр кода п-й рабочей вы-
борки. В итоге при следующей, (п+1)-й рабочей выборке
в момент код в буферном регистре, образующийся в ре-
зультате n-и выборки, сменяется аналогичным кодом, по
образующимся в результате n'-й вспомогательной выборки.
Тем самым исключается влияние помехи при перезаписи
в буферный регистр на входные цепи 1\П в моменты каждой
рабочей выборки.
Временные потери рассмотренной схемы включения
БИС АЦП К1Ю7ПВ2 составляют 300—350 нс. Однако прн
этом достигается верхнее значение диапазона входного сиг-
нала на уровне 3,5 МГц.
/Максимальная частота преобразования БИС КИ07ПВ2
пе превышает 20 МГц Номинальные значения нелинейности
п дифференциальной нелинейности на этой частоте соответ-
ственно равны ±0,85 и ±1 МР. Микросхема сопрягаема
с ЦИС, у которых Ц/н=2,4 В и Цл=0,4 В. Вид цифрового
кода изменяется подачей логических сигналов на входы 41
и 36 БИС в соответствии с табл. 3.5. Это возможно и с по-
мощью постоянных уровней напряжения, когда подключе-
ние источника и,сл к выводам 36 и 41 БИС эквивалентно
подаче логической 1, а их соединение с общей шиной — по-
даче логического 0.
174
Таблица 3.5 Таблица состояний БИС К1Ю7ПВ2
Тип выходного кода Номер вывода
4! 36 32 33 34 35 >7 3S ЗУ 40
Входное напряже- ние Выходное напряжение
Прямой ДВО- ИЧНЫЙ U in Vqh Vqh Vqii Vqh Ucn Von OH Von
Обратный двоичный V,L VlL Vol Vol Vol Vql UOL Vol Vol Vql
Прямой с до- полнением до двух UIH V n. Vol Vql Vol Vol Vol Vol Vol Von
Обратный с дополнением до двух V1L U ih Vqh Von Vuh Von Von V<jh Von Vol
К выводам 28, 43, 47—5G АЦП рекомендуется подклю-
чать конденсаторы емкостью 10 и 0,1 ли Ф, а к выводам It
и 22—конденсаторы емкостью 10 мкФ. Порядок подачи
напряжений на выводы микросхемы устанавливается так
же, как и для БИС К1107ПВ1.
Допускается соединение незадействованпых выводов
с землей, однако шипы аналоговой и цифровой земли на
печатной плате должны быть разъединены и соединяются
только в одной точке — па зажиме источника питания.
При эксплуатации и измерении параметров БИС в ка-
честве эквивалента нагрузки на один из ее выходов могут
подключаться элементы по схеме на рис. 3.36, где VD1—
VD4 — дподы 2Д522Б (допус-
кается применение диодов дру-
гих типов, обладающих анало-
гичными электрическими пара-
метрами).
Микросхемы параллельных
ЛЦП серии КН07, как уже
Рис. 3.36 Принципиальная электри-
ческая схема эквивалента нагрузки по
одному их выводов БИС АЦП
КН07ПВ2
175
Рис. 3.37 Функциональная электрическая схема цифрового трансвер-
сальною фильтра на БИС АЦП К1Ю7ПВ2 или АЦП К1Ю7ПВ1
отмечено, находят широкое применение в видеотехнике те-
левидении, радиолокации и др. Рассмотрим некоторые при-
меры
Эффективность функционирования цветных и спектрозо-
нальных телевизионных систем в изменяющихся условиях
передачи неразрывно связана с внедрением адаптивных те-
лекамер, управляемых от микроЭВМ. Их неотъемлемой час-
тью являются МП подсистемы для оценки параметров ви-
деосигналов в процессе спектральной адаптации и органи-
зации связи с ЭВМ в реальном времени В связи с этим БИС
ЛЦП становятся важнейшим элементом МП подсистем.
В [63] описана принципиальная схема цифрового трансвер-
сального фильтра, входящего в состав структуры спектраль-
но-адаптивной телекамеры (рис. 3.37).
Па входы 8-разрядной БИС АЦП К1107ПВ2 подается
аналоговый видеосигнал UiKX, преобразуемый в цифровой
код. Содержимое каждого из восьми разрядов кода АЦП
за один такт передается на соответствующие восемь входов
сумматоров U17 в D18 (ИС К500ИП180Т, K155IIM3) и во-
семь цифровых линий задержки на регистрах сдвига D1—
(7й(ИС К500ИР141, K155IIP1). Время задержки цифровой
информации регулируется подачей от МП двоичных сигна
лов по линиям I и II на входы управления мультиплексоров
D9—D16 (К500ИД164, К155КП5, К155КП2, К530КПЗ,
К531КП2). Задержка цифрового видеосигнала осуществля-
ется на 1—3 или 4 такта [т.и На выходах сумматоров, та-
176
ким образом, получается 8-разрядный код разности прямо-
го и задержанного цифрового видеосигналов, эквивалент-
ный перепаду аналогового видеосигнала. Обработка
информации о перепадах производится в МП с помощью
специальных программ.
В [64] предлагается использовать БИС ЛЦП К!107ПВ2
для построения 10-разрядчого параллельно-последователь-
ного АЦП в устройстве восстановления формы сигналов при
быстро протекающих физических процессах. Совместно
с БИС К1107ПВ2 применяются быстродействующие ПС КН
К597СА1. ЦИС КБ00ЛМ101 и другие элементы.
Рассмотрим функционирование 10-разрядпого АЦП
с комбинированной структурой конвейерного типа, макси-
мальная частота преобразования которого достигает
20 МГц, шаг квантования не превышает 2 мВ в диапазоне
входных напряжений ±1 В.
Микросхемы К1107ПВ2, равно как н АЦП К1107ПВ1,
обладают сравнительно большой входной емкостью (более
100 мФ). Это затрудняет их применение в измерительных
устройствах без входного буферного усилителя, обеспечи-
вающего развязку между источником сигнала и емкостной
нагрузкой. Буферные усилители требуемого класса в интег-
ральном исполнении серийно не выпускаются. Поэтому раз-
работчики аппаратуры используют для их построения дис-
кретные элементы или гибридно-модульные ПС. Принципи-
альная электрическая схема одного из таких буферных уси-
лителен, входящего в состав модулей КАМАК, показана па
рис. 3.38 [65]
Основу схемы составляет дифференциальный каскад на
транзисторах VT1 и VT2 с активной нагрузкой типа «токо-
вое зеркало» на транзисторах VT3 и VT4 в сборке
КТС3103Л. Выходной каскад усилителя выполнен в виде
эмиттерпого повторителя на транзисторе VT7, согласован-
ного с входным дифференциальным каскадом с помощью
VT5 и VT6. Делитель напряжения иа R1—R3 и токозадаю-
щнй резистор R4 используются для подстройки пуля ха-
рактеристики преобразования АЦП, а резистор R5 и кон-
денсатор С1 позволяют устранить самовозбуждение усили-
теля и обеспечивают необходимую форму АЧХ.
Рассмотренный буферный усилитель обладает статиче-
ской нелинейностью функции передачи 0,2 % при номиналь-
ном значении коэффициента передачи 0,4 и способен рабо-
тать на емкость нагрузки 150—300 пФ в полосе пропуска-
ния 20—50 МГц [65].
12—385
177
3.2.3. МИКРОСХЕМА К1107ПВЗ
Микросхема К1107ПВЗ (А, Б) представляет собой 6-раз-
рядный АЦП, выполненный по стандартной схеме преобра-
зоватсля считывания [66]. В процессе работы ей не требу-
ется внешняя НС УВХ, поскольку применение в цифровой
части схемы ЭСЛ структур позволяет производить выбор-
ку аналогового сигнала с частотой fc, равной 100 МГц (груп-
па А) и 50 МГц (группа Б).
Выходные логические уровни обеспечивают непосредст-
венное сопряжение БИС с ЦИС серий К500, К100, К1800
и пх бескорпусных аналогов.
Микросхема К1107ПВЗ размещена в герметичном ме-
таллокерамическом корпусе типа 201.16-13 с вертикальным
двухсторонним расположением выводов.
178
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1 — об-
щий (аналоговая земля); 2— опорное напряжение URt.F\',
3 — аналоговый вход; 4 — опорное напряжение UREF2‘, 5 —
напряжение контроля гистерезиса l/ц', 6 — вход тактовых
импульсов; 7—напряжение источника питания Ucc\\ 8 —
напряжение источника питания UCc2', 9 — цифровой выход
6 (МР); 10—13 — цифровые выходы 5—2; 14 — цифровой
выход 1 (СР); 15 — цифровой выход 7 (РГ1); 16 — общий
(цифровая земля).
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не менее Не более
Число разрядов b . . ........ 6 —
Максимальная частота преобразования (с, МГц;
КИ07ПВЗЛ.................................. 100 —
КН07ПВЗБ............................... 50 —
Входной ток fi, мА:
КН07ПВЗА .......................... — 0,5
К1107ПВЗБ................................... — 0,8
Диапазон входного напряжения UIltn, В . . —2 5 2,5
Нелинейность бь, МР . ................ —0,25 0,25
Время преобразования tc, нс.................. — 20
Ток потребления от источника напряжения пи-
тания bn, мА......................... .... — 60
Ток потребления от источника напряжения пи-
тания 1сс2. мА............................—80 —
Ток потребления от источника напряжения
lea. мА ......... — 60
Ток потребления от источника опорного напря-
жения /Сс4, мА................................—6) —
Выходное напряжение высокого уровня Uoir, В —1,1 —0 7
Выходное напряжение низкого уровня Uol В —2 —1,5
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Не более
Диапазон входного напряжения l/упн, В . . —2,6 2,6
Напряжение контроля гистерезиса Un, В . . 0 3
Номинальные значения напряжений источников пита-
ния: Ucci—5 В±5 %; Ucc2=—5,2 В±5%; Urefi=2,5 В;
Urf.f2=—2,5 В.
В предельном режиме эксплуатации напряжения Ucci,
UCc2 не должны выходить из диапазона ±6 В, входное
и опорное напряжения не должны превышать ±3 В.
Типовые изменения основных электрических параметров
БИС КП07ПВЗ под воздействием внешних факторов пред-
ставлены в виде зависимостей иа рис. 3.39.
Функциональная схема БИС содержит 64 прецизионных
12*
179
Рис. 3.39. Типовые зависимости нелинейности (а). Дифференциальной не-
линейности (б) абсолютных погрешностей преобразования в конечных
точках шкалы (в, г) ВИС АЦП КН07ПВЗ от температуры
делителя, 64 тактируемых КН и регистр с тем же количест-
вом триггеров для записи и хранения информации, дешиф-
ратор с 64 входами и 6 выходами, 6-разрядный буферный
регистр. В АЦП ие предусмотрена возможность управления
типом выходного кода.
В течение длительности низкого уровня TH па выводе 6
в АЦП происходит выборка входного напряжения. По по-
ложительному фронту ТИ КН стробируется с временной за-
держкой 2—3 нс. Схема переходит в режим хранения с од-
новременным считыванием цифровой информации в тригге-
ры регистра и последующей се обработкой с дешифраторе.
Через некоторое время задержки цифровая информация по-
ступает на выходы АЦП Поскольку в схеме отсутствует
выходной регистр хранения, то время, в течение которого
цифровая информация не определена, соответствует дли-
тельности ТИ низкого уровня, задержанного на время пре-
образования tc-
Минимальное время выборки аналогового сигнала со-
ставляет 5 (группа А) и 10 нс (группа Б).
Типовая схема включения ПС ЛЦП КПО7ПВЗ приведе-
на на рис 3.40. Компенсация 6fs производится регулиров-
кой Urf.fi и URef2. Вывод 5 микросхемы используется для
управления гистерезисом КН АЦП при подаче внешнего по-
стоянного напряжения UH 0 до 2 В. Тем самым появляется
возможность влияния на чувствительность и помехоустой-
чивость преобразователя при работе на высоких частотах
Однако в большинстве случаев БИС К1Ю7ПВЗ применяют-
ся без подключения внешнего источника Un При этом меж-
180
Рис. 3 40 Типовая схема включения БИС ЛЦП К1107ПВЗ
ду выводом 5 и общей шиной включается конденсатор ем-
костью 0,1 мкФ.
Цифровые выходы АЦП подсоединены к источнику на-
пряжения 2 В через резисторы R1—R7 сопротивлением
100 Ом.
Выводы БИС 2, 4, 5,7 и 8 подключаются к общей шине
через конденсаторы С1—С5 емкостью 0,1 мкФ.
При конструировании узлов и блоков РЭА с применени-
ем БИС ЛЦП К1107ПВЗ необходимо предусматривать раз-
деление на печатных платах шин цифровой и аналоговой
земли, соединять их следует только в одной точке— на за-
жиме источника питания.
Допустимое количество подключаемых на каждый из
выходов АЦП ЦИС серий К100, К500 нс превышает пяти.
/Микросхема эксплуатируется совместно с входными бу-
ферными СУ (А1—А4), к которым предъявляются следую-
щие требования: полоса пропускания единичного усиления
50 МГц, скорость нарастания выходного напряжения
800 В/мкс при нагрузке С = 35 пФ и /? = 10 кОм, выходное
сопротивление по более 50 Ом.
В микросхеме предусмотрен цифровой выход 7 (вы-
вод /5) разряда переполнения, который позволяет увели-
чить число разрядов параллельного АЦП без разрыва ха-
рактеристики преобразования путем подключения пеобхо-
181
Рис. 3 41. Схема построения /-разрядного параллельного АЦП на осно-
ве двух БИС ЛЦП К1107Г1ВЗ
димого количества БИС KI 107IIB3 (рис. 3.41 и 3 42) Как
только аналоговый сигнал иа входе ЛЦП превысит установ-
ленное значение Ui.ik (Urefi), на выходе 15 появится логи-
ческая 1, а в остальных информационных разрядах устано-
вится логический 0.
Сигнал иа выходной разряд переполнения поступает от
64-го КН.
Оценку верхнего значения частоты входного аналогового
сигнала fx следует проводить но его максимальной скоро-
сти нарастания v (v/^100 Б/мкс), используя соотношения
/а=2-*Ц,ЛЛ,М и f.r«l/2<»+‘Wa.
Области применения БИС АЦП К1107Г1ВЗ идентичны
областям применения БИС АЦП К1107ПВ1 и КП07ПВ2.
Наличие в БИС АЦП разряда переполнения позволяет
создавать на ее основе 8-разрядные АЦП с частотой преоб-
разования до 75—100 МГц, широко используемые в циф-
182
Рис. 3.42 Схема построения 8-разрядпого параллельного АЦП на осно
ве четырех БИС ЩИ К.1107ПВЗ (DI— D3 — ЦИС типа К500ЛМ105М Т)
ровой осциллографии. В этих целях согласно рис. 3.42 од-
новременно включаются четыре БИС К.1107ПВЗ.
При таком включении особое внимание уделяется спе-
циальному подбору применяемых 6-разрядных АЦП с точки
зрения идентичности электрических параметров. Без это-
го подбора создание 8-разрядного параллельного АЦП, ко-
торый обладал бы статическими и динамическими характе-
ристиками, не худшими, чем у исходного 6-разрядного пре-
образователя, практически невозможно.
Каждая БИС ЛЦП обладает индивидуальной задержкой
отсчета. Это вынуждает выбирать четверку преобразовате-
лей таким образом, чтобы выполнялось условие взаимной
компенсации разбросов по указанному параметру.
В целях улучшения динамических параметров 8-разряд-
пого АЦП эффективным представляется использование ГИС
183
УВХ. Однако п здесь возникают свои проблемы, связанные
с увеличением числа внешних элементов, количества необ-
ходимых источников питающих напряжений, массогабарит-
пых показателен и т. п. Ни отечественные, ни зарубежные
полупроводниковые ИС УВХ не обеспечивают пока требуе-
мого уровня электрических параметров, необходимого для
эффективной работы с БИС параллельных АЦП. Прежде
всего это касается времени выборки, погрешности коэффи-
циента передачи, полосы частот н скорости нарастания
входного аналогового сигнала. Современные отечественные
ИС УВХ серии KR1100 обеспечивают время выборки на
уровне 0,5—5 мкс с точностью нс менее 0,1 %.
Для более устойчивой работы четверки ЛЦП вблизи пре-
дельных частот преобразования рекомендуется использо-
вать индивидуальные ИОН, схемы регулировки гистерези-
са, а также выходные буферные регистры (например, ИС
К500ИР141, 100ИР141 серии К1500), в которые цифровой
код считывался бы с выходом преобразователя с появлени-
ем фронта ТИ.
Тщательная компоновка ЛЦП К1107ПВЗ на печатных
платах при их последовательном счетверенном включении
позволяет создавать модульные 8-разрядпые параллельные
АЦП [67] с частотами преобразования до 40 и 75 МГц,
апертурным временем 300 нс и 1 ис, нелинейностью ±1 МР,
числом каналов до 2, диапазоном входного напряжения до
±0,5 В. Напряжения гистерезиса (для обеспечения ста-
бильности работы ЛЦП на частотах свыше 20 МГц) и диа-
пазоны входного сигнала устанавливаются индивидуально
для каждой из четырех 6-разрядных БИС КП07ПВЗ. В це-
лях уменьшения апертурного времени неопределенности
в модульном 8-разрядном преобразователе предусмотрена
компенсация разброса времени задержек отсчета компонен-
тов АЦП путем индивидуальной регулировки задержек так-
товых сигналов.
В схеме АЦП введено управление выходным цифровым
кодом по фронт)' тактового импульса, что несколько увели-
чивает время .хранения кода в буферном регистре.
Микросхема К1Ю7ПВЗ может использоваться в качест-
ве базового элемента для построения многоканальных ана-
лого-цифровых устройств регистрации сигналов н сопряже-
ния с микроЭВМ Одно из таких устройств описано в [68].
Оно имеет два 6-разрядпых капала, буферная память кото-
рых позволяет вводить (с циклом записи 10 нс) и хранись
128 7-разрядиых слов. Попеременное стробирование кана-
184
лов позволяет достичь частоты дискретизации сигналов до
200 МГц. В устройстве имеется возможность организации
седьмого разряда.
Отсутствие в АЦП К1107ПВЗ выходного буферного ре-
гистра для фиксирования цифровой информации предлага-
ется компенсировать подключением внешнего регистра на
ИС К500ТМ131 (два О-тряггсра) или па ИС К500ТМ133М
(четыре /9-триггера с защелкой). Запоминание информации
происходит по фронту тактового импульса. Плавное пере-
мещение положения фронта во времени на ±5 нс позволяет
компенсировать разброс tc в каждом канале устройства.
Время фиксации цифровой информации в буферном регист-
ре в течение 2Т (где Т — период следования тактовых им-
пульсов) гарантирует Надежную ее запись при Д<100 МГц.
В рассматриваемом устройстве интересно решена задача
наращивания числа разрядов канала АЦП путем объедине-
ния в «Монтажное ИЛИ» шести информационных выходов
буферной памяти двух преобразователей одновременно. Эю
позволяет избежать необходимости в тактировании каждо-
го АЦП и компенсации временного рассогласования.
Буферная память в каналах организуется на ИС
К500РУ148, К1500РУ415.
Устройство на БИС ЛЦП КП07ПВЗ, функциональная
электрическая схема которого приведена в [68], позволяет
производить регистрацию 128 7-разрядных слов по каждо-
му каналу, 256 7-разрядных по одному каналу и обеспечи-
вает непосредственный вывод информации слов на магист-
раль вычислительной системы на базе МП комплекта серии
К580.
3.1.4. МИКРОСХЕМА К1107ПВ4
Микросхема К1107ПВ4 — это БИС быстродействующе-
го 8-разрядного АЦП считывания, которая предназначена
для преобразования входного напряжения в диапазоне
ф2,5 В в параллельный двоичный прямой код с ЭСЛ уров-
нями.
Преобразователь выполнен в герметичном металлокера-
мическом корпусе типа 2136.64-1 с вертикальным двухсто-
ронним расположением выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—3 —
опорное напряжение Uref>; 4 — общий (цифровая земля);
10 — цифровой выход 9, разряд переполнения; 12, 13, 15, 16,
18, 19, 21, 22 — цифровые выходы с 1 (СР) по 8 (МР); 31 —
1«5
вывод корректировки нелинейности 0,75t7R£^; 32 — напря-
жение источника питания иСсГ, 34 — напряжение источника
питания ИСсг', 37 — вывод корректировки нелинейности
0,25 UReF; 47 — вход тактового сигнала; 52—54 — опорное
напряжение Ukefz; 60—аналоговый вход; 61— вывод на-
пряжения контроля гистерезиса Un\ 62 — вывод корректи-
ровки нелинейности 0,5 ГДее', 64— общий (аналоговая зем-
ля); 5—9, 11, 14, 17, 20, 23—30, 35, 36, 38—46, 48—51, 55—
59, 63 — незадействовапные выводы.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25+10 °C
Не менее Не боюс
Число разрядов b............................ 8 —
Частота преобразования fc, МГц............ — 100
Диапазон входного напряжения Uien, В . . 2,5 2,5
Ток потребления от источника питания /СС|, мА — 300
Ток потребления от источника питания 1ссг, мА — 350
Выходное напряженке высокого уровня Оон, В —1,1 —0,7
Выходное напряжение низкого уровня Uoi, В —2 0 —1,5
Нелинейность бе, МР....................... —1 1
Время преобразования fc, нс................ — 30
Предельные значения электрических режимов эксплуатации
Не менее Не более
Напряжение источника питания (7С ь В . , , — 6
Напряжение источника питания Uc^, В . . . —6 —
Входное напряжение Uj, В . . . . —3
Напряжение контроля гистерезиса Un, В . , 0 3
Опорные напряжения Urefi, Urefz, В . . . —3 3
В БИС К1107ПВ4 использована типовая для класса пре-
образователей считывания функциональная электрическая
схема. Поскольку в пей отсутствует выходной регистр, то
часть периода тактирования проходит при неопределенной
цифровой информации на выходе. Во время выборки запи-
сывается новая информация, а предыдущая не сохраняется.
Период, в тс юние которого па цифровых выходах код не
определен, равен длительности периода выборки в сдвинут
во времени относительно его начала [69].
Микросхема КП07ПВ4 обеспечивает нормы на основ-
ные электрические параметры прн подаче напряжений пи-
тания Цсс|=5 В±5 %; UCct=—5,2 В±5 % и опорных на-
пряжениях {7дее! = 2,5 В; UttEFi — —2,5 В.
Общее сопротивление прецизионного делите тя состав чи-
ст 400—600 Ом.
Для управления гистерезисом КН в АЦП предусмотрен
вывод 61, на который допускается подача напряжения 0<
186
<U<2 В. Это рекомендуется для повышения стабильно-
сти работы БИС на частотах свыше 20 МГц. Возможен ре-
жим применения преобразователя и без подачи UH Тогда
вывод 61 остается свободным.
Цифровые выходы АЦП подключаются к внешнему ис-
точнику напряжения —2 В через резисторы сопротивлени-
ем 100 Ом.
Компенсация производится регулировкой Urefi
Н UreF2-
Микросхема допускает коррекцию нелинейности путем
регулировки промежуточных опорных напряжений (выводы
31, 37, 62).
Максимального быстродействия БИС АЦП можно до-
биться, согласовав ее выводы с линейным трактом и выпол-
нив соединительные дорожки на печатной плате в виде мик-
рополосковых линий.
При установке БИС АЦП КП07ПВ4 на печатную плату
рекомендуется разделить шины аналоговой и цифровой
земли, объединив их лишь в одной точке на зажиме источ-
ника питающего напряжения. Кроме того, между выводами
микросхемы 1—3, 32, 52—54 и 64 (шина аналоговой зем-
ли), а также 34, 61 и 4 (шина цифровой земли) необходи-
мо подключать конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.
Микросхемы К1Ю7ПВ4 оттичаются стабильностью па-
раметров 1СС\, 1сс2, Ион при изменении напряжений источни-
ков питания в диапазонах 4,8 B^t/cci^5,3 В и —5,5
4,8 В.
Зависимость входного тока АЦП от входного напряже-
ния имеет линейный характер: при изменении Ur в диапа-
зоне ±2,5 В ток меняется от 0 до 700 мкА.
3.2.5. МИКРОСХЕМА КР1107ПВ5
Микросхема КРН07ПВ5 быстродействующего парал-
лельного 6-разрядного АЦП с дополнительным разрядом
переполнения сопрягается по выходу с ЭСЛ ЦИС и выпол-
нена в герметичном пластмассовом корпусе 239.24-2 с двух-
сторонним вертикальным расположением выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1 — об-
щий (аналоговая земля); 2 — опорное напряжение UREPi;
4 — аналоговый вход; 5 — опорное напряжение URef2, 6 —
напряжение контроля гистерезиса UH', 8 — вход тактовых
импульсов, // — напряжение источника питания Ucci; 12 —
напряжение источника питания /7сс2; 13 — цифровой вы-
IB?
ход 1 (МР); 16—19 — цифровые выходы 2—5\ 20 — цифро-
вой выход 6 (СР); 21 — выход разряда переполнения; 24 —
общий (цифровая земля), 3, 7, 9, 10, 14, 15, 22, 23 — неза-
действоваипые выводы.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не мопсе Ис боасс
Число разрядов b . . ........
Частота преобразования fc, МГц:
группа А . . ................ ЮО —
группа Б........................................ 50 —
Диапазон входного напряжении Ощ\. В . . —2 2
Входной ток по аналоговом) входу It. мА — 0,5
Ток потребления от источника питания 1СС\, мА — 90
Ток потребления от источника питания /Сс2- мА —85 —
Ток потребления от источника опорного напря-
жения Ir.Ei- , мА - . ......... • — 60
Ток потребления от источника опорного напря-
жения luF.fi, мА............................... —60 —
Выходное напряжение высокого уровня (Уои.В —1,1 —
Выходное напряжение низкого уровня UOt., В — —1,5
Нелинейность МР.............................. —1/4 1/4
Время преобразования tc. нс................ — 20
Максимальная частота входного сигнала А МГц 25 —
Рекомендуемая электрическая схема 1 включения БИС
КР1107ПВ5 показана на рис. 3,43.
В течение длительности низкого уровня ТИ в АЦП про-
изводится выборка аналогового напряжения, а с поступле-
нием положительного фронта стробируются КН с задерж-
кой 2—3 пс. В течение длительности высокого уровня ТИ
происходит хранение цифровой информации. Ее синхронное
считывание обеспечивается ТИ, задержанными на tc =
—20 нс
Из-за отсутствия выходного регистра цифровой код АЦП
может находиться в неопределенном состоянии в течение
времени, равном длительности режима выборки. Причем
время выборки изменяется в зависимости от амплитуды
входного напряжения.
В этом режиме БИС КР1107ПВ5 может работать не-
стабильно н переходить в генерацию из-за возникновения
паразитной положительной ОС в цепях компарнроваиия
и дешифрации. Схема включения БИС иа рис. 3.-13 позво-
ляет избавиться от этого нежелательного эффекта за счет
блокировки выходных цепей АЦП в режиме выборки. Сиг-
1 Схема разработана инженерами Н. К Ваулиным, А. С. Мельнико
вым. Н. П Ермиловым, Л. Л. Тарасовым и др.
188
Рис 3 43. Принципиальная электрическая схема включения БИС АЦП
КР1107ПВ5
нал логическая 1 с выходов элементов ПЛИ DI, D2
(К500ЛМ101) запирает транзисторные повторители на вы-
ходе АЦП, тем самым разрывая цепь ОС. Цифровые ИС
D3, D4 (К500ЛМ101) используются для стабилизации вы-
ходного кода в моменты перегрузки АЦП по входу, что осо-
бенно важно при последовательном включении двух и бо-
лее БИС. Опыт включения АЦП КРИ07ПВ5 может быть
распространен также на БИС К1107ПВЗ и К1107ПВ4.
Вывод 6 используется для управления гистерезисом КН
подачей постоянного напряжения В, что наиболее
эффективно при работе БИС в области высоких частот. Ес-
ли эта операция не требуется, то вывод 6 остается иезадей-
ствованпым или подключается к обшей шине через конден-
сатор емкостью 0,1 йкФ.
Компенсация абсолютной погрешности преобразования
189
в конечной точке шкалы производится регулировкой Urefi
И 'J REF2-
Цифровой выход разряда переполнения БИС (вывод 21)
используется при соединении БИС для наращивания числа
разрядов АЦП (по аналогии с рис. 3.41) Если выполняет-
ся условие Б’/>(7л£г, то па выходе разряда 7 (переполне-
ния) устанавливается сигнал логическая 1 а на всех ос-
тальных цифровых выходах — логический 0.
Проверку динамических параметров ЛЦП КРП07ПВ5
допускается проводить пу гем подачи на его тактовый вход
(вывод 8) иослсдоватетыюсти из трех и более ТП. Мини-
мальное время преобразования АЦП для отдельных образ-
цов БИС может составлять 8 нс.
Микросхема функционирует при напряжениях питания
[/„,=5 В±5 %, йСС2 =—5 В±5 % и опорном напряжении
Urefi (Uref?) = ±2 В в диапазоне рабочих температур от
— 10 до 70 СС.
При включении микросхемы КР1107ПВ5 в состав бто-
ков аппаратуры следует пользоваться рекомендациями, из-
ложенными для БПС КН07ПВЗ. Поскольку назначение вы-
водов у этих БИС АЦП идентично, то остается лишь учи-
тывать различия в их нумерации.
Питающие напряжения подаются на АЦП КР1Ю7ПВ5
таким образом, чтобы источник UREf2 включался послед-
ним, а выключался первым.
3.2.6. МИКРОСХЕМА КМ1126ПВ1
БПС двухканального АЦП считывания КМ1126ПВ1
предназначена для работы с датчиком в измерительных
приборах, устройствах автомобильной электроники, теле-
метрии и др. Конструктивно БПС выполнена в герметичном
керамическом корпусе тина 2103 16-3 с двухрядным верти-
кальным расположением выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы. 1 — опор-
ное напряжение UREf\ 2 — аналоговый вход 1 3 — такто-
вый сигнал fa; 4— тактовый сигнал ft; 5, 12 — напряжение
источника питания Цсс; 6 — аналоговый вход 2; 7 — вход
сопряжения; 8, 9 — незадействованныс выводы' 10, 11, 13 —
общий; 14 — цифровой выход/; 15— цифровой выход 2
(инверсный); 16 - цифровой выход
Нормы на электрические параметры АЦП КМ1126ПВ1
сохраняются при Цсс=5 В±10 %, Uref—5 В±2 % и диа-
пазоне рабочих температур от —-15 до 85 °C.
190
Рис. 3 44. Структурная схема БИС ЛЦП КМИ26ПВ1 (а) н временная
диаграмма работы (б):
Рг—регистр; ВК— выходной каскад: БС — блок синхронизации; — цифровой
код на выходе канала температуры охлаждающей жидкости; Ля — выходной
код на выходе канала уровня топлива при U/ **7С/;макс/8.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25^10 °C
Нс менее Н(1 6олее
Число разрядов b .... , ...... 8 _
Число каналов п ........ ’ * * * 2 _
Выходное напряжение низкого уровня u'ol, В — 0,3
Выходное напряжение высокого уровня Uou, В 2,3 —
Входное аналоговое напряжение Unix, В . . 2,6 4,5
Ток утечки на выходе Iolk, мА............... — 2
Выходной ток низкого уровня 1ос, мА . . . — 1,6
Ток потребления от источника питания [сс, мА — 40
Ток потребления от ИОН 1Пег, мА .... — 20
Структурная схема АЦП КМ1126ПВ1 н временная диа-
грамма ее работы показаны на рис. 3.44.
Работой АЦП управляют две последовательности ТИ,
следующие с частотами ft<50 кГц и f2=^f}/35. При высоком
уровне ТИ /2 производится стробирование К.Н и запись ин-
формации в регистр сдвига Рг. При поступлении низкого
191
Рис. 3.45. Принципиальная электрическая схема включения БИС АЦП
КМ1126ПВ1 в электронном щитке индикации автомобиля:
ЯР —датчик уровня топлива; RK — датчик температуры охлаждающей жидко-
сти; fi^50 кГц.
уровня ТП /'2 1\П переводится в режим сравнения, а регистр
сдвига — в режим вывода информации. Прямой и инверс-
ные коды на выходе АЦП считываются последовательно
с частотой ft. Напряжение, приложенное к выводам БИС,
не должно превышать 8 В.
Отличительной особенностью БИС АЦП К1126ПВ1 яв-
ляется различие в представлении функций преобразования
каналов, каждый из которых специально ориентируется на
работу с датчиком, обладающим индивидуальной характе-
ристикой. Строго говоря, функции преобразования АЦП
в каналах могут быть и нелинейными.
В выходном каскаде БИС используются логические вен-
тили с открытым коллектором.
С выхода ,3 АЦП (вывод 16) снимается информация
о превышении амплитудой аналогового сигнала по входу 1
(вывод 2) установленного значения.
Вывод 7 предназначен для последовательного соедине-
ния двух п более микросхем в целях увеличения числа ка-
налов (но не разрядов) преобразования Для этого прямой
или инверсные выходы (выводы 14 и 15) одной БИС под-
ключаются ко входу сопряжения другой (вывод 7). В двух-
капалыюм варианте работы вывод 7 БИС соединяется с об-
щим выводом (10, 11,13).
192
Па рис. 3.45 представлена схема включения ПС ЛЦП
КМ1126ПВ1 в электронном щитке индикации автомобиля
ВАЗ-21083. На выводы 2 и 6 БИС поступает информация
с датчиков о температуре охлаждающей жидкости и уров-
не топлива.
Сигнал на выходе 3 (вывод 16) появляется в случае, ес-
ли температура охлаждающей жидкости превысит 110 °C.
В зависимости от значений аналоговых напряжений па вхо-
дах каналов ЛЦП вырабатывает цифровые сигналы управ-
ления индикацией на табло электронного щитка приборов
автомобиля.
3 3. ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАВЕРШЕННЫЕ АЦП,
СОПРЯГАЕМЫЕ С МИКРОПРОЦЕССОРАМИ
К функционально завершенным относятся ЛЦП, способ-
ные работать в автономном режиме, т. е не требующие до-
полнительных внешних устройств, кроме источников питаю-
щих напряжений и ограниченного числа дискретных элемен-
тов, выполняющих вспомогательные функции коррекции,
согласования уровней, защиты от воздействия перепадов на-
пряжения и др.
Современные требования, предъявляемые к функцио-
нально завершенным микроэлектронным АЦП, таковы, что
одна полупроводниковая БИС должна содержать не только
минимальный набор элементов, необходимый для реализа-
ции того или иного принципа преобразования, но и ряд пе-
риферийных элементов, к которым относятся НОИ, ГТИ,
буферный регистр с тремя логическими состояниями (0. I,
высокий импеданс) и цифровые схемы управления от МП.
Возможность непосредственного сопряжения с МП стала
важнейшим требованием, предъявляемым к функциональ-
но завершенным БИС преобразователей.
Безусловно, говорить о функциональном составе рас-
сматриваемой iруппы ЛЦП как об окончательно сформи-
рованном преждевременно. Развитие РЭА выдвигает новые
требования по его полноте, а достижения микроэлектрони-
ки открывают новые возможности по реализации этих тре-
бовании в объеме БИС. Перспективным, например, явля-
ется размещение в кристалле БИС АЦП устройства выбор-
ки и хранения, что значительно расширит области
применения преобразователей.
Усложнение функциональной структуры БИС \ЦП в ко-
нечном счете приведет к созданию автономных полупровод-
13—385
193
нпковых систем сбора и обработки данных, реализуемых
пока в виде микромодуяеп или печатных плат.
Современные возможности микроэлектроники, реализо-
ванные в группе функционально завершенных АЦП, рас-
сматриваются па примерах БИС серин KI108 и КН 13.
3.3.1. МИКРОСХЕМА К1108ПВ1
Микросхема 10-разрядного быстродействующего функ-
ционально законченного АЦП последовательного прибли-
жения КН08ПВ1 (А, Б) предназначена для преобразова-
ния аналогового сигнала в двоичный параллельный цифро-
вой код [70].
В состав функциональной схемы преобразователя вхо-
дят ИОН, ГТИ, выходной регистр с тремя логическими со-
стояниями и функцией храпения информации в течение од-
ного цикла преобразования ВРг РПП, ЦАП, многовходовый
Рис. 3.46. Функциональная электрическая схема БИС АЦГ] КИ08ПВ1
194
КП с входным резисторным вычитающим устройством, де-
шифратором ДШ уровней тока и др. (рис. 3.46)
Микросхема рассчитана на преобразование однополяр-
ного входного напряжения в диапазоне от 0 до 3 В, пода-
ваемого на вход через внешний ОУ или УВХ при максималь-
ной частоте преобразования 1.1 МГц для 10-разрядного ре-
жима и 1,33 MI ц для 8-разрядного режима.
Микросхема К1108ПВ1 размещена в герметичном метал-
локерамическом корпусе типа 210В.24 1 с двухсторонним
вертикальным расположением выводов.
Для работы ЛЦП К1108ПВ1 требуется несколько внеш-
них керамических конденсаторов и источники напряжения
(7СС1=5 В±5 % и Цсг2=5,2 В±5 %. Номинальное значение
напряжения внутреннего ИОН составляет 2,5 В. Мощность,
потребляемая от источников питания, не превышает 0,85 Вт.
Нумерация и назначение выводов микросхемы- / — циф-
ровой выход 1 (СР); 2—9— цифровые выходы 2—.9; 10—
цифровой выход 10 (МР); // — готовность данных RAD;
12 — напряжение источника питания Ucc2 (цифровая часть);
13— укороченный цикл SE10/8; 14 — общий (цифровая зем-
ля); 15 — напряжение источника питания [/сс2 (аналоговая
часть); 16 — коррекция СУ ЕСр, 17 — аналоговый вход
Uir.v‘, 18—внешний ИОН UREF; 19—коррекция ОУ ИОН
FC2; 20 — общий (аналоговая земля); 21 — напряжение ис-
точника питания иСсГ, 22 — запуск ST; 23— такт CLK; 24—
разрешение считывания ERD.
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25±10°С
Не менее Не более
Число разрядов b ....................... 10 —
Нелинейность 6г, МР:
КН08ПВ1А ................................... —1 1
КН08ПВ1Б.................................... — I 3
Дифференциальная нелинейность 6Гс, МР:
KI108 IBIA................................ —0,75 0,75
КН08ПВ1Б ................................... —3 3
Абсолютная погрешность преобразования в ко-
нечной точке шкалы 6f.s МР:
КНО8ИВ1А .................................. —4 4
КИ08ПВ1Б................................... —7 7
Время преобразования tc, мкс.................. — 0,9
Частота преобразования fr, МГц .... 0,4 1.5
Время преобразования в режиме укороченного
цикла /С8, мкс ................................. — 0,75
Напряжение смешения пуля иа входе /го, мВ
К1Ю8ПВ1А.................................... —10 10
К1108ПВ1Б.................................. —20 20
13*
195
Выходное напряжение внутреннего ИОН
Ппет, В..................................... ... 2,4 2.8
Ток потребления /«i, мА................... — 50
Ток потребления 1СС2, мА................... — 130
Выходное напряжение низкого уровня Uor. В — 0,4
Выходное напряжение высокого уровня Uoh, В 2,4 —
Ток потребления от внешнего источника опор-
ного напряжения 1ссз, мА...................... — 7
Входной ток низкого уровня по входам запус-
ка и разрешения считывания 1ш, fiu, мА . 0 2,5
Входной ток низкого уровня по тактовому вхо-
ду /гм. мА............................... . 0 2
Входной ток высокого уровня по входам запу-
ска и разрешения считывания Inn, hat, мА . . 0 0,4
Входной ток высокого уровня по входу’ такт
Оиз, мА...................................... 0 2
Входной ток в процессе преобразования 1тц,
мА......................................... — 6
Ток утечки по выходам Iolk, мкА . ... —0,1 0,1
Предельно допустимые и предельные значения электрических
режимов эксплуатации
Пре fieai по Предельные
допусти
Не менее г к? более Нс менее Не Солее
Входное напряжение Uihx, -В -0,1 3 -0.7 4
Опорное напряжение UKef, В . Напряжение высокого уровня по 2,4 2,6 1,5 3
входам запуска н разрешения ечн-
тыванпя Unn, Uни, В Напряжение низкого уровня по 2,28 {'ai 2 &СС1
входам запуска и разрешения счи- тывания Г/ггь Uri2t В . . . . . 0 0,42 0 0,8
Напряжение высокого уровня по тактовому входу 7(If3, В .... -1 —0,6 -1,1 -0,5
Напряжение низкого уровня по тактовому входу (Ли, В . . . . -2 — 1,57 -2 -1,5
Выходной ток высокого уровня
1он, мА Выходной ток 1ИЗКОГО уровня 1ос, 0 0 1 0 0,3
мА 0 3,2 0 4
Типовые зависимости основных параметров микросхемы
от изменения напряжения источников питания, температуры
окружающей среды и времени преобразования показаны на
рис. 3.47—3.51
Значение коэффициента влияния нестабильности источ-
ника питания па выходное напряжение внутреннего ИОН
SVRUxEF составляет ±8 мВ/B а значение его температурно-
го коэффициента aURrF не превышает ±200 (для
КП08ПВ1А) и ±300 мкВ/°С (для К1108ПВ1Б).
Преобразователь изготавливается по биполярной техно-
196
Рис 3 47 Типовые зависимости нелинейности и дифференциальной не-
линейности (о) абсолютной погрешности преобразования в конечной
точке шкалы (б) Ы1С .ЛЦП КИ('8ПВ1 от источника напряжения пи-
тания U ci *
Рис. 3 48. Типовые зависимости
напряжения смещения нуля на
входе (а), нелинейности и диф-
ференциальной нелинейности
(б) и абсолютной погрешности
преобразования в конечной точ-
ке шкалы (я) БИС ЛЦП
КП08ПВ1
Рис. 3.49 Типовые зависимости нелинейности н дифференциальной не-
линейности (а) и абсолютной погрешности преобразования в конечной
точке шкалы (б) от источника напряжения питания БИС АЦП
К1108ПВ1 Ucc2
197
Рис. 3.50. Типовые зависимости нелинейности (а), дифферент альиой не-
линейности (б) и абсолютной погрешности преобразования в копенной
точке шкалы (в) БИС ЛЦП КП08ПВ1 от температуры окружающей
среды
логии с изоляцией р-п переходами и совмещенными преци-
зионными тонкопленочными резисторами. Технологические
и схемотехнические особенности построения БИС обеспечи-
ли ей высокое быстродействие п стабильность статических
параметров. Необходимый уровень нелинейности и выход-
ного напряжения достигается за счет применения лазерной
подгонки тонкопленочных резисторов.
Цифровая часть БИС АЦП выполнена с применением
низкоуровневых дифференциальных токовых переключате-
лей на основе трехуровневых логических элементов.
Внутренний ИОН состоит из опорного элемента на не-
скольких прямосмешенпых р-п переходах и стаби шзирую-
щего усилителя В аналоговой части БИС используется мно-
говходовый КН.
198
Рис 3.61 Типовые зависимости
нелинейности (а), дпф|ерення-
альпой нелинейности (б) аб-
солютной погрешности преобра-
зования в конечной точке шка-
лы (в) БИС АЦП К1Ю8ПВ1 от
времени преобразования
Основное отличие структурного построения АЦП
К1108ПВ1 от классического АЦП ПП заключается в раз-
делении внутреннего ЦАП на две части (статическую и ди-
намическую), введения селектора опорных уровнен на диф-
ференциальных парах идентичных транзисторов и коммута-
тора управляющих токов селектора [71]
Первая часть ЦАП вырабатывает восемь статических
эталонных уровней:
~ ^<7 /ст>
где /стЕО, 128, 256, 512,896—порядковые номера сту-
пеней передаточной характеристики 10-разрядного АЦП, со-
ответствующие трем старшим разрядам; Ul, = UREF!(7^
Х128) —шаг квантования, формируемый эталонным резис-
торным делителем, подключенным непосредственно к ИОН.
Подключение к КН и входу АЦП осуществляется
путем коммутации задатчика тока с одной из эмиттерных
цепей дифференциальных пар транзисторов селектора. Ком-
мутатор управляющих токов получает сигналы с выходов
трех старших разрядов РПП через преобразователь двоич-
ного позиционного кода в единичный.
В соответствии с алгоритмом последовательного прибли-
жения в первых трех тактах преобразования отыскивается
максимальный уровень Цэ/ст <П//?л, после чего соответст-
вующая этому уровню пара транзистора селектора остается
включенной в течение всех последующих тактов преобразо-
вания (остальные пары обесточены и закрыты).
199
Вторая часть ЦАП, управляемая семью младшими раз-
рядами РПП, задает двоично-взвешенные точки, которые
поступают во входную резисторную структуру. При этом на
входе подключенной пары транзисторов селектора образу-
ется дифференциальное напряжение:
U 11\Н ~ U IRK
где = /«/„„; Iq = UqlRo, а /нле(0, 1, .... 127) — порядко-
вые номера ступеней переда точной характеристики 7-раз-
рядного ЛЦП; /?ц— эквивалентное нагрузочное сопротивле-
ние, образуемое резисторной структурой.
В течение семи последних тактов преобразования опре-
деляется максимальный номер ступени передаточной ха-
рактеристики ЛЦП, при котором Цох к>0. Результат преоб-
разования накапливается в РПП. Напряжение в конечной
точке шкалы АЦП жестко связано с UKef и определяется
значением (8/7) Uref—Uq. Напряжение смещения нуля за-
висит от падения напряжения во внутренних цепях схемы
п внешней регулировке не подлежит. Другие параметры ста-
тическом передаточной характеристики АЦП определяются
соотношением
= At/nj-CT/128,
где Uq=lqRo— значение кванта ЦАП младших разрядов:
АЦ>/СТ =^э;ст —Цэ(/‘сг—128) — разрядность опорных уров-
ней ЦАП старших разрядов для любой точки передаточной
характеристики.
Соблюдение этих условий обеспечено схемотехнически-
ми, конструктивными и технологическими приемами. Обе
части ЦАП работают с одним ИОН. Значения Uq и At/0/ci
зависят от точности соотношения сопротивлении резисто-
ров. В частности, квант Uq ЦЛП младших разрядов опре-
деляется соотношением сопротивлений резисторов RrefIRo,
где Rref — токозадающий резистор ЦЛП.
Технологические резисторы АЦП выполнены на поверх-
ности одного теплопроводящего кристалла. Поэтому типо-
вое значение температурного коэффициента сопротивления
резисторов находится в пределах (1—5) • 10_5 1ЛС.
Жесткая связь крутизны передаточной характеристики
ЛЦП с значениями Uref, а также возможность использова-
ния внешнего ПОП позволяют применять БИС KI108IIB1
в режиме умножения в пределах 10% зоны относительно
номинального значения Uref—2,5 В.
200
Динамические свойства АЦП в умножающем режиме
определяются быссодействием внутреннего стабилизирую-
щего ОУ, частота которого без подключения внешних эле-
ментов коррекции составляет не менее 3—5 МГц.
Комбинированное структурное построение АЦП
К1108ПВ1 определяет и внешний вид передаточной характе-
ристики, у которой восемь однородных участков повторя-
ются через 128 ступеней, причем ступени па границах участ-
ков (в местах «сшивания» ЦАП старших и младших раз-
рядов) наиболее чувствительны к процессу настройки.
Рассмотренные структурно-схематические построения
аналоговой части АЦП значительно повысит его быстро-
действие, поскольку:
1) переходные процессы, связанные с переключением
эталонов трех старших разрядов, отсутствуют;
2) входной ток АЦП протекает через ЦАП младших раз-
рядов, что иозволяег уменьшить сопротивление входного
резистора в 8 раз по отношению к классическому АЦП ПП
и уменьшить постоянную времени установления на выходе
ЦАП. Одновременно снижается уровень влияния шумов
ЦАП;
3) при сравнении трех старших разрядов коммутируе-
мый ток протекает только по внутренним цепям кристалла,
за счет чего исключаются переходные процессы в соедини-
тельных проводниках.
В целях повышения быстродействия ЦАП младших раз-
рядов разделен на две части (четыре старших и три млад-
ших разряда), объединенных с по-мощью делителя тока на
16. Инверсный выход ЦАП соединен со входом БИС, бла-
годаря чему ток в цепи источника сигнала поддерживается
постоянным вне зависимости от значений кода и Это
позволяет использовать па входе АЦП источники сигнала
с большим выходным сопротивлением.
Собственные шумы компонентов схемы, электрические
наводки от фронтов 1 И и различных переключений оказы-
вают существенное влияние па характеристику преобразо-
вания. На рис. 3.52 показаны полученные в ходе экспери-
мента типовые вероятностные структуры (профили) ступе-
ней преобразования и межкодовых переходов АЦП
K11Q8I1BI д 1я наиболее подверженного динамическим ис-
кажениям участка передаточной характеристики (область
786-й ступени) при разных значениях t(. Среднее квадрати-
ческое значение межкодовых шумов обычно нс превышает
0,1 МР. При уменьшении tc до 0,9 мкс может наблюдаться
201
Рнс. 3.52. Типовые вероятностные структуры ступеней и межкодовых
переходов АЦП К1108Г1В1 в области 786-й ступени
Рк — вероятность появления кеда, соответствующего f-й ступени преобразования
искажение некоторых ступеней характеристики под воздей-
ствием внутренних динамических помех. Однако большин-
ство образцов БИС ЛЦП работоспособны при уменьшении
tc до 0,5 мкс в режиме 10 разрядного преобразования.
Схема внутреннего ИОН содержит задатчик опорного
потенциала на температурно скомпенсированных р-п пере-
ходах [72J и специализированный ОУ. Опорное напряжение
при оптимальном подборе элементов задатчика имеет пара-
болическую зависимость от температуры при температур-
ном коэффициенте (5—10) 10 6 1/°С, а с учетом разброса
параметров элементов (20—50)-10“6 1/°С." Типовое значе-
ние коэффициента влияния Ucc па Uref не превышает
0,8 мВ/В.
Источник рассчитан па работу как с внутренними, так
и с внешними цепями ЛЦП При работе с внешней нагруз-
кой рабочий ток ИОН не должен превышать 1 мА
Конденсатор С2 необходим для частотной коррекции ОУ
и фильтрации помех.
Если разработчиками РЭА выдвигаются более жесткие
требования по температурной стабильности опорною на-
пряжения, то к вывод) 18 ВИС может быть подключей внеш-
ний ИОН, обладающий требуемыми характеристиками
Для этого внутренний ИОН отключается путем соединения
вывода 19 через сопротивление 100 Ом с общим зажимом
источника питания. Этот же схемотехнический прием при-
годен для организации параллельной согласованной рабо-
ты нескольких АЦП.
При использовании внешнего ИОН выходной транзистор
ОУ внутреннего ИОН закрывается, отключая его от АЦП.
202
Рис. 3 53. Временная диаграмма работы БИС АЦП К1108ПВ1:
ГТ1Г—период следования ГИ: Iй, /’>25 нс — длительность ТИ; t3 ти > 20 нс—
время задержки ТИ относительно импульса на запуск при внешнем ГТИ; „•
время аадержки импульса Готовность данных ( /^^40 нс, f^r^80ncj-
f3.С^5Р нс "" вРемя задержки считывания данных; д <^70 нс — время задерж-
ки выхода данных
В отсутствие внешнего и отключении внутреннего ИОН ос-
таточное напряжение па выводе Uree может достигать 1 В.
Временная диаграмма работы БИС К1108ПВ1 приведе-
на на рис. 3.53. Цикл преобразования в режиме 10-разряд-
пого АЦП состоит из 12 тактов (десять рабочих в процессе
кодирования и по одному служебному в начале и в конце
цикла преобразования).
Цикл начинается с первым отрицательным фронтом ТИ
после поступления команды на запуск ST. Во время пер-
вого служебного такта осуществляется сброс регистров
и установление напряжения на входе селектора опорных
уровней.
В течение следующих десяти тактов происходит кодиро-
вание аналоговою сигнала при условии, что оп зафиксиро-
ван на входе АЦП Благодаря тому, что сброс 1\Н проводится
в конце каждого такта, вход преобразователя нечувст-
вителен к импульсным помехам, девствующим па протяже-
нии 2/з его длительности.
В двенадцатом такте код из регистра хранения перепи-
сывается в выходной регистр, после чего формируется сиг-
нал готовности данных. Появление па выходе RAD (вывод
11) сигнала логический 0 свидетельствует о смене информа-
203
цпп в выходном регистре и ее храпении весь следующий
цикл преобразования.
Для считывания информации необходимо подать па вход
ERD (вывод 24) сигнал логический 0. При подаче на этот
вход сигнала логическая 1 информационные выходы АЦП
переводятся в третье состояние, в котором шипа данных
МП не нагружается. Одновременно с появлением импульса
готовности данных можно производить выборку аналогово-
го сигнала на входе ЛЦП.
В БИС КН08ПВ1 предусмотрен 8-разрядпый режим ра-
боты, тес сокращением цикла кодирования на два такта
(вход SE 10/8 соединяется с шиной отрицательного источ-
ника питания).
_3апуск ЛЦП можно считать устойчивым, если сигнал
ST подается в течение одного периода тактовой частоты
с момента начала очередного цикла. При асинхронном ре-
жиме запуска (по отношению к тактовому сигналу) дли-
тельность сш нала ST должна быть не менее двух ее перио-
дов. При этом задержка запуска АЦП (относительно фрон-
та сигнала ST) зависит от текущего положения фронтов
и может достигать длите тьности одного периода тактовой
частоты.
Если после окончания очередного цикла преобразования
на входе ST сохраняется уровень логического 0, то начина-
ется новый цикл.
Регистр сдвига ЛЦП управляется внутренним ГТИ, ра-
ботающим в двух режимах: автоколебательном и с внеш-
ней синхронизацией. Принципиальная электрическая схема
тактового генератора приведена на рнс. 3.54.
Дифференциальный усилительный каскад на транзисто-
рах \'Т1 и \'Т2, охваченный 100%-ной положительной об-
ратной связью через транзистор VT3, образует автогенера-
тор, частота колебаний которого зависит от емкости конден-
сатора Cclk (на схеме не показан), подключаемого к выводу
23 БИС. При изменении емкости конденсатора в преде-
лах от 10 до 40 пФ частота колебаний измеряется по линейно-
му закону 01 27 до 1,3 МГц. Для повышения стабильности
частоты следования ТИ вместо внешнего конденсатора под-
ключают кварцевый резонатор. При подаче на вход 23 стан-
дартных логических уровней ЭСД дифференциальный кас-
кад выходит из усилительного режима и в схеме происходит
сомасовапие внешних уровнен с внутренними.
При использовании АЦП в системах с жесткой син.хро-
204
Рис 3 51 Принципиальная электрическая схема внутреннею ГТН БИС
АЦП К1108ПВ1
низанием па вывод 23 подаются внешние тактовые сигналы
с уровнями ТТЛ или ЭСЛ. Для сопряжения тактового в:<о-
да ЛЦП с ЭСЛ схемами применяются ИС К500ПУ124,
К155ЛА8, транзисторные сборки KP198HTIA (рис. 3.55).
К ТТЛ ЦИС микросхема К1108ПВ1 подключается без до-
полнительных устройств сопряжения.
Схематические особенное!и входных каскадов АЦП на-
кладывают ограничения на амплитуду преобразуемого сиг-
Рис 3 55 Схема сопряжения БИС АЦП К1Ю8ПВ1 с ТТЛ ЦИС по вхо-
ду а к.
DI — ИС типа 133ЛА8 пли БЗСЛА9; А! — транзисторная сборка типа КР19БННА;
JT/— транзистор типа КТ316Л
205
Рис. 3 56. Типовая схема включения БИС ЛЦП КИ08ПВ1.
Ci = l мкФ С;-0.17 мкФ (керамический); Сз=0.1 мкФ; С<-1 мкФ (керамиче-
ский); R—100 Ом
нала. В области положительных значений она не должна
превышать уровня 4 В, при котором транзисторы селектора
переходят в режим насыщения, а значение входного тока
АЦП резко возрастает. Прн увеличении амплитуды сигнала
до уровня Ucci и более возникает опасность пробоя перехо-
дов некоторых транзисторов схемы селектора.
В то же время уровень входного отрицательного сигнала
ле должен снижаться менее —0,7 В, так как возможно про-
извольное открывание паразитных р-п-р транзисторов ЦАП
младших разрядов Это явление сопровождается резким
возрастанием тока потребления /ссг- В связи с этим не ис-
ключен катастрофический отказ БИС
Порядок подключения источников питания к ЛЦП про-
извольный, однако при этом недопустимо включать источ-
ник Ucci даже кратковременно, если на входе не предусмот-
рены специальные схемы зашиты от превышения уровня
Ц /R.V-
Типовая схема включения БИС АЦП !\1108ПВ1 приве-
дена па рис. 3.56. Правила коммутации выводов БИС при
переключении из одного режима работы АЦП в другой ука-
заны в табт. 3.6
206
Таблица 3.6. Переключения режимов БИС АЦП К1Ю8ПВ1
Режим работы Положение перем.пек коммутации
С внутренним ГТИ и ИОН 23 | 1 а 13 | 1 13
То же в режиме Укороченный цикл 23 | 1 « 13 | 1 12
Внутренний ГТИ, внешний ИОН 23 | | о 20 | 1 в
18 1 1 г 13 | 1 14
То же в режиме Укороченный цикл 23 | 1 а 20 I 1 «
18 I | г 13 1 1
Внешний ГТИ, внутренний ИОН 23 1 | б 13 1 1 14
То же в режиме Укороченный цикл 23 | 1 б 13 | 1 1'1
Внешние ГТИ ч ИОИ 23 | | б 20 | 1 0
То же в режиме Укороченный цикл 23 | 1 . n । 1 12
В монтажных платах устройств, содержащих АЦП
К1108ПВ1, необходимо предусматривать разделение общих
шин (аналоговой и цифровой). Напряжение между ними не
должно превышать ±0,05 В; наличие импульсных наводок
нежелательно.
По выводам 22—24 микросхема К1108ПВ1 управляется
низким уровнем напряжения, при этом подача отрицатель-
ных напряжений на вывод 23 недопустима. Последнее тре-
бование справедливо и для выводов БИС 12, 15, 17
В режиме автоматического запуска АЦП вывод 22 под-
ключается к выводу 14 (общей шине).
На печатных платах микросхемы электрическую развод-
ку от выводов 17, 18, 20, 23 необходимо проводить шинами
минимальной длины
Блокировочные конденсаторы Cl, С2 по цепям источни-
ков питания целесообразно устанавтивать вблизи соответ-
ствующих выводов БИС и дублировать электролитически-
ми конденсаторами емкостью 10—100 мкФ для сглажива-
ния низкочастотных пульсаций. При наличии на шипах
питания значительных помех возможно введение в цепи пита-
ния Г-образных /?С-фильтров. Сопротивление последова-
тельного резистора выбирается равным 3 Ом, тогда напря-
женно питания —5 2 В желательно увеличить по абсолютно-
му значению иа 0,2—0,3 В.
207
RZ t>,?«
Рис. 3.57. Принципиальная электрическая схема включения БИС ЛЦП
К1108ПВ1 в режиме преобразования биполярного аналогового сигнала:
VT1 — транзистор типа КТ31О2Г: VD2- диод типа КС156Л; VD!—стабилитрон
КС133Л
Согласующий усилитель, через который па ЛЦП пода-
стся входной сигнал, должен быть расположен в непосред-
ственной близости от выводов 17 и 20. Его бтокпровочные
конденсаторы и точка нуля подключаются к аналоговой об-
шей шине.
При удаленном расположении от АЦП внешнего ИОН
необходимы его гальваническая развязка и подключение
к выводу 18 (URRF) и апа юговой шине двухпроводным сое-
динением. Для исключения воздействия шумов и наводок
иа соединительные провода вход Uref желательно зашун-
тировать конденсатором емкостью 10 пФ—10 мкФ. Ток,
протекающий в цепи вывода 18 БИС, составтяет 5—7 мА
Подключение частотозадающего конденсатора CClk
производится в непосредственной близости от выводов 14
и 23 БИС, что исключает высокочастотные помехи в цепях
входного и опорного сигналов.
Основная схема подключения согласующего и масшта-
бирующего усилителен ко входу АЦП приведена на рис.
3.57. Она рассчитана на преобразование входного биполяр-
ного сигнала в диапазоне ±1 В при скорости его изменения
до 50 В/мкс.
Схема содержит основной согласующий быстродейству-
ющий ОУ А2 на ИС К140УД11, осуществляющий требуемое
масштабирование и сдвиг входною напряжения в положи-
тельную область, и вспомогательный низкочастотный ОУ
А1 на ИС К140УДИ, вырабатывающий из Uref опорное
напряжение сдвига. Основной ОУ А2 подключен к входу
208
АЦП через эмиттерный повторитель на транзисторе VTI
(КТ3102Г). Стабилитрон VD1 поддерживает напряжение
иа коллекторе VTi равным 5,6 В и ограничивает амплиту-
ду положительного напряжения на входе АЦП. Диод VD2
ограничивает амплитуду отрицательного напряжения на
уровне минус 0,7 В
Напряжение на входе АЦП связано с входным сигна-
лом ОУ /12 следующим выражением
R-. + Re ) R., R-
Первый член выражения определяет коэффициент переда-
чи сигната основным ОУ /12, а второй —сдвиг входного на-
пряжения в положительную область. Дтя организации
днухполярного режима работы АЦП требуется смещение
характеристики преобразования на величину
^REF Ufi'S kREF
R-R2 “2 7-2
Таким образом, схема обеспечивает неизменность поло-
жения нуля в середине передаточной характеристики АЦП
(даже в случае дрейфа под влиянием температуры пли на
пряжения питания).
Изменением сопротивлении резисторов R4 и R5 уста-
навливается требуемый коэффициент передачи и регулиру-
ется положение пуля на передаточной характеристике Ести
нуль установлен на середину ступени преобразования, со-
ответствующей выходному коду АЦП 10...00, то напряже-
нию UBX ——1 В соответствует код 00...00, a UBX= (1 В —
АЛР) — кол 11...11.
При установке коэффициента передачи и нуля автома-
тически устанавливаются напряжения смещения пуля ОУ
Al, А2 п ЛЦП. Однако температурный дрейф исы ОУ не
компенсируется Для повышения стабильности применяют
прецизионные быстродействующие ОУ 154УДЗ пли низко-
частотные прецизионные ОУ К140УД7, К153УД2, К140Д14.
Для повышения быстродействия целесообразно применять
более сложные схемы коррекции ОУ, позволяющие увели-
чить частоту единичного усиления [72].
Если источники питания ОУ и АЦП взаимосвязаны, то
схема защиты может быть существенно упрощена Коллек-
тор транзистора VT1 подключается к источнику Ucci, а ре-
зистор тока смешения R9 — к UCc2. В целях уменьшения
влияния помех и шумов вместо резистора R2 может вклю-
14—385
209
чаться Т-образный фильтр, суммарное сопротивление рези-
сторов в плечах которого равно сопротивлению резистора
R2, а значение емкости подбирается, исходя из уже извест-
ных факторов.
Схема на рис. 3.57 может применяться при включении
внешнего ИОН и позволяет управлять крутизной характе-
ристики преобразования (режим умножения) С ее по-
мощью регулируется смещение нуля в униполярном (поло-
жительном) режиме преобразования. В этом случае рези-
стор R1 подключается не к обшей аналоговой шипе,
а к делителю URFFI2. Значение сопротивления резистора
R3 подбирается специально (или 6 2 кОм для диапазона на
0—2 В)
Следует отметить, что схема на рис. 3.57 имеет ряд не-
достатков.
Так, в режиме перегрузки прекращается действие ЦОС
А2. Входной каскад ОУ разбалансируется, н нарушается
тепловой режим работы входных транзисторов. После вос-
становления нормального уровня сигнала наблюдается дли-
тельный (до 10 мкс) «тепловой» хвост на выходе напряже-
ния ОУ. Кроме того, транзистор VT1 попадает в режим
глубокого насыщения, и его восстановление занимает зна-
чительное время (более 1 мкс)
Другой способ подключения согласующего ОУ А для
преобразования двухполярного входного напряжения при-
веден на рис. 3 58. В этой схеме используются инвертирую-
щий режим усиления (по отношению к t/nx) и диодная схе-
ма защиты входа ЛЦП при перегрузках. Напряжение на
входе АЦП связано с входным сигналом UBX с 1едующцм
образом:
где Л'=Ал/(/?5+/?б) — коэффициент передачи усилителя;
URfF— опорное напряжение на неипвертиру ющем входе ОУ
(задается делителем на RJ — R3).
В частном случае дтя диапазона преобразования
±2,5 В выбираются К=0,58 и опорный уровень UreFi =
=0 905 В (при Uref—2. 5 В). Настройка коэффициента пе
редачи осуществляется сопротивлением резистора R3,
посче чего резистором R2 устанавливается нуль на середи-
ну’ передаточной характеристики АЦП. При Цвх = 2,5 В
появляется выходной код 00...00, а при ЦРХ =—(2,5 Вф-
+ 1 ЛАР) —код 11..И. Таким образом, на выходе преобра-
зоватетя получают обратный смещенный двоичный код.
210
Рнс. 3.58. Принципиальная электрическая схема подключения к БИС
ЛЦП К1108ПВ1 входного ОУ в инвертирующем режиме усиления для
преобразования биполярного аналогового сигнала:
VDI, VD2, VD4, 1'05 — диоды типа КД521А; VD3 — стабилитрон типа КС133А
Схема защиты входа АЦП от перегрузок работает сле-
дующим образом. Диоды VD1 и VD2, включенные парал-
лельно резистору обратной связи образуют двухсторон-
ний ограничитель. Диод VD4 и стабилитрон VD3, смещен-
ные постоянным током от источников 15 и —15 В, задают
уровни ограничения в отрицательной и положительной об-
ластях (относительно Ц^еп).
Диод VD5 обеспечивает защиту входа АЦП в случае от-
ключения источников питания ОУ пли выхода его из строя.
Активная диодная схема защиты обладает более высо-
ким быстродействием, чем пассивная с дополнительным
транзистором (см. рис. 3.57), у которой часть времени за-
трачивается на вхождение транзистора в насыщение.
При использовании в схеме па рис. 3.58 низкочастотных
ОУ серий К140, К153 наблюдается снижение быстродейст-
вия АЦП КП08ПВ1 в 5—10 раз из-за длительных переход-
ных процессов, возникающих в ЦАП младших разрядов.
Этот эффект устраняется включением между выходом ОУ
I! входом АЦП эмпттерного повторителя.
Если резистор R3 подключить не к общей аналоговой
шине, а к источнику питания UCC2 так, чтобы UREf^0, то
14* 211
схема преобразуется в согласующее устройство для одно-
полярного отрицательного входного сигнала. В этом случае
диод VD4 должен быть закорочен.
Приведенные схемы включения согласующего ОУ уни-
версальны и позволяют использовать АЦП КП08ПВ1 в ре-
жиме максимального быстродействия. При работе БИС
ЛЦП с быстродействующими ОУ типов К.544УД2, К574УД1,
153УДЗ, тщательном монтаже и оптимальной схеме кор-
рекции ОУ время установления процессов в согласующей
схеме на уровне 0,1 % не превышает 1 мкс, а температур
иый дрейф пуля и коэффициента передачи составляет
0,01 %/°C.
Прецизионные ОУ типа К140УД14 позволяют снизить
температурный дрейф нуля до 0,001 %/°С, однако быстро-
действие согласующего ОУ снизится, что приведет к увели-
чению tc АЦП до 3—10 мкс.
Схема на рис. 3.58 иллюстрирует работу ЛЦП К1108ПВ1
в режиме с биполярным входным напряжением, изменяю-
щимся в пределах ± (4/7)UREf. Инверсирование UtKN осу-
ществляется ИС ОУ А.
Для реализации потенциальных возможностей БИС
АЦП К1Ю8ПВ1 по быстродействию целесообразно исполь-
зовать на его входе гибридно-модулытые УВХ, имеющие
Аыб<Ю0 нс с точностью выборки на уровне ± (0,1—0,01)%.
При этом выборка сигнала может производиться за время,
отводимое па два служебных такта ЛЦП и равное 150 нс
[73].
Защита входа АЦП при перегрузках осуществляется
стабилитроном 17)3.
На основе БИС ЛЦП КП08ПВ1 могут быть построены
преобразовательные устройства с числом двоичных разря-
дов до 11. Функциональная электрическая схема такого
АЦП изображена на рис. 3.59. Десять информационных раз-
рядов дополнены в нем одним знаковым.
Входной биполярный сигнал запоминается УВХ А1
и подается одновременно на КН ЛЗ и ОУ А4. В зависимо-
сти от полярности сигнала на выходе УВХ КН управляет
аналоговым ключом А2, подключая неинвертирующий вход
ОУ А4 так, что в цепи устанавливается либо режим пря-
мой пере, ачи сигнала (положительная полярность), либо
режим единичного инвертирования (отрицательная поляр-
ность).
Униполярный выходной сигнал ОУ А4 через согласую-
щее неинвертнрующее устройство согласования и защиты
212
Рис. 3.59. Схема подключения внешних аналоговых микросхем для реа-
лизации 11-разрядного (одни разряд знаковый) аналого-цифрового пре-
образования па БИС К1108ПВ1
Al — ИС УВХ типа КИООСК2: /12 — ИС аналогового ключа типа КР550КНЗ; ЛЗ—
ИС КН типа К554САЗЛ. Л4 — ПС ОУ типа КИОУД 4. Л5 — исинвертирлчощсе
устройство согласования и защиты
АЗ подается на АЦП. Полярность сигнала опреде. яегся
по логическому уровню на выходе КП АЗ (знаковый раз-
ряд).
Настройка АЦП проводится в следующем порядке.
Предварительно устанавливаются нуль УВХ, КП и ОУ А4.
Затем регулируется коэффициент передачи и уточняется
положение нуля устройства. Исходным является режим сле-
жения УВХ А1, в котором происходит заряд накопительно-
го конденсатора Ск, определение полярности сигнала н пе-
реключение ЦОС ОУ А4 Из-за малой амплитуды входного
сигнала (±1 В) установление процессов происходит за
3—5 мкс (при С, — 1,0 нФ). Дтя начала преобразования
необходимо перевести УВХ в режим храпения и через 1 мкс
подать сигнал запуска на вход ST АЦП. Слабая положи-
тельная ОС обеспечивает гистерезис в КН А2. Это необ-
ходимо для устранения эффекта произвольного переключе-
ния КН из-за переходных процессов в УВХ.
Вырабатываемый устройством прямой двоичный код со
знаковым разрядом удобен для организации связи с ЭВМ.
Минимальный период обращения к устройству равен
10 мкс, что соответствует скорости обмена информацией
213
Рис 3 60. Структурная схема 8 канального 11-разрядного устройства
виола вывода аналоговой информации в ЭВМ «Электроника 60» на ос-
нове ВМС ЛЦП КП08ПВ1:
А1 — аналоговой мультиплексор па 8 каналов типа КР590КНЗ: Л? — in черв тель-
ный ОУ нд ПС К140УД17; АЗ — масштабир}юший ОУ на ИС К140УД17; А4 —
УВХ па ИС КП00СК2; Л5 — согласующий усилитель с автоматическим переклю-
чением нолврности
в современных мини-ЭВМ и позволяет обрабатывать сиг-
налы со спектром до единиц килогерц.
Для достижения большого быстродействия используют
способ построения 11-разрядного АЦП на двух БИС. Сиг-
нал с выхода УВХ подается одновременно на два АЦП че-
рез два инвертирующих согласующих усилителя [74]. Один
из каналов устанавливается в режим преобразования отри-
цательных полуволн сигнала (Uref~0), а другой — в ре-
жим инверсного преобразования положительных полуволн
(Urefi ~6,5UFs). Каналы работают независимо друг от
друга, а результат преобразования потучают в смещенном
двоичном коде после суммирования кодов с выходов обоих
АЦП с помощью ЦИС серий 133, К155 и др.
Однако наличие двух независимых канатов преобразо-
вания делает схему критичной к разбросу коэффициентов
передачи и сдвигу пуля ОУ и Urefi
Предусмотренные в БИС KI108ПВ1 элементы цифрово-
го сопряжения позволяют эффективно применять АЦП
в устройствах ввода-вывода микроЭВМ. На рис. 3.60 при-
ведена структурная схема 8-канального универсального
устройства ввода аналоговой информации в микроЭВМ се-
мейства «Электроника-60». Устройство обеспечивает режим
программного прерывания с возможностью внешнего за-
пуска.
Аналоговая часть устройства содержит мультиплексор
214
Основные технические характеристики устройства
Число ан;: тогоиых (дифференты тьчых) входов , .
Диапазон входных сигналов, В......................
Число разрядов ...................................
Нелинейность, %, не белее ...................
Время преобразования, мкс.........................
Программно устанавливаемый коэффициент переда-
чи, мВ/квант ....................... ............
Габаритные размеры, мм ...........................
8
5,115-5,15
10-4-1 лыко-
вый
—0,1
5,0
0,005-5
240x132, 12
на восемь парафазных каналов А1. Каждый капал защи-
тен от перегрузки диодной схемой. Усилитель А2 преоб-
разует парафазный входной сигнал в однополярный с уси-
лением в 1,16 и 128 раз. Он выполнен по схеме измеритель
нот усилителя, включающего три прецизионных ОУ
К140УД17 и резистивную структуру. Устройство содержит
также ФНЧ для ослабления высокочастотных помех.
С помощью усилителя АЗ сигналы в канале программно
усиливаются в 1, 2, 4 и 8 раз, а УВХ А4 фиксирует их на
время преобразования. Усилитель А5 осуществляет автома-
тическое переключение полярности и согласование уровней
УВХ и АЦП К1108ПВ1 (рис. 3.60).
Сигнал программного или внешнего запуска инициирует
работу схемы синхронизации и переводит УВХ А4 в режим
хранения. Через 1 мкс вырабатывается импульс запуска ST
АЦ11 К1108ПВ1. Затем сигнал RAD вновь переводит УВХ
в состояние выборки и взводит разряд готовности резуть-
тата в регистре состояний устройства.
При поступлении от ЭВМ команды Чтение данных
ll-разрядный код с информацией о знаке чиста считывается
в ЭВ\\
Междумодульный интерфейс в устройстве выполнен па
БИС .магистральных ирпе юпередатчпков К589АП26. Под-
ключение к нему регистра данных (выходного регистра
АЦП К1Ю8ПВ1) происходит по сигналу ERD. В остатыюе
время междумодульный интерфейс используется для пере-
дачи информации управления.
Устройство ориентировано на решение задач, связанных
с проведением научных исследований и внедрением в про-
изводство автоматизированных систем управления техно-
логическими процессами (АСУ ТП), в которых применя-
ются высокоточные датчики (погрешность не ботее 0,5%),
а скорости обмена информацией невысоки (верхняя гра-
ничная частота не более 1 кГц),
215
Повышение быстродействия устройства возможно за
счет применения в его аналоговой части быстродействую-
щих ИС ОУ, которые, однако, обладают повышенными зна-
чениями смещения нуля и разностью входных токов. Это
неизбежно приводит к ухудшению точностных и дрейфовых
характеристик устройства, если в нем не предусмотрены
специальные калибровочные процедуры. Они довольно про-
сто проводятся с помощью программных средств, но при
этом в схеме включения АЦП К1108ПВ1 (см. рис. 3.57
и 3.58) вместо потенциометров применяются умножающие
ЦЛП серии К572 и (пли) внешний высокостабильиый про-
граммируемый ПОН.
Высокое быстродействие БИС АЦП К1108ПВ1 в соче-
тании с широким динамическим диапазоном (более 70 дБ),
простота сопряжения с аналоговыми и цифровыми устрой-
ствами, экономичность и компактность позволяют эффек-
тивно использовать ее в спектроанализаторах, многоканаль-
ных информационно-измерительных системах, робототехни-
ческих устройствах с искусственным зрением, системах
автоматики и телеуправления, космических аппаратах, ап-
паратуре звукозаписи, томографах и другой технике.
3.3 2. МИКРОСХЕМА К1108ПВ2
Функционально завершенный, сопрягаемый с МП 12-раз-
рядпый АЦП ПП КИ08ПВ2 предназначен для преобразо-
вания входного напряжения в диапазоне от 0 до 5 В или
от —2,5 В до 2,5 В (биполярный режим) в прямой двоич-
ный код. Преобразователь выполнен по топ же технологии,
что и ЛЦП К1108ПВ1.
Микросхема КИ08ПВ2 размещена в металлокерамиче-
ском 40-выводном корпусе с вертикальным расположением
выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: /, 2—
внутренний и внешний тактовые входы С, 3— вход запус-
ка ST, 4 — разрешение считывания ERD-, 5 — выход раз-
ряда переполнения FS; 6—цифровой выход / (СР);
7—16 — цифровые выходы 2—11-, /7—цифровой выход 12
(МР); 18— выход готовности данных RAD-, 19 — напряже-
ние источника питания Ucci (цифровая часть); 20—напря-
жение источника питания UCC2 (цифровая часть); 21 — на-
пряжение источника питания UCC2 (аналоговая часть); 22,
24 — коррекция ИОН FCz, 26—выход внутреннего ИОН;
27 — опорное напряжение VKEf\ 28— коррекция ОУ ГСХ\
216
29,30 — общий (аналоговая земля), инверсный выход ЦАП;
31— аналоговый вход (тока); 32—аналоговый вход (на-
пряжения) ищи', 33 — резистор биполярного смещения;
34 — коррекция КП / С3; 35—напряжение источника пи-
тания Uca (аналоговая часть); 40— общий (цифровая зем-
ля); 23, 25, 36—39 — незадействоваиные выводы.
Основные электрические параметры микросхемы при температуре
окружающей среды 25+10 °C
Нс менее Не белее
Число разрядов b ..................... ... 12
Нелинейность МР .......................... —2 0 2,0
Днфферешшалымя нелинейное!ь 6и>. МР —1.0 1,0
Погрешность преобразования в конечной точке
шкалы бр„ МР:
униполярный режим....................... —Ю Ю
биполярный режим............ . . . —Ю 10
Напряжение смещения нуля на входе U10, мВ:
униполярный режим ... . . —Ю 10
биполярный режим .... ... —10 10
Время преобразования /<-, мкс . . .... — 20
Напряжение внутреннего ИОН Uoner. В 2,4 2,6
Выходное напряжение низкого уровня Uol В — 0.4
Выходное напряжение высокого уровня Uou, В 2,4 —
Входной гок на выходе 32 в процессе преобра-
зования Iihnc, мА................................. — Ь
Входной ток низкого уровня на выводах 2—4
hr мА ................................... - 2.5
Входной ток высокого уровня на выводах 2—4
ha. мА............................................ - 0.4
Выходное напряжение низкого уровня на выво-
дах 5—1811ог (при hi =3,2 мА), В................ — 0,4
Выходное напряжение высокого уровня на вы-
водах 5—18 Uou (при 1г -0,1 мА), В . . . . 2,4 —
Ток утечки выходов 5—17 Iolki (высокий им-
педанс). мА.............................. — 0,1
Ток потребления от источника питания lcci, мА — 80
Ток потребления от источника питания 1сг->, мА — 150
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Нс Солее
Диапазон входного напряжения О'шл. В . . —3.5 5.5
Опорное напряжение па выводах 23 и 33 Uinur,
В ....................................... 2.0 4,0
Напряжение высокого уровня на выводах уп-
равления 2—4 Uау, В .......................... 2,28 4,75
Напряжение низкого уровня па выводах управ-
ления 2—4 Uгу, В ......................... —0,1 0,45
Входной ток высокого уровня на выводах 5—
18 Ьн, мА......................................... 0 0,1
Входной ток низкого уровня на выводах 5—
18 hr, мА....................................... 0 3,2
217
Л ChuaS,
Рис. 3.6! Структурная схема БИС АЦП К1108ПВ2:
ОУ — стабилизирующий ОУ ЦЛП; Рг — выходной буферный регистр нз три со
стояния, ФИ — формирователь импульса Конец преобразования, УРг — ятейкл
управления состоянием регистра
Структурная схема АЦП показана на рис. 3 61. Ее со-
став и принцип построения позволяют преобразователю ра-
ботать в режимах с внутренними или внешними ТГИ
в ИОН, с автоматическим или внешним запуском. Управле-
ние входами АЦП осуществляется сигналами от ТТЛ ЦИС.
В ВИС использован классический способ однокомпара-
торпого построения АЦП ПП. С помощью КН производит-
ся сравнение эталонных токов с выхода ЦАП и тока, про-
текающего через входной резистор преобразователя. Осо-
бенность КН состоит в низком входном сопротивлении (то-
ковый вход) п построении усилительного каскада по схеме
с общей базой для достижения максимального быстродей-
ствия. Стабилизация рабочих потенциалов схемы обеспечи-
вается вспомогательным ОУ, в цепи частотной коррекции
которого (вывод 34) включается внешний конденсатор.
Вход КН защищен от перегрузок ограничителем на встреч-
но включенных диодах.
218
Токовые переключатели в совокупности с матрицей дво-
ично взвешенных резисторов (эквивалентное сопротивление
600 Ом) образует восемь .младших разрядов ЦЛП. Выходы
четырех старших разрядов ЦЛП, выполненных по принци-
пу декомпозиции, коммутируются 15 идентичными токовы-
ми переключателями, управляемыми от РПП через дешиф-
ратор двоичною кода в единичный. Такое структурное по-
строение ЦЛП определяет внешний вид статической
передаточной характеристики преобразователя в целом.
Она состоит из 16 однородных участков, «сшиваемых» па
уровнях ступеней преобразования, кратных 256.
Токозадаюптнй резистор ЦАП соединен с выводом 26
и может подключаться к внутреннему или внешнему ИОН.
Подключение к ИОН вывода 31 позволяет перевести ЛЦП
в биполярный режим работы.
Номинальный рабочий ток ЦАП (при условии, что все
токовые переключатели открыты) составляет 5 мА.
Встроенный ИОН объединяет элементы стабилизации,
частотной компенсации, фильтрации. Это позволяет снизить
уровень шумов ЛЦП, вносимых по цепи К выходу
ИОН (вывод 26) допускается подключение внешнего кон-
денсатора фильтрации емкостью до 0,47 мкФ. Ток в цепи
выхода ИОН в униполярном режиме не более 2,5 мА.
Внутренний ГТИ способен работать как в автоколеба-
тельном режиме, так и под воздействием внешних тактовых
сигналов. Способ подключения внешних частотозадающих
элементов показан па рис. 3.62. В целях повышения ста-
бильности частоты следования ТИ вместо внешнего кон-
денсатора к выводу 1 БИС подключается кварцевый резо-
натор с резонансной частотой не более 7,3 МГц (например,
РК170В).
Сигналы внешнего ТГИ с ТТЛ уровнями подаются на
вывод 2. Тогда вывод 1 подключается к обшей шипе (циф-
ровая земля). Длительность внешних ТИ не 60 нс.
Временная диаграмма работы АЦП К1108ИВ2 во мно-
гом аналогична диаграмме БИС К1108ПВ1 Преобразова-
ние в нем происходит за 14 тактов, причем первый такт от
момента запуска служебный. В течение этою такта допус-
кается изменение амплитуды сигнала па входе АЦП.
Управление БИС по тактовому входу (вывод 2), входу
запуска (вывод 3) и входу разрешения считывания (вывод
4) осуществляется сигналом логический 0. В АЦП выраба-
тываются сигналы конца преобразования RAD (вывод 18)
и переполнения FS (вывод 5). Сигнал FS с уровнем логи-
219
Рис 3.62. Типовая схема включения БИС ЛЦП К1108ПВ2 в режимах
униполярного и биполярного (с учетом штриховой линии) преобразо
вапня с внутренними (а) и внешними (б) ГТИ и ИОН
0,-10 кОм; С,-39 пФ Сг-С6. С,. С.о-0,47 мкФ: Ст-0.1 мкФ; G.-0.15 мкФ;
б для (а); Ci—Cs, Со, Со—0,47 мкФ; Cs—0.1 мкФ; С, —0,13 мкФ.
Р/ЛД,-±2.5 В для (б)
Применение: Из за изменений в БИС следует подключать: С2 к выводу 35,
вход 0/cci между С2 и СЗ, С8 к выводу 22 (на рис. я), вход С' % к вывод)* 21,
С7 к выводу 22 (иа рис б)
ческая / появляется при считывании результата преобра-
зования, если амплитуда входного сигнала АЦП превыша-
ет допустимое значение на 1 МР.
Задержки сигналов управления относительно ТИ в .АЦП
КЦ08ПВ2 на 10—20 ис превышают аналогичные задержки
для АЦП 1<1108ПВ1 (см. рис. 3.53). Среднее квадратическое
220
значение межкодовых
шумов БПС К1Ю8ПВ2
не превышает 0,1—0,15
значения МР при /с —
=2 мкс. Дальнейшее
уменьшение tc приво-
дит к резкому сокра-
щению ширины 3071-й
ступени преобразова-
ния, а также других
ступеней, кратных 256.
Типовые зависимо-
сти основных парамет-
ров БПС АЦП
К1Ю8ПВ2 от напряже-
ний источников пита-
ния, температуры окру-
жающей среды, емко-
сти внешнего конденса-
тора показаны на рис.
3.63—3.65.
а)
Рис. 3 64. Зависимости нелинейности и дифференциальной нелинейности
(«), опорною напряжения (б), токов потребления от источников нша-
иня (в, г), абсолютной погрешности преобразования в конечной точке
шкалы (д) БИС АЦП К1108ПВ2 от изменения температуры
Рис. 3 63. Зависимости абсолютной погрешности преобразования в ко-
нечной точке шкалы (а, о), нелинейности и дифференциальной нелиней-
ности (б) БИС ЛЦП К1108ПВ1 от изменения напряжения источника пи-
тания
221
Рис. 3 65. Зависимости иелппсйпости и дифферечиналшюй нелинейности
от изменения времени преобразования (а) и времени преобразования (б)
БИС ЛЦП К1Ю8ВП2 от значения емкости внешнего конденсатора
Из опыта следует, что наиболее чувствительным пара-
метром АЦП к изменению напряжения питания и темпера-
туры окружающей среды является Ц;о. Поэтому применение
БИС КИ08ПВ2, например, в измерительной аппаратуре
требует тщательной калибровки по этому параметру н ис-
пользования источников напряжения питания с разбросом
не более ±1 % относительно номинального значения.
В подавляющем же большинстве случаев АЦП рассмат-
риваемого типа эксплуатируются совместно с источниками
питания Цс! = 5 В и =—6 В с допустимыми отклоне-
ниями ±5%. Мощность потребления БИС не превышает
1,3 Вт.
Порядок подключения и отключения источников напря-
жения для АЦП КП08ПВ2 аналогичен таковому для БИС
К1108ПВ1.
Монтаж микросхем на печатных платах производится
с разделением шин аналоговой и цифровой земли. Развод-
ка электрических цепей производится шипами минимальной
длины и по возможности с использованием экранирования.
Питание аналоговой и цифровой частей БИС обеспечи-
вается подсоединением выводов 20 и 21 к одному неточна
ку Ucc2 Последовательно с выводом 21 допускается под-
ключение резистора фильтра сопротивлением 2—3 Ом.
Блокировочные конденсаторы по цепям питания включа-
ются в непосредственной б шзости от соответствующих вы-
водов микросхемы. Соединение незадействованных выводов
БИС с источниками электрических сигналов, равно как
и их закорачивание на землю, недопустимы.
222
Области применения ИС АЦП КН08ПВ2 те же, что
и у ИС ЛЦП К1108ПВ1. В то же время четырехкратное
превышение по точности К.1108ПВ2 привлекает к ней боль-
шее внимание со стороны разработчиков РЭЛ для исследо-
ваний в области космического пространства, гидроакусти-
ки, физических процессов и в ряде других перспективных
областей науки и техники. Так, ИС ЛЦП К1108ПВ2 успеш-
но применена в спектрометре аппарата «Фобос» для дистан-
ционного исследования химического состава атмосферы
Марса методом наблюдения Солнца во время захода.
3.3.3. МИКРОСХЕМА АЦП К1113ПВ1
Полупроводниковая БИС функционально завершенного
АЦП типа К1113ПВ1 (Л, Б, В) предназначена для приме-
нения в электронной аппаратуре в составе блоков аналого-
вого ввода. Микросхема выполняет функцию 10-разрядно1 о
аналого-цифрового преобразования однополярного или би-
полярного входного сигнала с представлением результатов
преобразования в параллельном двоичном коде. Она со-
держит все функциональные узлы ЛЦП ПП, включая КН,
ЦАП, РПП, ЙОП, ГТИ, выходной буферный регистр с тре-
мя состояниями, схемы управления (рнс. 3.66 и 3.67). Для
ее эксплуатации необходимы только два источника питания
и регулировочные резисторы. Выходные каскады с тремя
состояниями позволяют считывать результат преобразова-
ния непосредственно на шину данных МП Несколько ЛЦП
могут обслуживать один МП, и наоборот. По уровням
входных и выходных логических сигналов ЛЦП сопрягает-
ся с цифровыми ТТЛ ИС. Классификация БИС по группам
А, Б. В проводится по значениям параметров бд (нелиней-
ность) и (дифференциальная нелинейность)
Микросхемы К1ПЗПВ1 изготавливаются по биполярной
технологии, модифицированной для совмещенного форми-
рования на кристалле биполярных транзисторов, а также
элементов инжекционной логики и тонкопленочных преци-
зионных резисторов. Технология позволяет разместить в од-
ной БИС большое число цифровых элементов и выполнить
аналоговые узлы с высоким уровнем параметров. В процес-
се производства осуществляется настройка ЛЦП до требуе-
мых значений электрических параметров путем подгонки
сопротивлений тонкопленочных резисторов лазерным лу-
чом.
Микросхемы КШЗПВ1 выпускаются в 18-выводпом
223
Pirc. 3.66 Функциональная электрическая схема БИС АЦП К1113ПВ1
герметичном металлокерамическом корпусе типа 238.18-1
с вертикальным распо южением выводов.
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1—2—
цифровые выходы 8—/; 9 — цифровой выход 1 (СР); 10 —
напряжение источника питания UCci\ li — гашение и пре-
образование; 12—напряжение источника питания UCC2',
13—аналоговый выход; 14 — общий (аналоговая земля);
15— управление сдвигом нуля; 16 — общин (цифровая зем-
ля); 17 — готовность данных; 18 — цифровой выход 10
(МР).
Номинальные значения напряжений источников питания:
221
Га ш ени е/преобразование
-Пуск
п) еабра -
задания
Сброс
разрядных
/ВыхаВоВ
Емко
Готовность данных
шиимун
Рис. 3.67 Временная диаграмма работы БИС АЦП К1113ПВ1
Основные электрические параметры при температуре
окружающей среды 25 ic 10 =С и номинальных напряжениях
в конечной точке шкалы 10 В (в режиме униполярного тока)
и ± 5 В (в режиме биполярного тока)
Не менее 11с более
Число разрядов b....................' . . 10 —
Нелинейность 6 т, %-
КН13ПВ1Л............................... —0,1 0 1
К1ПЗПВ1Б............................. —0,2 0,2
i К1113ПВ1В................... ... —0 4 0,4
I Дифференциальная нелинейность 6i.о, %.
КН13ПВ1А . .... ... —0,1 0.1
КН13ПВ1Б . . . . —0,2 0,2
К1НЗПВ1В . . . . ...........—0,4 0,4
Абсолютная погрешность преобразования в ко-
нечной точке шкалы бГ!. МР:
в режиме униполярного тока................ —40 40
в режиме биполярного тока............ —20 20
Напряжение смешения нуля па входе £/,©, мВ —30 30
Время преобразования tc, мкс............. —
Токи потребления lc iUccb мА............. — 10,'20
Предельно допустимь е значения электрических режимов
эксплуатации
Не менее Не более
Диапазон униполярного входного напряжения
UiRNi, В . . . . ... .... 0 10,5
Диапазон биполярного входного напряжения
Vгв№, В...................................... 5,5 5,5
15—385 225
Рис. 3 69 Зависимость времени
преобразования от температуры
БИС АЦП КП13ПВ1
Рис 368. Зависимости от изменения напряжении питания абсолютных
погрешностей преобразования в конечной точке шкалы при униполярном
(6r»i) и биполярном (firsz) напряжении иа входе БИС АЦГ1 КП13ПВ1
£Лс1=5 В±5% и Ucc2——15 В±5%. Диапазоны их пре-
дельных изменении составляют 4,5 В^6/сс|^5,5 В
и — 16,5 В<Ссс2<—13,5 В.
Типовые зависимости основных электрических парамет-
ров приведены на рис. 3.68 и 3.69.
В БИС КП13ПВ1 выходной ток ЦАП сравнивается с то-
ком, протекающим через входной резистор от источника
сигнала. Тем самым формируется логический сигнал управ-
ления РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществ-
ляется встроенным ИОН на основе стабилитрона со «скры-
той» структурой.
Включение ЛЦП в режиме работы с униполярным вход-
ным напряжением предполагает подсоединение вывода 15
к цифровой земле (вывод 16). При этом на выходе встро-
енного ЦАП задается ток, равный току СР, но противопо-
ложной полярности. При работе АЦП с биполярным вход-
ным напряжением электрические сигналы на вывод 15 не
подаются.
Тактирование РПП обеспечивается импульсами встро-
енного ГТИ с частотой следования 300—400 кГц. Установ-
ка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преоб-
разования производятся по внешнему сигналу Гашение
и преобразование. По окончании преобразования АЦП вы-
рабатывает сигнал Готовность данных и информация из
РПП поступает на цифровые выходы через каскады с тре-
мя состояниями. Временные диаграммы входных и выход-
ных сигналов приведены на рис. 3.67.
226
Рис 3 70 Рекомендуемые схемы включения БИС АЦП К1113ПВ1 при
униполярном (штриховая линия) и биполярном напряжениях на входе
(а), регулировке напряжения полной шкалы (б), регулировке напряже-
ния смешения нуля в диапазоне ±0,3 % (в) н ±0,05 % U) полной шка
лы. управления сдвигом нуля (д)
VD1—VD3 — диоды типа КД503А
При необходимости напряжение Uor.v может быть дове-
дено до значения 10,24 В с помощью резистора с перемен-
ным сопротивлением до 250 Ом.
Рекомендуемые схемы включения микросхемы АЦП
КП13ПВ1 показаны на рис. 3.70. Внешние резисторы поз-
15*
227
управления
Рис. 3.71. Фрагмент пришншиалы'Ой электрической схемы АЦП с пла-
вающей запятой на основе БИС КН13ПВ1
воляют регулировать напряженке в конечной точке шкалы
и пуля в пределах ±3 МР.
Напряжения от источников питания и входных сигналов
подаются на БИС ЛЦП К1113ПВ1 в следующей последова-
тельности: потенциал земли, напряжения питания Ucci
и Ucc2, напряжение на входы управления, входное аналого-
вое напряжение. Порядок снятия напряжений обратный.
Допускается их одновременная подача и снятие.
Одним из вариантов применения БИС АЦП К1ПЗПВ1
является функционирование в составе высокопроизводи-
тельных прецизионных АЦП с плавающей запятой, реали-
зующих принцип адаптивного усиления измеряемого сиг-
нала с последующим преобразованием в цифровую форму.
Фрагмент принципиальной электрической схемы такого
АЦП показан на рис 3.71 Микросхема К1113ПВ1 исполь-
зуется в нем для выделения кода мантиссы. Сигнал с выхо-
да УВХ на ОУ А1 (ИС К154УДЗ), А2 (половина ИС
КР590КН4) и АЗ (ИС К544УД1А) поступает на вход АЦП.
Масштаб преобразования устанавливается резистором с со-
противлением 100 Ом, а динамический диапазон соответст-
вует ^-разрядному аналого-цифровому преобразованию
[75].
В числе других типов БИС АЦП К1113ПВ1 позволяют
расширить доступ к персональным ЭВМ (ПЭВМ), напри-
мер, к таким, как «Электроника БК-0010». Устройства свя-
зи с объектом (УСО) на основе АЦП значительно дешевле,
чем серийно выпускаемые «Электроника 15КА-60/8 10»
и «Электроника 15ПрЛ-13/001».
Микросхема К1ПЗПВ1, включенная по типовой схеме
совместно с аналоговым мультиплексором К561КП2 и бу-
228
ферным повторителем на ИС ОУ К140УД7, образует одно
нз таких УСО для управления медленно действующей тех-
нологической установкой [76], которое обеспечивает ввод
аналоговых сигналов по восьми каналам и вывод по одному.
В другом варианте УСО [77], необходимом для автома-
тизации технологического процесса изготовления стекла,
АЦП КП 13ПВ1 применен с двумя 8 канальными мульти-
плексорами К564КП2. Согласование КМОП входных уров-
ней адресации с ТТЛ уровнями порта вывода ПЭВМ «Элек-
троника БК-0010» обеспечено ЦИС К133ЛН5.
Эксплуатационные характеристики БИС АЦП К1113ПВ1
позволили эффективно применять ее в сложном широкодпа-
пазонном спектрометре (область излучений от ультрафио-
летовых до инфракрасных), который использовался при ис-
следовании кометы Галлея в рамках международной про-
граммы «Вега».
Глава 4
Интегрирующие АЦП и ЦАП
4.1. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ АЦП
4.1.1. МИКРОСХЕМЫ К$72ПВ2 И КР572ПВ2
Полупроводниковые БИС интегрирующего АЦП типа
К572ПВ2 (А, Б, В) н КР572ПВ2 (А, Б, В) предназначены
для применения в измерительной аппаратуре различного
назначения. Совместно с ИОН, несколькими резисторами
и конденсаторами они выполняют функцию АЦП двойного
интегрирования с автоматической коррекцией нуля и опре-
делением полярности входного сигнала [4].
Микросхемы выполнены в объеме одного кристалла по
КМОП технологии (с поликремпиевым затвором) и постав-
ляются потребителям в герметичном металлокерамическом
корпусе типа 4134.48-2 с планарным расположением выво-
дов (К572ПВ2) и в пластмассовом прямоугольном корпусе
типа 2123.40-2 с вертикальным расположением выводов
(КР572ПВ2).
Классификация микросхем К572ПВ2 и КР572ПВ2 по
229
группам А, Б, В производится по погрешности преобразо-
вания б.
Нумерация и назначение выводов микросхем КР572ПВ2
(К572ПВ2): 1 (24) — напряжение питания Uccl; 2
цифровой выход d\\ 3 (26) — цифровой выход с,; 4
цифровой выход Ь{\ 5 (28) —цифровой выход а<; 6
цифровой выход ft; 7 (30) —цифровой выход gc, 8
цифровой выход 9 (32) —цифровой выход d10; 10
цифровой въ'ход с(0; 11 (34) —цифровой выход
(35) — цифровой выход а10; 13 (36) — цифровой выход f)0;
14 (37) — цифровой выход 110; 15 (38) — цифровой выход
rfioo; 16 (39) — цифровой выход Ь100-, 17 (40) — цифровой
выход f1C0; 18 (41) — цифровой выход /юо; 19 (42) — циф-
ровой выход бсюоо; 20 (43) — цифровой выход glOoo; 21
(44) — цифровая земля; 22 (45) — цифровой выход £1Оо‘,
23 (46) — цифровой выход а100; 24 (47) — цифровой выход
Гюо; 25 (48) — цифровой выход g10; 26 (3) — напряжение
питания Ucc2‘, 27 (4) — конденсатор интегратора С„пт; 28
(5)—резистор интегратора /?1111Т; 29 (6) — конденсатор
автокоррскции Сак; 30 (7) — аналоговый вход 1, низкопо-
тенциальный; 31 (8) — аналоговый вход 2, высокопотсн-
циальпый; 32 (9)—общий аналоговый выход; 33 (10) —
опорный конденсатор Соп; 34 (11) —опорный конденсатор
Соп; 35 (12) —опорное напряжение Uref', 36 (13) —опор-
ное напряжение UREf', 37 (20) — контрольный вход; 38
(21) —конденсатор генератора ТИ Ст.„; 39 (22) — резистор
генератора ТИ 40 (23) —генератор ТИ; 1, 2, 14—19—
не за де йст во в а и и ые в ы во д ы.
Функциональные электрические схемы аналоговой
и цифровой частей БИС показаны па рис. 4.1, а и 4.2.
Результат преобразования АЦП двойного интегрирова-
ния представляется цифровым кодом Л\, эквивалентным
среднему значению напряжения па аналоговом входе, пре-
образуемому за фиксированный интервал времени Тх в со-
ответствии с выражением
у у
\Ux(t)dt = \UREFdx,
о о
откуда Tx = UxTq/UReF, где Тй — фиксированный интервал
интегрирования напряжения на аналоговом входе; Тх—
интервал интегрирования UREF; Ux — среднее значение на-
пряжения па аналоговом входе.
Число тактовых импульсов постоянной частоты fT.u со-
(25) -
(27) -
(25)-
(31)-
(33)-
bi0', 12
230
Рис 1 1 Ф нкииональиая электрическая схема аналоговой части БИС
АЦП К572ПВ2 (а) и временная диаграмма ее работы (б)
ответствует коду Nx, как NX=UXTO f т.п/Ur^f. Для
К572ПВ2 п КР572ПВ2 Л'о=1ООО. Тогда Nx= 103 UXIUREF.
Цифровая информация на выходе микросхем представ-
ляется в специальном коде, предназначенном для непосред-
ственного управления 3,5-декадным цифровым табло с 7-
сегмеитиыми полупроводниковыми индикаторами. Диапа-
зон входного сигнала определяется значением внешнего
опорного напряжения и соотношения Ц/я№ ± 1,999Цдгг.
Текущие показания цифрового табто соответствуют 1000Х
X (Uirn/Urcf). В процессе производства БИС проводится
контроль параметров при Ц«£к=1,0 В и 0,1 В.
Под погрешностью преобразования 6 понимается раз-
ность между номинальным значением выходного кода БИС
п значением, установленным после преобразования посто-
янного напряжения от эталонного источника.
231
Рис 4 2. Функциональная электрическая схема цифровой части БИС АЦП
К572ПВ2
Основные электрические параметры микросхем БИС К572ПВ2
и КР572ПВ2 при температуре окружающей среды 25±10°С
и нестабильности Uuf.f за время их измерения ±0,2 %
Нс менее Не более
Число десятичных разрядов g ...... 3,5 —
Токи потребления /сг1, /СС2> мА........... — 1 >8
Выходной ток разрядов в lot, мА................ 5 —
Выходной ток старшего разряда /ог. мА . . 10 —
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
СМР, дБ....................................... 100 —
Погрешность преобразования б, ед. счета:
группа Л................................... —
группа Б..................................... — 3
группа В..................................... — °
Значение СМР подтверждается измерением при син-
фазном напряжении па входе не более ±1 В.
Микросхемы К572ПВ2 и КР572ПВ2 работают при по-
даче напряжения от источников питания L,cci=5 В±5 %
И t/cc2 = —5 В±5 %.
232
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Не непсе Пе Солее
Входное напряжение t/f, В.................... —2 2
Опорное напряжение Uhf.f, В..................... 0,1 1
В предельном режиме эксплуатации должны выпол-
няться следующие условия: 3,5 B^(/Cci^5,5 В; —9 В^
—3,5 В;
Ucci < < Vca, UCC2 < Uref < Uccl.
Типовые зависимости электрических параметров БИС
АЦП от внешних воздействующих факторов представлены
на рис. 4.3.
Микросхемы имеют дифференциальные входы для ана-
логового сигнала и ИОН. Это позволяет измерять напря-
жения, «плавающие» относительно источника питания,
и устранять синфазные помехи в цепях входного сигнала
и опорного источника. Коэффициент ослабления синфазно-
го напряжения БИС не менее 50 мкВ/В.
Входное сопротивление 20 МОм АЦП для дифференци-
ального и синфазного сигналов определяется практически
только токами утечки по элементам монтажа и корпуса.
Длительность цикла преобразования может изменяться
выбором внешних времязадающих элементов ТГИ или из-
менением внешней тактовой частоты. Период циклов пре-
233
образования связан с тактовой частотой }тп соотношением
7, = 16.107тп-
Выходной ток, приходящийся на сегмент полупровод-
никового индикатора, в БИС не ниже 5 МА. При работе
с цифровыми жидкокристаллическими индикаторами ЖКИ
(в модификационном варианте БИС—ЖКИ) выходными
каскадами вырабатывается сигнал меандра с частотой
100 Гц и амплитудой не менее 4 В.
Без использования внешнего делителя АЦП обеспечи-
вают преобразование в диапазоне входных напряжений
±200 мВ либо ±2,0 В. Выбор U/Rfi производится измене-
нием значения L/rev и постоянной времени интегрирования,
равной То.
Токи утечки по входу БИС составляют порядка 10Х
ХЮ’12А, а частота преобразования 3—12 преобразований
в 1 с.
Особенностью АЦП является наличие внутреннего ис-
точника опорного потенциала, который используется во
всех проводимых аналоговых операциях. Источник выведен
через вывод Общий и предназначен для подключения к об-
щей шине источника входного сигнала. Относительно этого
потенциала производится отсчет синфазной составляющей
дифференциального входного сигнала. При питании преоб-
разователя от батарей или вторичных источников питания,
не соединенных с общей шиной (когда не предъявляются
жесткие требования к точности измерения), источник внут-
реннего опорного потенциала может быть использован
в качестве ПОП.
Цикл измерения состоит из трех фаз: интегрирования
сигнала (ИНТ), разряда интегрирующего конденсатора
(РИ) и автоматической коррекции пуля (ЛК). Каждой
фазе соответствует определенная коммутация элементов
микросхемы, выполняемая с помощью ключей па К-ЧОП
транзисторах. На функциональной схеме рис. 4.1, а эти
ключи упрощенно обозначены кружками. Надпись около
кружка обозначает фазу, в течение котороп ключ замкнут.
Длительность фазы пропорциональна периоду тактовой
частоты и точно задается цифровым счетчиком, входящим
в состав цифровой части кристалла (см. рнс. 4.2).
В течение фазы ИНТ, длящейся 4-10* периодов такто-
вой частоты, входной сигнал через ключи и буферный ОУ
подается на вход интегратора. Это вызывает на конденса-
торе Спит накопление заряда, пропорционального по значе-
нию и соответствующего по знаку приложенному входно-
231
му напряжению. Напряжение на выходе ОУ интегратора
изменяется с постоянной скоростью, пропорциональной
входному сигналу. Предположим, что к моменту начала
фазы IIHT заряды на конденсаторах Синт и Сак и напря-
жения смещения нуля усилителей н КН равны нулю. Так
как входной ток ОУ интегратора мал, то изменения заряда
на конденсаторе Сак не происходит, и он фактически не
оказывает влияния на процесс интегрирования. Конденса-
тор Сс„ заряжается от ИОН до его напряжения. В конце
фазы ИНТ с помощью КН определяется знак входного на-
пряжения по знаку напряжения на выходе ОУ интеграто-
ра. Чувствительность КН такова, что обеспечивает пра-
вильное определение полярности входного сигнала, даже
если сигнал составляет долю единицы отсчета. Прираще-
ние напряжения па выходе ОУ интегратора за время инте-
грирования составит
= UЛинт '/^П11Т^'ПНт fT H’
где U/rn — напряжение, приложенное к выводам 31 (8)
п 30 (7); Л'цнт — число периодов тактовой частоты в фазе
ИНТ.
Очевидно, что амплитуда выходного напряжения бу-
ферного усилителя и ОУ интегратора не должна превышать
±2 В — границы линейною участка выходной характери-
стики ОУ. Отсюда вытекает условие, определяющее опти-
мальное значение элементов интегратора:
₽ИПТСИ111 - (2 -ь 4).jO3CW(t/a- 1В)/ТИ,
где Ua — напряжение аналогового выхода 32 (9), замерен-
ное относительно положительного источника питания мик-
росхемы. Минимальное значение сопротивления RllIvr опре-
деляется нагрузочной способностью ОУ и составляет ори-
ентировочно 40 кОм. Максимальное значение выбирается
приблизительно равным 500 кОм, чтобы можно было пре-
небречь токами утечки по печатной плате.
При равенстве напряжения на выходе интегратора
в конце фазы ИНТ входному напряжению се длительность
определяется произведением С1|ПТ/?и.чт.
Для устранения влияния синфазных напряжений пер-
вый аналоговый вход 30 (7) БИС рекомендуется объеди-
нить со входом первого опорного напряжения 35 (12) н об-
щим аналоговым низкопотепциальным выходом 32 (9).
При переходе схемы в фазу РИ входной сигнал на ин-
тегратор не подается. К нему подключается конденсатор
235
Con, заряженный до значения опорного напряжения и ори-
ентированный по полярности таким образом, чтобы проис-
ходил разряд конденсатора Синт. Разряд длится до тех
пор, пока конденсатор СИ|1Т не разрядится полностью, т. е.
напряжение па выходе ОУ интегратора не станет равным
нулю. В этот момент подключенный параллельно конденса-
тору СИН1 КН срабатывает и прекращает фазу РИ. Изме-
нения зарядов конденсаторов Сак и Соп практически не
происходит. Время разряда конденсатора С|1НТ, выражен-
ное через число периодов тактовой частоты, составит
Wp.mrr = UlRV ^uh^U REF-
Задание длительности фазы ИНТ и подсчет длительно-
сти фазы РИ производятся цифровым счетчиком, фиксиру-
ющим периоды тактовой частоты с предварительным деле
нием ее на 4 Соответственно длительность фазы ИНТ со-
ставляет 103 тактов счета, т. е. /У1111Т= 1000, а длительность
фазы РИ может изменяться от пуля до 1999 тактов счета.
Переключение БИС в режим АК происходит по запол-
нению счетчика длительности фазы РИ в ее цифровой час-
ти, если до этого не произошло срабатывание КН. В тече-
ние фазы ЛК аналоговые входы микросхем отключены or
внешних цепей и подсоединены к внутреннему источнику
опорного потенциала. Одновременно выход К.Н переклю-
чается на вход ОУ интегратора. Образованная таким об-
разом следящая система заряжает конденсаторы Сак и СННт
до зарядов, компенсирующих смещение нуля аналоговых
устройств. Данную систему можно рассматривать как еди-
ный операционный усилитель АЗ с коэффициентом К1К2
(см. рис. 4.1). При замыкании переключателя ЛКо.о.с уси-
лительная система охватывается единичной отрицательной
обратной связью (ООО). В результате этого после завер-
шения переходных процессов напряжения во всех точках
системы должны установиться равными нулю (если пред-
положить, что усилители и КН не имеют напряжения сме-
щения пуля). В действительности это не так. Поэтому кон-
денсаторы Сак и Си„т к моменту включения фазы АК. мо-
гут быть заряжены. Схема позволяет устранить влияние
этого фактора.
Предположим, что КН имеет некоторое напряжение
смещения нуля ЙСм.к. В результате КН прервет фазу РИ
не в момент времени, когда выходное напряжение инте-
гратора Свых.инт—0, а когда Пвых.ннт— Псм.к- При отсутст-
вии схемы АК это привело бы к ошибке в определении
236
входного напряжения па исы к пли на 2000 Г/см.к/^Лшт еди-
ниц счета. В рассматриваемой схеме благодаря ООС в те-
чение фазы АК происходи! заряд конденсатора С„тн до на-
пряжения, равного t/см.к- Этот компенсирующий заряд
сохраняется неизменным в течение фаз ИН Г и РИ. В ре-
зультате погрешность за счет (7См.к полностью устраняется.
Аналогично устраняется влияние напряжения смещения
нуля усилителей. В этом случае компенсирующий заряд
накапливается па конденсаторах Сак, С11НТ. Погрешность
за счет напряжения смещения нуля и его температурно! о
дрейфа, приведенная к входу, не превышает для БИС
К572ПВ2 (КР572Г1В2) 10 мкВ.
Более сложно происходит автокомпенсация заряда па
конденсаторе Синт, если к моменту начала фазы АК па нем
имеется пеустановйвшийся заряд. Это может быть следст-
вием задержки в срабатывании КИ, задержки в восприя-
тии выходного сигнала КИ цифровыми схемами, связанной
с ожиданием очередного тактового импульса, значительно-
го заряда конденсатора CllHT в фазе ИНТ из-за перегрузки
АЦП входным сигналом. Задержка срабатывания КИ по-
стоянная и невелика по сравнению с длительностью тактов
счета. Задержка в восприятии сигнала КИ может иметь
значение от 0 до 1 ед. счета. Поэтому пескомпенснрованное
напряжение иа Синт не превышает, как правило, 1—2 ед.
счета. Нескомпепсироваииое напряжение, возникающее
в результате перегрузки преобразователя выходным сигна-
лом, может иметь значение, эквивалентное сотням единиц
счета, и сопровождается длительным переходным процес-
сом.
Предположим, что к моменту перехода схемы в фазу
АК на конденсаторе С1!КТ имеется некоторое нескомпенси-
роваиное напряжение [71|К. При замыкании переключате-
ля ZKko.c (см. рис. 4.1, а) это напряжение окажется при-
ложенным ко входу ОУ интегратора (напряжение на вхо-
де КН в системе с ООС не может значительно отличаться
от нуля, а конденсатор Сак не заряжен), и система окажет-
ся в разбалансированном состоянии. Это вызовет ток с вы-
хода КН через конденсаторы Сак и Сипт. Перезаряд этих
конденсаторов будет происходить до тех пор, пока напря-
жение на выходе ОУ интегратора не станет равным нулю
и система войдет в равновесное состояние.
Далее происходит разряд конденсаторов до напряже-
ний, соответствующих смещению нуля усилительных уст-
ройств. Разряд осуществляется через резистор /?иит с по-
237
стоянкой времени тР=7?ицТ(СННт+Са1() Так как длитель-
ность фазы ИНТ т11Нт=/?интС’и11Т, то по окончании фазы ЛК
на конденсатор Спнт остается часть UnK. Остаточное напря-
жение в случае перегрузки преобразователя по входу оп-
ределится из соотношения
t/OCT = 0,63(/IIK(l + Сак/С11(1т)3
Для уменьшения погрешности, вызываемой нескомпеиси-
рованпы.м напряжением, желательно выбирать Сак>СИНт.
В частности, при Сак/С11НТ=2 остаток напряжения будет
менее 0,11/цк. При работе преобразователя в линейной об-
ласти остаточное напряжение иа СИ11Т не может быть боль-
ше 0,2 ед. счета.
Если на преобразователь подается входное напряжение,
изменяющееся скачкообразно от значения, выходящего за
пределы линейного участка шкалы, до значения, соответ-
ствующего этому участку, то в течение нескольких первых
циклов преобразования остаточное напряжение на конден-
саторе С1ШТ может вносить значительную погрешность в из-
мерение Влияние перегрузки полностью устранится толь-
ко через 4—5 периодов преобразования. Это свойство
схемы ЛК преобразователен К572ПВ2 и КР572ПВ2 необхо-
димо учитывать при использовании их в автоматизирован-
ных системах, если выходной код используется для записи
информации в ЭВМ.
При эксплуатации микросхем К572ПВ2 и КР572ПВ2
могут наблюдаться некоторые другие погрешности, связан-
ные с их схемотехническими особенностями Эти погреш-
ности образуются при увеличенных значениях паразитных
емкостей монтажа относительно выводов Спп, Сяк, СС|Нт.
На рис. 4.1 а критичные паразитные емкости монтажа по-
казаны штриховой линией.
Наличие паразитных емкостей СП1 и Сп2 может вызвать
несимметрию показаний результата измерений равных, по
разнополярных напряжений на аналоговом входе. Этот
эффект проявляется в большей степени, если между выво-
дами 35 (12) и 32 (9) приложено синфазное напряжение.
Его механизм сводится к перераспределению зарядов меж-
ду СОп, СП1 и Сп2, из-за чего напряжение на Соп либо
возрастает, либо уменьшается на некоторое значение
в зависимости от полярности подключения конденса-
тора.
Несимметрия показаний преобразователя для напряже-
ний вблизи конечной точки диапазона входных напряже-
238
пни определяется соотношением
Л6' = 2-10* U' (Сп1 -Ь Cu2)/Uref Cod,
где U' — синфазное напряжение (согласно рис 4 1, а). Эта
погрешность особенно ощутима, если ИОН не соединен
соответствующим образом с общей шиной. При соединении
одного из выходов ИОН с выводом Общий и при Соп =
=0,1 мкФ суммарная паразитная емкость Cni+Cn2= 5 пФ
вызывает дополнительную погрешность за счет несиммет-
рии показаний преобразователя не более 0,1 ед счета.
Наличие синфазного входного напряжения между вы-
водами 30 (7) и 32 (9) БИС приводит к появлению эффек-
та, подобного смещению нуля или пропуску кода вблизи
нулевого значения характеристики преобразования. Его
причиной становится наличие паразитных емкостей Сн3
и Сп4 при постановке АЦП па плату. Паразитная емкость
в 10 пФ при Сак=0,47 мкФ создает смещение нуля около
40 мкФ Этот эффект не проявляется, если вывод 21 (4-1)
Общий соединен с выводом пнзкопотенциального аналого-
вого входа 30 (7).
Влияние паразитных емкостен проявляется и в возник-
новении дополнительного заряда на конденсаторе Сак.
Этот заряд становится источником погрешности преобразо-
вания, определяемой из соотношения
Д6 = (2 • 10^С/Оинт) U (Спз/Сак + (Спз + Си4)/С1:11т1,
где О о инт — напряжение на выходе интегратора, соответ-
ствующее конечному значению диапазона преобразуемого
входного сигнала; U—синфазное входное напряжение.
Эта же паразитная емкость может привести к непра-
вильному определению полярности входного напряжения
при малых (несколько единиц счета) его значениях. При
переходе напряжения из отрицательной полярности в по-
ложительную наблюдается «скачок» отсчета Если Синт=
=0,22 мкФ, Сак=0,047 мкФ 1//ЛЛГ=2,0 В и Сп4 = 10 пФ,
то эта погрешность может достичь 0,5 ед счета. Аналогич-
ный эффект создает паразитная емкость между выводами
резистора 7?„Нт- Для уменьшения этой погрешности необ-
ходимо применять элементы с минимальными размерами
и оптимизировать их расположение.
Тщательная разработка конфигурации проводников на
печатной плате позволяет уменьшить значения паразитных
емкостей и ослабить их влияние на процесс преобразова-
ния. Одной из эффективных мер представляется защша
239
29(6) 28(5) 27(9).
Рис. 4 4 Внешний вид защит-
ной дорожки при постановке
БИС АЦП К572ПВ2 на печат-
ной плате
Рис. 4.5 Способы подачи так-
товых импульсов на БИС АЦП
К572ПВ2
/ — от внешнего генератора; II—с
использованием кварцевого резона-
тора, III—с помощью RC цепочки
выводов микросхемы дорожкой на печатной плате (рис.
4 4).
При преобразовании сигналов, измеряемых относитель-
но земли, выводы 30 (7), 32 (5) и 35 (12) микросхемы не-
обходимо подключить к общей шине 21 (44).
При измерении сигналов, «плавающих» относительно
земли, вывод 32 (9) следует присоединять к точке изме-
ряемой схемы, обладающей максимальной емкостью отно-
сительно земли, при этом напряжение на дифференциаль-
ных входах не должно превышать допустимого значения.
Для достижения максимального подавления сетевой по-
мехи тактовая частота должна выбираться кратной часто-
те сети: 40, 50, 100, 200 кГц. Конденсаторы СцНТ и Сяк не-
обходимо выбирать с низкой абсорбцией в диэлектрике.
Рекомендуются конденсаторы типов К71-5, К72-9, K73-I6,
К73-17 и т. п. При работе с микросхемами необходимо со
блюдать правила подачи электрических режимов и меры
защиты, рекомендованные для других ИС серии К572. Fie
следует превышать предельные значения допустимых ре
жимов- С/СС1=5,5 В, исС2=—8 В. Для проверки работо-
способности выходных каскадов микросхемы предусмотрен
контрольный вывод 37 (20). При подсоединении его к ис-
точнику питания UCC] на цифровом табло должно появить-
ся значение —1888.
Максимальное число единиц счета преобразователя со-
240
ставляет ±1999. Прн превышении этого значения в экви-
валенте входного преобразуемого сигнала три младшие
цифры гаснут, а в старшем разряде остается единица.
Нагрузочная способность вывода 32 (9) БИС позволяет
подключать его к точкам с более низким потенциалом, на-
пример к выводу Общий 21 (44)', это может быть исполь-
зовано во многих применениях, в том числе при наличии
общих цепей питания БИС, источников входного и опорно-
го напряжения.
Временные характеристики БИС ЛЦП К572ПВ2 и
КР572ПВ2 задаются ГТИ и декадным счетчиком на 4000.
На практике рекомендуется ТИ подавать па вход 40
(23) одним из способов, показанных па рис. 4.5.
При работе от внешнего I ТИ импульсы подаются па вы-
вод 40 (23), а выводы 38 (21) и 39 (22) не используются.
Амплитуда импульсов пе превышает 5 В.
Для повышения стабильности частоты следования ТИ
применяется кварцевый резонатор BQ, подключенный меж-
ду выводами 39 (22) и 40 (23). Тогда элементы R3 и С5
не используются.
Тактовые импульсы с фиксированной частотой следова-
ния /т.н могут задаваться и с помощью /?С-цепочки (R3
и С5). В этом случае номиналы R3 и С5 выбираются из
соотношения 7?3С5»0,45//т.и, причем для всех частот реко-
мендуется применять резистор R3 с сопротивлением, рав-
ным 100 кОм.
Как следует из рис. 4.1,6, полный цикл преобразования
микросхемы длится 4000 периодов счетных импульсов, пли
16 000 периодов ТИ. Интервал интегрирования входного
сигнала постоянен и равен 1000 периодам счетных такто-
вых импульсов (СТИ). Интервал интегрирования UREF
в зависимости от значения напряжения на аналоговом
входе изменяется в интервале от нуля до 2000 периодов
ГТИ. Оставшийся интервал времени от 1000 до 3000 пери-
одов ГТИ необходим для автокоррекции преобразователя.
Емкость конденсатора Сак оказывает существенное
влияние на шумы преобразователя. Поэтому следует стре-
миться к выбору ее максимального значения в диапазоне
0,047—1,0 мкФ. Однако произвольно выбранное значение
Сак может повлиять на увеличение инерционности АЦП.
В связи с этим для входных напряжений до 2 В рекомен-
дуется использовать Сак=0,47 мкФ, а для напряжений до
0,2 В Сак=0,047 мкФ.
Конечное значение UIRN преобразователя связано с
16—385
24!
Uref соотношением Uir;j—2Uref- Исходя из значений
сЛрл'=0,2 В и С//ку==2 В, выбираются и значения L/ref=
=0,1 В и Uref=1 В соответственно. Разрешающая спо-
собность АЦП в этих режимах составит 0,1 и 1 мВ
Преобразователи способны работать с различными дат-
чиками и значениями Uref, отличными от указанных вы-
ше. Тогда выходной код АЦП будет соответствовать на-
пряжению на аналоговом входе, умноженному на опреде-
ленный коэффициент: NX — K-\Q'UX, где K=\fUref-
В некоторых схемах применения Uref является пере-
менной величиной, a Uir» —const. В этом случае мгновен-
ные значения выходного кода будут' обратно пропорцио-
нальны переменным значениям Uref: Nx—j (1/Uref) .
В БИС К572ПВ2 и КР572ПВ2 имеется возможность
смещения нулевой точки шкалы преобразования на неко-
торое значение. Для этого достаточно между низкопотен-
циальным аналоговым входом 30 (7) и аналоговым выхо-
дом 32 (9) включить источник смещающего напряжения,
а источник Uirn подключить между высокопотенциальным
входом 31 (S) и аналоговым выходом 32 (9). При этом ре-
зультат преобразования Nx будет связан £ значениями Ux
и Uи соотношением
Nx= 103 (UX + UB)1UREF.
В случае необходимости одно из напряжений питания
может быть получено с вывода 38 (21) самой же БИС, как
это показано, например, на рис. 4.6. Источник напряжения
питания Ucc2 может не использоваться, когда существуют
жесткие ограничения на амплитуду Uirn, находящуюся
в пределах ±1,5 В, а рабочая точка преобразования уста-
новлена вблизи центра линейного участка характеристики
АЦП.
Порядок подачи электрических режимов на БИС
К572ПВ2 и КР572ПВ2 следующий: потенциал земли — на-
пряжения питания Ucci и исс2 — опорное напряжение
Uref — напряжение на аналоговом входе Uirn. Порядок
снятия напряжений обратный.
Схема включения ЛЦП показана на рис. 4.7 на примере
использования БИС КР572ПВ2 в 3,5-декадном цифровом
вольтметре. В целях ослабления шумовых помех резистор
/?2 выбирается типа МЛТ-0,125 с номиналом 1 кОм, а кон-
денсатор СЗ типа КМ5 (КМ6) с номиналом 0,01 мкФ
При необходимости работы с другой тактовой частотой
242
Рис 4 6 Схема включения БИС АЦП К572ПВ2 с одним положительным
источником напряжения питания:
ПУ - преобраозпатель уровня на ПС К361ПУ1; VDI и VD2 - диоды КД521
Рекомендуемые номиналы элементов в схеме при f ,,=50 кГц
С,
С2
С3
С4
Су
Pt
Р-2
р*
REF мВ
0,22 мкФ±5%
0,47 мкФ±5 %
0,01 мкФ±20 %
1,0 мкФ±5 %
100 пФ ±5 %
47 кОм—5 %
I МО.м±20%
100 кОм ±5 %
C'REF _,-Q В
0,22 мкф±5 %
0,047 мкФ±5 %
0,01 мкФ±20%
0.1 мкФ+5 %
ЮО пФ±5 %
470 кОм ±5 %
1 МОм ±20 %
103 кОм ±5 %
значение емкости конденсатора CJ изменяют, исходя пз
соотношения Со— (0,45/7?3) / т.н.
Преобразование входного напряжения, «плавающего»
относительно источников напряжения питания, обеспечива-
ется отсоединением выводов 30 (7), 32 (9), 35 (12) БИС
от шины заземления.
Таким образом, БИС АЦП К572ПВ2 и КР572ПВ2 удоб-
ны для применения в различной малогабаритной аппарату-
ре. Высокая чувствительность и большое входное сопротив-
ление легко позволяют дополнить АЦП различными преоб-
разующими и масштабирующими устройствами для
измерения постоянных, переменных токов и напряжений
16*
243
24-1
в широком диапазоне амплитуд. Наличие дифференциаль-
ного входа п высокая степень ослаб тения синфазных сигна-
лов позволяют проводить измерения в условиях действия
помех при значительном удалении преобразователя и при
его работе от автономных источников питания.
Несколько вариантов применения БИС ЛЦП К572ПВ2
и КР572ПВ2 в бытовой аппаратуре ранее рассматривалось
в [78, 79].
В [78] предложен мультиметр на БИС АЦП К572ПВ2
или К.Р572ИВ2. Прибор обеспечивает измерение постоянно-
го и переменного напряжений (В) и токов (мА), а также
сопротивлений (кОм) в пяти диапазонах с верхними пре-
делами 0,2; 2; 20; 2000 (фактические значения — 0,1999;
1,999; 19,99; 199,9 и 1999).
На рис. 4.8 показана принципиальная электрическая
схема измерительного устройства мультиметра на основе
БИС АЦП К572ПВ2, более совершенная с точки зрения
схемотехнической реализации, чем в [78].
Цифровой термометр в [79] предназначен для измере-
ния температуры в пределах от —50 до 99,9 °C с погреш-
ностью ±0,1 °C. Дополнительная погрешность от измене-
ния температуры окружающей среды в пределах от 0 до
40 °C составляет ±0,05 °C. Погрешность от смены датчиков
не превышает ±0,1 °C. Длительность процесса измерения
температуры около 5 мин (что, безусловно, ограничивает
области применения прибора).
При построении мультиметров или иных измерительных
приборов на БИС К572ПВ2 для автоматического переклю-
чения диапазона измерений можно воспользоваться свой-
ством АЦП погашать при перегрузке по входу три млад-
шие цифры на внешних индикаторах HG1—HG4. Достаточ-
но подключить к двум сегментам цифрового индикатора
(выводы 10, 13 для АЛ442Б) входы элемента И-НЕ, чтобы
получить на выходе сигнал перегрузки (логическую 1)
и использовать его в дальнейшем для переключения диа-
пазона измерений.
В качестве другого примера рассмотрим применение
БИС К572ПВ2Б в измерительном устройстве электронного
медицинского термометра ТЭМЦ-2, который состоит из
преобразователя температуры, измерительного и зарядно-
го устройств, нормированного сопротивления.
Диапазон измерения температур от 34 до 42 °C с допу-
стимой погрешностью измерения не более 0,1 °C
Электрическое питание осуществляется от аккумулято-
245
ся
СО
С
О1
со
<2
246
I
ров напряжением (54-0,3) В и —5 В. Потребляемая мощ-
ность в режиме с подсветом индикатора не более 0,07 В-А,
а без света не более 0,02 В • Л.
Входной каскад термометра (рис. 4.9) представляет со-
бой измерительный мост постоянного тока, одно плечо ко-
торого образовано резисторами R6, R7 н резистором пер-
вичного преобразователя температуры. Второе плечо моста
образуют резисторы R2, R5, R9, R12, R13, R18, с помощью
которых осуществляется установка диапазона измеряемых
температур.
На резисторы R15, R16 падает напряжение от первого
плеча измерительного моста и делителя на R8, RIO, RH.
Управление 7-сег.ментным цифровым ЖКИ HG типа
ИЖКЦ2-4/5 осуществляется от преобразователя кода
D3—D8 на ИС К561ЛП2, подключенного к входу АЦП.
Делитель частоты D1 на ИС К561ИЕГ0 используется
для управления преобразователем кода, вторичным источ-
ником электропитания (транзистор VT2 типа КТ315Г,
трансформатор Тр1, диод VD3 типа КД521Г, конденсато-
ры СЗ и С4) и устройством, регулирующим ток через лам-
пу подсвета (транзистор VT1 типа КТ315Г, диоды VD1,
VD2 типа КД521Г).
В связи с выполнением функции преобразования ин-
формации микросхема К572ПВ2 может применяться в бло-
ках цифровой индикации устройств с различной формой
представления измеряемого сигнала. Например, индикатор
температуры на основе БИС К572ПВ2 в [80] отображает
информацию, полученную в форме светового сигнала. Для
сопряжения выхода световода со входом АЦП использу-
ются первичные преобразователи светоимпульсов в анало-
говое напряжение (рис. 4.10). Вначале светонмпульсы пре-
образуются с помощью фототранзнстора VT2 (ФТЗ) (ИС
ОУ К153УД5), стабилитрона VD2 (КС213Е) и диодов
VD3, VD4 (КД521) в последовательность импульсов напря-
жения произвольной частоты. Затем частотный сигнал пре-
образуется ПЧИ в напряжение, которое поступает на вход
АЦП К572ПВ2А. В качестве ПЧН используется ИС
КР1108ПП1. Ее описание, принцип работы и области при-
менения будут рассмотрены несколько позже Транзистор
VT1 (КПЗОЗЕ) и стабилитрон VD1 (КС191Ф) в схеме на
рис. 4 10 обеспечивают подачу Uref на соответствующий
вход АЦП (схема приводится с авторскими уточнениями
и изменениями)
Микросхема К572ПВ2 может применяться совместно
247
248
Рис 4 10 Принципиальная электрическая схема индикатора температуры
на БИС ЛЦП К572ПВ2 в устройстве нагрева тигля
ПЧН— преобразователь частота — напряжение на ПС КР1108ПП1
с индикаторами большого формата, например КДЦ201Л,
КИПЦ04А-1/8К и Др. (HG1—HG3). Для этого достаточ-
но к каждому из цифровых выходов АЦП через резистор
сопротивлением 47 кОм подключить шунтирующее устрой-
ство на транзисторе КТ315 (для индикаторов с общим
анодом) или КТ361 (для индикаторов с общим катодом).
При этом база транзисторов через указанный резистор
соединяется с выходом АЦП, эмиттер коммутируется на
общую шину, а коллектор подключается к светодиодному
индикатору. В качестве внешних устройств сопряжения
АЦП и индикаторов могут использоваться микросхемы се-
рий 564 и К176.
4.1.2. МИКРОСХЕМА КР572ПВ5
Полупроводниковая БИС ЛЦП КР572ПВ5 по функцио-
нальному назначению, схемотехническому и технологичес-
249
кому исполнениям является аналогом БИС АЦП К572ПВ2
и специально ориентирована на применение с ЖКИ.
При подключении трех внешних резисторов и четырех
конденсаторов БИС КР572ПВ5 выполняет функцию преоб-
разования по принципу двойного интегрирования с автома-
тической коррекцией нуля и определением полярности
входного сигнала.
Микросхема выпускается в пластмассовом корпусе
с вертикальным двухрядным расположением выводов типа
2123.40-2 и работает от источника напряжением 9 В±5 %
кли ±4,5 В±5 %. J
Назначение и нумерация выводов, основные электричес-
кие параметры и схемы включения БНС К.Р572ПВ5 полно-
стью соответствуют БИС КР572ПВ2 (см. рис. 4.4—4.7).
Размах выходного напряжения АЦП при UKEF=1 В
и Ut=—1,888 В составляет 4 В.
Типовое значение тока утечки на входе преобразовате-
ля Iilk—2 пА, а входное сопротивление превышает
20 МОм.
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации
Входное напряженно В . . . ,
Опорное напряжение Uncl.-, В . . .
Не менее Не Солее
— 1.999 1,999
0,1 1,0
Допускается эксплуатация микросхемы при напряжении
витания 7—12 или ±(3,5—5) В. Температура окружающей
среды может изменяться от —10 до 55 С.
Цикл преобразования в БИС КР572ПВ5 длится 1G004
периода тактовых импульсов. Типовые частоты ГТИ выби-
раются из ряда 40, 50, 100, 200 кГц.
Микросхема имеет дифференциальные входы для пре-
образуемого н опорного напряжении (выводы 30, 31 и 35,
36 соответственно).
Вывод 32 БИС предназначен для использования в каче-
стве общей аналоговой точки при работе с входными сигна-
лами, «плавающими» относительно напряжения источника
питания. При этом напряжение с вывода 32 БИС может
быть использовано как UREf, а напряжение между вывода-
ми 1 и 32 находится в интервале от 2,4 до 3,4 В. Для уст-
ранения влияния синфазных напряжений, возникающих
в цепях входного и опорного сигналов, выводы 30 и 35 мик-
росхемы следует соединять с выводом 32.
250
В качестве точки цифровой земли для внешних ИС мо-
жет быть использован вывод 37 БИС, поскольку потенциал
на нем на 5 В ниже, чем у UCci.
При работе АЦП с сигналами, подаваемыми относитель-
но земли, выводы 30, 32 и 35 соединяются с общей шиной.
Для проверки БИС вывод 37 соединяют с выходом ис-
точника напряжения питания Ucc. Прн этом на табло ин-
дикатора появляется число —1888. Поддержание такого
режима в течение нескольких минут может вывести ЖКИ
из строя. Если микросхема работает от двух разнополяр-
ных источников питания, то подключение вывода 37 к вы-
воду 1 (Uccl) не допускается.
Для индикации запятой в ЖКИ иа его соответствующий
сегмент через инвертор подается сигнал с вывода 21. При-
боры с «плавающей запятой» применяются со счетверенны-
ми элементами «Исключающее ИЛИ».
Чтобы исключить возможность свечения неиспользован-
ных сегментов индикатора, необходимо соединить их с вы-
водом 21 БИС АЦП.
На цифровых выводах микросхемы вырабатывается пе-
ременный сигнал меандра с частотой fri,/800.
Так же как и АЦП типа К572ПВ2, микросхема
КР572ПВ5 применяется с внутренним и с внешним ГТИ.
При работе с внешним ГТИ не следует использовать им-
пульсы, амплитуда которых выходит за пределы размаха
напряжений между выводами 37 и /, поскольку напряже-
ние l/cci в цифровой части БИС подается относительно
уровня внутренней цифровой земли.
Совместно с БИС АЦП КР572ПВ5, как правило, приме-
няются конденсаторы с низкой абсорбцией в диэлектрике
типов К71-5, К72-9, а также индикаторы типа ИЖКЦ5 4/8.
Микросхемы интегрирующих АЦП К572ПВ5 с успехом
применяются в аппарате различных областей промышлен-
ности, в том числе, например, в сигнализаторах «Сигнал-2»,
предназначенных для непрерывного автоматического конт-
роля за содержанием метана в шахтной атмосфере и выда-
чи звукового и светового сигналов с цифровой индикацией.
Применение БИС позволило уменьшить массу прибора не
менее чем на 30 % по сравнению с приборами предшеству-
ющего поколения
4.1.3 МИКРОСХЕМА КР1108ПП1
Полупроводниковая ИС преобразователя напряжение —
частота (ППЧ) КР1108ПП1 (А, Б) предназначена для кре-
251
Рис. 4 11 Функциональная электрическая схема (а) и временные диа-
граммы работы (б) АЦП ИС КРИ08ПП1 в режиме ПНЧ
образования входного напряжения в последовательность
импульсов с частотой следования, пропорциональной его
значению, а также для выполнения обратного преобразо-
вания частоты входного сигнала в напряжение (ПЧН).
Кристалл ИС изготавливается по биполярной технологии
и размещается в 14-выводпом герметичном пластмассовом
корпусе типа 201 14-2 с двухрядным вертикальным распо-
ложением выводов
252
Guf
1,05
1,04
Рис. 4 12 Типовые зависимо-
сти коэффициента передачи
Сиг («) входного тока но
инвертирующему входу Л >
(б) от напряжения источни-
ка питания и коэффициента
передачи от температуры (<з)
ИС АЦП КРН08ПП1 в ре-
жиме пнч
12 16 20
Уровни импульсного выходного или входного сигналов
согласуются со стандартными ТТЛ ЦИС с помощью внеш-
них элементов. Микросхема содержит все необходимые для
ПНЧ и ПЧН узлы, включая встроенный ИОН.
Назначение и нумерация микросхемы: / — инвертирую-
щий вход, 4 — напряжение источника питания Ucci', 5 —
емкость одновибратора; 7 — частотный выход; 10—выход
КН; И — общий; 12 — напряжение источника питания
Ucc2', 13—аналоговый выход; 14 — неинвертирующий вход;
2, 3, 6, 8, 9 — незадействованные выводы.
Функциональная электрическая схема ИС КР1108ПП1
и диаграммы работы в режиме ПНЧ приведены на рис 4 11.
Типовые зависимости основных электрических парамет-
ров микросхемы от различных воздействующих факторов
показаны на рис. 4 12.
Микросхема функционирует при t/cci==15 В±5%;
Цс2= 15 В±5 % и 7,5 В<С/^<8,5 В.
Средние значения температурных коэффициентов со-
ставляют 15 мкВ/°С и 10 4 1/°С
Погрешность линейности преобразования в частотном
диапазоне 5 Гц— 10 кГц не превышает 0,01 % при измене-
нии рабочих температур от —10 до +70°C.
Частоты генерируемых выходных или воспринимаемых
входных импульсов ИС КР1108ПП1 устанавливаются
с помощью внешних элементов и могут изменяться в диапа-
зоне от долей герц до 500 кГц. Частота выходных импульсов
в режиме ПНЧ приближенно определяется из соотношения
/ ~ UirmIz/UrefIi ^инг^г ,
253
Основные электрические параметры микросхемы при температуре
окружающей среды 25±10°С, в диапазоне частот (0.91—10) кГц±1 Гц,
диапазоне напряжений (0—10) В±0,1 %
Не меисе Не более
Нелинейность АЦП 8luf ......... —10 4 10-4
Нелинейность ЦАП ............... . —10-4 10
Погрешность преобразования АЦП в конечной
точке шкалы 6f5, %.................... —10 10
Напряжение смещения нуля па входе Uto, мВ —4 4
Входной ток смещения нуля по инвертирующе-
му входу Iна, нА:
КР1108ПП1Д ............................ . —8 12
КР1Ю8ПП1Б ............................ —12 12
Входной гок смешения пуля по неннвертпрую-
щему входу hQi, нА:
КР1108ПП1А ................. — 60
КР1108ПП1Б............................ — 1Q0
Выходное напряженно низкого уровня Uol, В — 0,4
Токи потребления /сс1, /сс2, мА......... — 5,5
Предельно допустимые и предельные электрические режимы эксплуатации
Предельно допустимые Предельные
Напряжения питания при преобразовании по- ложительного напряже- Не менее Не более Не менее Не более
ния (7СС1 (В'ссг), В . , Напряжения питания при преобразовании от- рицательного напряже- 14.25 (—15,75) 15,75 <—14,27) 10 (—18) 18 (—10)
ния Uccl (Ucc2), В . , Входное напряжение 14,25 (—15,75) 15,75 (-14 27) 13 (-18) 18 (-13)
высокого уровня Uг и, В Входное напряжение 0,9 3,0 0,6 Оса
низкого уровня Оц., В Выходное напряжение —3,0 —0,9 -0,6
высокого уровня Uott, В Выходной ток низкого уровня по частотному 2,4 15,75 0 18
выходу loin, мА Выходной ток по ана- 2 8 0 12
логовому выходу 1о, мА 0 0,5 0 10
Примечания I Параметры / qq и Iq не должны иметь предельных
значений одновременно
2. Дифференциальное напряжение между выводами 9 и 10 ИС не должно
быть более U(.cl . <6ft2 ).
254
Рис. 4 13 Основная схема включения ИС КР1Ю8ПП1 в режиме ПНЧ
(штриховыми линиями показаны варианты подключения источников
входного сигнала положительной н отрицательной полярностей)
где /( и /2 — токи двух идентичных опорных источников,
равные 1 мА и используемые для заряда интегрирующего
СИнт и времязадающего Сх конденсаторов: Сх = ЗХ
Х10-5//макс — 25-10-’2. Входное напряжение в зоне линей-
ного преобразования может изменяться от 0 до 10 В и иметь
положительную или отрицательную полярность. Его значе-
ния без учета погрешности можно рассчитать по формуле
UlRN = fURimxCx ,
где 17=74-8 В.
Если преобразователь работает по входу с источником
тока, то в схеме на рис. 4.13 исключается резистор Rimx.
Тогда функция преобразования представляется в виде f=
—1 irn!UCx .
Рекомендуемые значения номиналов внешних элемен-
тов микросхемы приведены в табл. 4.1
Стабильность ИОН достигается за счет использования
в качестве опорного элемента стабилитрона и специальной
схемы температурной компенсации напряжения. Встроен-
ные в кристалл основные и вспомогательные усилительные
255
Таблица 4.1 Рекомендуемые значения внешних элементов,
используемых совместно с ИС КР1108ПП1
Режим ^мвкс кГц Внешний элемент
Наименование Номинал
пнч 10 Сх 3300 пФ
100 300 пФ
500 30 пФ
пчн 10, 100, 500 ^ИИТ 40 кОм
пнч 10. 100, 500 10 нФ
пчн 10 Qi нт 22 пФ
100 10 нФ
500 5,1 нФ
схемы выполнены на вертикальных п-р-п и «боковых»
р п-р транзисторах, что обеспечивает высокие значения ко-
эффициентов усиления и низкую чувствительность ИС к из-
менениям напряжения питания. В схеме предусмотрены
внутренние цени частотной коррекции, обеспечивающие ус-
тойчивую работу ИС во всех условиях применения. Для
уменьшения составляющих погрешности, обусловленных
конечным значением и нестабильностью входного тока ОУ
интегратора, последний содержит схему компенсации по
инвертирующему входу, способную изменять входной ток
более чем в 5 раз. Для защиты схемы от перегрузок на
входе ОУ устанавливаются диоды и токоограпичительные
резисторы.
Преобразователь построен таким образом, что при
скачкообразном изменении входного напряжения переход-
ный процесс протекает только в течение того периода фор-
мирования выходной частоты, который совпал с моментом
изменения сигнала. Следующий цикл преобразования уже
не содержит погрешности, вызванной предшествующим из-
менением сигнала. Это свойство ИС КР1108ПП1 позволяет
использовать ее в системах с быстро изменяющимися кон-
тролируемыми напряжениями.
При настройке схемы необходимо отрегулировать со-
противление резистора /?„пт таким образом, чтобы напря-
жение на выходе интегратора при /макс не выходило за
пределы 0—10 В. Тогда на частоте /макс скважность выход-
ных импульсов будет близка к 4.
При эксплуатации ИС КРИ08ПП1 необходимо учиты-
вать ряд особенностей, вытекающих из ее устройства
256
и свойств. Преобразователь имеет высокую линейность, од-
нако стабильность коэффициента передачи невысока.
В частности, изменение температуры корпуса ИС на 1 °C
за время преобразования приводит к появлению эквива-
лентной нелинейности, превышающей установленную нор-
му. Стабильность коэффициента передачи зависит от ста-
бильности внешних времязадающих элементов, напряже-
ния внутреннего ИОН и отношения опорных токов /,//2.
Высокая линейность преобразования достигается на
практике при выполнении следующих рекомендаций.
После включения ИС КРН08ПП1 следует выдерживать
не менее 5 мин в условиях малых изменений температуры
окружающей! среды. Сопоставимые отсчеты преобразуемо-
го напряжения должны быть разнесены во времени не бо-
лее чем на 0,8 с. Время нарастания напряжения на частот-
ном выходе определяется постоянной, задаваемой сопро-
тивлением нагрузки и паразитной емкостью па выводе 7.
При сопротивлении нагрузки 1 кОм паразитная емкость
в диапазоне частот 0—500 кГц не должна превышать
30 пФ.
Следует избегать включения резистора в цепь вывода
14 ИС, поскольку это может привести к возбуждению ОУ
интегратора. В случае необходимости резистор можно под-
ключать одновременно с включением между выводом 14
и общей шиной конденсатора емкостью 20—100 пФ. За-
землять вывод 14 необходимо непосредственно около ис-
точника сигнала, а конденсатор одновибратора располагать
вблизи выводов 5 и 4 ИС. Общая шина источника питания
и соответствующий вывод конденсатора одновибратора
должны подводиться к выводу 11 отдельными линиями.
4.2. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ЦАП
К интегрирующим ЦАП относятся преобразователи,
в которых входная величина, выраженная в цифровой фор-
ме, представляется на выходе в аналоговом эквиваленте,
пропорциональном се среднему значению. Указанный прин-
цип реализуется в преобразователях частота—напряже-
ние, в частности в микросхеме КР1108ПП1, обладающей
свойством дуальности и работающей в режиме ПЧН.
В режиме ПЧН входная величина представлена значе-
ниями частоты сигнала, выраженными в десятичном коде,
а выходное напряжение имеет постоянную и изменяющую-
ся пилообразную составляющую. Схема на рис. 4 14 иллю-
17-385
257
Рис 4 14. Типовая схема включения ИС АЦП КР1108ПП1 в режиме
стрирует включение ИС КР1108ПП1 для работы в режиме
интегрирующего ЦАП, выходное напряжение которого
пропорционально среднему значению частоты входного
сигнала. Это позволяет использовать ПЧН в качестве эле-
мента ФПЧ
Амплитуда пульсаций на выходе преобразователя за-
висит от выбора постоянной времени интегратора и дли-
тельности импульса одновибратора. Емкость СШ1Т в режи-
ме ПЧН определяют через соотношение Смнт=10~4/Д Вы-
ходное напряжение ПЧН рассчитывается по формуле
UoRN ~ /?ИНт U цЕр fi/2,
(рис. 4 15) или без учета погрешности
Uorn ж U RlinT Сх f
В схеме на рис. 4.14 резисторы R1 и R2 обеспечивают со-
гласование схемы с сигналами ТТЛ уровней.
Согласование уровней ИС КР1108ПП1 в режиме ПЧН
с другими логическими уровнями достигается подачей не-
обходимого напряжения смещения по выводу 10 (выход
КН).
258
8)
Рис. 4 15 Функциональная электрическая схема ИС ЦАП КРИ08ПП1 в
режиме ПЧП (в) и временные диаграммы ее работы (б)
Спецификация внешних элементов для ИС КРН08ПП1,
работающей в режиме ПЧН, указаны в табл. 4.1.
Для ИС КР1Ю8ПП1, работающей в режиме ПЧН, оста-
ются справедливыми рекомендации по применению и эк-
сплуатации ПНЧ, указанные в § 4.1 Порядок подачи
и снятия напряжений прежний: UCC2—Ucci—Uirn и наоборот.
Допускается одновременное подключение источников сиг-
нала и питающих напряжений. Отметим, что заземление
17*
259
вывода 14 ИС в режиме ПЧН производят соединением его
с выводом 11.
Один из вариантов применения микросхемы КР1108ПП1
(в режиме ПЧН) совместно с БИС интегрирующего АЦП
К572ПВ2 в устройстве нагрева тигля ионного источника
описан в § 4.1. Но в этом же устройстве используются еще
три ИС КРИ08ПШ (две в режиме ПНЧ и одна в режиме
ПЧН), которые определяют последовательность его рабо-
ты и управления [80].
Применение ПНЧ и ПЧН на ИС КР1Ю8ПП1 позволило
реализовать в устройстве принципы позиционного и про-
порционального ре!улнрования (что повысило устойчивость
и точность поддержания температуры источника), а также
применить световоды для передачи информации о темпера-
туре тигля. Последнее обстоятельство имеет принципиаль-
ное значение, поскольку световоды обеспечивают электри-
ческую развязку задатчика и индикатора температуры (на
БИС К572ПВ2) от силового блока, находящегося под од-
ним потенциалом с ионным источником.
Наиболее важный схемотехнический узел принципиаль-
ной электрической схемы устройства [80] показан на рис.
4.16 (с авторскими изменениями и дополнениями).
На вход ЦАП1 (ПНЧ на ИС КР1108ПП1) через ОУ А1
(ИС 1532Д5) поступает напряжение от задатчика темпера-
туры. В ЦАП1 оно преобразуется в последовательность
импульсов, а затем в VD1 (7А) —в последовательность
световых импульсов. По световоду СВ импульсы переда-
ются в элементы схемы, управляющие работой силового
блока. Излучателями и приемником света в данном случае
являются светодиоды VD1, VD4 и фототрапзистор VT2,
работающие в инфракрасной области.
Световые импульсы в VT2 и А2 (ИС К153УД5) вновь
представляются обычной последовательностью импульсов,
которая поступает па вход ЦАП2 (ПЧН па ИС КР1108ПП1)
и преобразуется в напряжение. Это напряжение подается
на вход АЗ (ИС таймера КР1006ВИ1)—широтно-им-
пульсного модулятора блока управления, вырабатывающе-
го сигналы, скважность которых пропорциональна напря-
жению задатчика температуры. В А4 (К521САЗ) блока уп-
равления происходит сравнение двух напряжений: задат-
чика температуры и термопары тигля. При их равенстве
(после достижения температурой тигля заданного значе-
ния) блок управления вырабатывает сигнал на включение
силового блока и модулятора. Напряжение с термопары
260
261
через ЦАПЗ (второй ПНЧ ИС КР1108ПП1) в виде свето-
вых импульсов от VD4 поступает на измеритель темпера-
туры и отображается в цифровом виде на полупроводни-
ковом индикаторе. Узел индикации устройства более под-
робно рассмотрен в § 4.1
Точностные и динамические параметры ИС КР1108ПП1
обеспечили в устройстве [80] возможность нагрева и кон-
троля температуры тигля до 800 °C при скорости ее изме-
нения 70°С/мип и стабильности от ±0,3 до ±0,5 СС.
Глава 5
Микроэлектронные системы сбора
и обработки данных
5.1. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ СБОРА
ДАННЫХ [МИКРОСХЕМА К572ПВ4]
Достижения в области развития микроэлектронных
ЦАП и АЦП позволяют создавать иа их основе сложные
многофункциональные, высоконадежные, прецизионные
преобразовательные системы, широко используемые при
цифровой обработке сигналов. Перспективными с этой точ-
ки зрения представляются разработки БИС и СБИС си-
стем сбора, обработки и распределения данных, предна-
значенных для нормализации сигнала, преобразования его
в цифровую форму, ввода данных в МП илн микроЭВМ,
их обработки и представления в восстановленном виде.
Структурные схемы перечисленных видов систем на
уровне узлов и блоков РЭА, а также выполняемые ими
функции рассматривались в [4].
За последние годы создано несколько типов полупро-
водниковых СБИС преобразовательных систем серий К572,
К1813.
Микросхема К572ПВ4 аналого-цифровой системы
(АЦС) сбора данных предназначена для преобразования
аналоговых сигналов, поступающих по восьми параллель-
ным каналам, в цифровой код с последующим его храпени-
ем в ОЗУ и считыванием во внешний МП в режиме прямо-
го доступа к памяти. Микросхема АЦС К572ПВ4 изготов-
262
Ucc OV CS ALE AO Al AZ
Рис 5.1. Укрупненная функциональная электрическая схема СБИС АЦС
К572ПВ4
лена по КМОП технологии и размещена в герметичном
пластмассовом ити металлокерамическом 28-выводном
корпусе типа 2121.28-6 с вертикальным двухсторонним рас-
положением выводов [81].
Система сбора данных обеспечивает непосредственное
сопряжение с МП, имеющими как раздельные, так и об-
щие шины адреса и данных. Управление К572ПВ4 осущест-
вляется от МП логическими сигналами ТТЛ и КМОП
уровней. Режи!и прямого доступа к памяти реализуется
в соответствии с алгоритмом последовательной обработки
аналоговых сигналов по восьми независимым входам.
Укрупненная функциональная электрическая схема
АЦС К572ПВ4 показана на рис. 5.1. В ее состав входят
аналоговый мультиплексор АМП для последовательного
переключения восьми аналоговых каналов, АЦП, стати-
ческое ОЗУ (СОЗУ) объемом 64 бита (организация 8X8)
для хранения результатов преобразования по каждому из
каналов, выходной буферный регистр БР с тремя логичес-
кими состояниями, схема управления СУ с последователь-
ным опросом каналов, фиксацией адреса, записью и считы-
ванием информации
Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1 — вы-
263
ход м льтиплексора ВО, 2—9 — входы мультиплексора О
(AIN7) —7 (AINO)-, 10 — опорное напряжение URefi И—
опорное напряжение Uref2\ 12— выбор капала и начало
преобразования STAT-, 13 — вход управления считыванием
данных ОЗУ CS; 14 — общий вывод 0; 15 — вход тактовых
импульсов CLK- 16 — вход управления при обращении
к ОЗУ ALE-, 17—19—адресные входы АО—А2; 20—циф-
ровой выход 8 (СР) (ОВ7); 21—26 — цифровые выходы 7
(ОВ6)—2 (ОВ1); 27 — цифровой выход 1 (МР) (ОБО)-,
28 — напряжение источника питания Ucc.
Основные электрические параметры БИС
окружающей среды 25±10°С
К572ПВ4 при температуре
Не менее Не более
Число разрядов b . ... ... 8
Число каналов п . . . . 8
Нелинейность бг, МР —0,5 0 5
Дифференциальная нелинейность бгв, МР —0,5 0,5
Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы б,я МР . . —1 1
Напряжение смещения нуля на входе U/о» мВ —30 30
Максимальная частота преобразования /с, МГц 1,6 5
Ток потребления he, мкА — 400
Выходное напряжение высокого уровня Рои, В 4,25
Выходное напряжение низкого уровня — 0,4
Предельно допустимые значения электрических режимов
эксплуатации Нс менее Не бо”ее
Напряжение источника питания В Опорные напряжения PBEFI (Сяига), В 4,75 5,25
0,(- 2,5) 2,5/(0)
Диапазон входных напряжений UIRK, В -2,5 2,5
Входное напряжение высокого уровня Р;и, В Входное напряжение низкого уровня 3,6 Рсс-0 1
0 0 4
Частота преобразования fc. МГц . . 0 2,5
Здесь значения UiRH = 2,5 В и —2 5 В приведены для
сочетания UREFl —0, UREF2 =—2,5 В и UREFi=2,5 В,
U REF2 = 0.
В предельном режиме эксплуатации 4,5 В^{7СС^6,5 В,
OB^t/KKFi^2,5B —2,5 В^ В, 4-2,6 В,
fc^5 МГц.
264
Рис 5.2 Типовые зависимости нели-
нейности (кривая /) и дифференци-
альной нелинейности (кривая 2)
СБИС АЦС К572ПВ4 от частоты пре-
образования
МВ
7 k
КГЦФ
0,45 ~
о.ч -
Рис. 5 3. Типовые завнснмости дифференциальной нелинейности (с), аб
солютнои погрешности преобразования в конечной точке шкалы (б)
входного напряжения смещения нуля (в), нелинейности (г) СБИС АЦС
К572ПВ4 от изменения напряжения питания
На рис. 5.2 и 5.3 показаны типовые зависимости основ-
ных электрических параметров БИС АЦС от изменения час-
тоты преобразования и питающего напряжения.
Типовые значения некоторых параметров микросхемы
Входной ток низкого (высокого) уровня по цифровым
входам hi. (Ьн), мкА . .....................
Коэффициент разделения каналов Kct, МР ....
Температурные коэффициенты нелинейности аб/. и
дифференциальной нелинейности <x6ld, МР/°С . . .
Температурный коэффициент абсолютной погрешно-
сти преобразования в конечной точке шкалы
МР/°С .....................
Температурный коэффициент напряжения смещения
нуля на входе (приходящийся на каждый мВ) aUlB,
мкВ/°С............................................
Сопротивление между выводами 10 и 11 R, кОм
1
0,1
10 3
210-3
6
2,5
265
Коэффициент разделения каналов Kct устанавливает
уровень подавления прохождения сигналов между канала-
ми и определяется по формуле
Krt= \Ul-U2 I /С/НР,
где Ui и Vi— напряжения на входе ВО (вывод /), измерен-
ные при входных напряжениях на входах закрытых кана-
лов мультиплексора ±2,5 В и напряжении 2,5 В на входе
контролируемого открытого канала; VЛ1Р — значение напря-
жения младшего разряда.
ЛАикросхема К572ПВ4 обеспечивает устойчивую работу
при напряжении питания t7cc = 5 В ±5% в следующих ре-
жимах:
однополярном (положительной полярности) с изменени-
ем входного напряжения в диапазоне от 0 до 2,5 В при зна-
чениях (7/?£н = 2,5 В и f//?EF2=0;
однополярном (отрицательной полярности) с изменени-
ем входного напряжения в диапазоне от —2,5 В до 0 при
значениях Ц/?ен=0 и UREf2 =—2,5 В;
биполярном с изменением входных напряжений в диапа-
зоне от —1,25 В до 1,25 В при значениях UREFi — 1,25 В
и URef2=—1,25 В.
Для выбора соответствующего режима работы АЦС не
требуется специальных сигналов управления, поскольку
режим обеспечивается сочетанием значений UREh и UREf2.
По заданному алгоритму микросхема К572ПВ4 произво-
дит пос едовательный опрос и выбор канала с последую-
щим преобразованием входного напряжения. Перечислен-
ные операции осуществляются но выработке сигнала STAT
(вывод 12). Этот сигнал в случае работы по нулевому кана-
лу большую часть периода преобразования представим ло-
гическим 0.
В течение всего периода преобразования, равного сумме
времен tc для каждого из восьми каналов, цифровая инфор-
мация хранится в СОЗУ. Это обеспечивает прямой доступ
к памяти АЦС в любой из моментов времени. Последующая
смена данных в СОЗУ происходит в конце каждого цикла
преобразования, причем только в столбце, соответствующем
номеру опрашиваемого канала. Запись информации в СОЗУ
проводится по сигналу WR, а считывание—по сигналу RD.
Адрес выбора канала определяется в соответствии с зна-
чением цифрового кода, записанного в адресные шипы АО—
А2 (выводы 17—19)-
266
Канат А2 А! АО
AIN0 0 0 0
AIN1 0 0 1
AIN2 0 1 0
АНУЗ 0 1 1
AIN4 1 0 0
AIN5 1 0 0
A1N6 I 1 0
AIN7 1 1 1
При обращении к СОЗУ данные о состоянии адресных
шин А2— АО поступают в регистр адреса АЦС при высоком
уровне логического сигнала ALE (вывод 16) и фиксируется
при его нулевом уровне.
Считывание цифровой информации СОЗУ на выходную
8-разрядную шину осуществляется при подаче на вход CS
(вывод 13) сигнала логический 0, после чего ячейки буфер-
ного регистра переходят из состояния высокого импеданса
в проводящее состояние. Аналого-цифровая система способ-
на обмениваться цифровой информацией с КМОП и ТТЛ
(маломощными) ЦИС и /МП.
При частоте следования тактовых импульсов по входу
CLR (вывод 15) 1,6 МГц, совпадающей по значению с мак-
симальной частотой преобразования, время tc АЦС не пре-
вышает 25 мкс на канат.
Изменению входного аналогового напряжения UirV в пре
делах от 0 до 2,5 В и от —2,5 В до 0 соответствует измене-
ние выходного кода от 00...00 до 11...11. В биполярном режи-
ме работы СР выходного кода становится знаковым. Из-
менению 17/Ял> в пределах от —1,25 до 1,25 В соответствует
изменение выходного кода от 00. 00 до 11. 11.
Наклон характеристики преобразования в каждом из
каналов АЦС регулируется напряжением Urefi- С помощью
источника напряжения Urefi возможно управление сдвигом
характеристики вдоль оси Uirn- Схемы коррекции абсолют-
ной погрешности преобразования в конечной точке шкалы
и напряжения смещения нуля на входе канала АЦС пока-
заны на рис. 5.4. При этом входное сопротивление по ана-
логовым входам AIN0—AIN7 ограничивается сопротивлени-
ем резистора R1, который шунтирует вход мультиплексора.
В схеме коррекции на рис. 5 4, а применены ИС ОУ типа
К1401УД2 (Al, А2) и резисторы R1 и R2 сопротивлением
100 кОм (типовое значение). В схеме на рис. 5.2,6 исполь-
зованы ОУ А (ИС типа К1409УД1Б) и резисторы с сопро-
тивлениями Ri=0,1-4-1 МОм, R3—/?э=14-10 кОм, /?ю=
267
Рис 5 4 Схемы коррекций абсолютной погрешности преобразования и на-
пряжения смещения нуля на входе UI0 иа основе СБИС АЦС К572ПВ4
при использовании разнополярных источников опорного напряжения (а)
и источника опорного напряжения положительнй полярности (б)
=47 Ом и V?u = 100 кОм (типовые значения). Причем
отношения RJR2 R1/R9 равны 100.
Во избежание пробоев по цепям аналоговых входов вход-
ные сигналы не должны подаваться без подключения источ-
ников опорных напряжений UKEFt, Uref2 и питания Ucc.
В цепи источника напряжения Ucc рекомндуется включать
резистор с сопротивлением 300 Ом± 10 %.
Порядок подачи напряжений на микросхему следующий:
общин вывод, напряжение питания, опорные напряжения
Uref\ и Urefs, входные напряжения UlL, Uia, Uirh- Поря-
док снятия напряжения обратный.
268
Применение ИС АЦС К572ПВ4 в РЭА повышает техни-
ческие и эксплуатационные характеристики бортовых си-
стем различного назначения и базирования, систем связи,
автомобильной электроники, систем управления производ-
ственными процессами на основе ЭВМ и др.
5.2. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ
ДАННЫХ НА ЦИФРОВЫХ ПРОЦЕССОРАХ
С УСТРОЙСТВОМ АНАЛОГОВОГО ВВОДА-ВЫВОДА
(МИКРОСХЕМА КМ1813ВЕ1]
Функционально законченная СБИС цифрового процес-
сора обработки сигналов (ЦПОС) типа КМ1813ВЕ1 пред-
ставляет по сути микроЭВМ со встроенными АЦП и ЦАП.
Ее архитектура и система команд позволяют решать раз-
личные задачи цифровой обработки сигналов.
Микросхема КМ1813ВЕ1 ориентирована на выполнение
функций следующих типовых электронных узлов: ФНЧ, по-
лосовых фильтров, пороговых детекторов, ограничителей,
спектроанализаторов, модуляторов и демодуляторов, фор-
мирователей тригонометрических, логарифмических и дру-
гих нелинейных функций, многочастотных генераторов,
функциональных умножителей, выпрямителей, элементов
сравнения, задержки и многих других.
Архитектура, конструкторско-технологическое исполне-
ние, система параметров и программное обеспечение ЦПОС
КМ1813ВЕ1 обладают отличительными особенностями
[82, 83]
Микросхема выполнена в двух технологических версиях:
п-МОП и КМОП Для п-МОП СБИС выбрап герметичный
28-выводной корпус с двухсторонним вертикальным распо-
ложением выводов типа 2121 28-6 и двумя видами прозрач-
ных крышек для проникновения ультрафиолетового (УФ)
излучения (металлостекляпной и кварцевой).
Нумерация, назначение и обозначения выводов СБИС
ЦПОС КМ1813ВЕ1: 1—3, 5, 6, 26—28— аналоговые выходы
демультиплексора (канаты 3—7,0—2) SIGN OUT; 4 — ана-
логовая земля GRDA; 7, 9 — внешний конденсатор УВХ
САР1, САР2; 8 — опорное напряжение UkefVREF; 10, 11,
13, 14 — аналоговые входы мультиплексора (0—3) SIGN
IN; 12 — напряжение источника питания UCc2 (кроме режи-
ма Программирование); 15 — вход синхронизации (ТГИ
внешний) CCLK; 16 — вывод для подключения квар-
цевого резонатора (ТГИ внутренний) X1/CLK; 17 —
269
вывод для подключения кварцевого резонатора
(ТГИ внутренний) Х2; 18 — цифровая земля
GRDD; 19 — напряжение источника питания Ucci (кроме
режима Программирование); 20 — выход внутреннего син-
хронизатора GRDD (кроме режима Программирование
RUN/PROG)-, 21 — установка счетчика программ в началь-
ное состояние RST/EOP; 22—выход сигнала переполнения
текущей операции в АЛУ OF-, 23—вывод источника 0 для
РПЗУ (кроме режима Программирование) VSP-, 24, 25 —
выводы для установки режима ввода — вывода информации
на SIGN ОПТ Ml, М2. Режим Программирование: 21 —ус-
тановка счетчика в нулевое состояние перед началом про-
граммирования RST; 22 — уменьшение содержимого счет-
чика 1NCR-, 23—вывод источника для РПЗУ: 5 В при счи-
тывании, 25 В при записи VSP; 24 — вывод управляющей
двунаправленной линии д я роверки программирования
РПЗУ PROG/VEP-, 26—28 1 — ввод и вывод данных РПЗУ
DO, D1 — D3; 4, 8—12—цифровая земля GRDD\ 17, 18,
25 — напряжение источника питания t7CCi; 20— подсоедине-
ние к PROG RUN PROG.
Основные электрические параметры СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1
при температуре окружающей среды —10-е--|-70 °C
Не менее Не более Примечание
Входное сопротивление в режи- ме хранения R, кОм . . 100 — —
Входное сопротивление в режи- ме выборки R, кОм .... — 2
Диапазон входного сигнала U1RN, В —Uref +UREF —
Нелинейность АЦП 6i.ad, МР . Дифференциальная нелиней- ность АЦП 8ldad, МР . — 1 1 В
—1 1 U REF— 1 В
Нелинейность ЦАП 6i.da, МР . — 1 1 Uref~ 1 В;
Дифференциальная нелиней- ность ЦАП 6tDAD, МР . . -0,5 0,5 Rl = 100 кОь. UnEF=l В.
Напряжение опорного источни- ка Un ЕР, В ... 1 2 Rl = 100 кОм
Выходное сопротивление Ro, кОм . . . . 1,5
Время преобразования АЦП /с, мкс 15 25
Ток потребления от источника опорного напряжения Iuf.f, мкА 60 250 UnF.r^l В
270
Продолжение
Ток потребления lCci от источ-
ника питания Ucci, мА . . .
Ток потребления /<•« от источ-
ника питания Ucci, мА . —
Сопротивление нагрузки на ана-
логовых выходах Rl, кОм . 30
Максимальная тактовая часто-
та fr.ii, МГц................... —
Режим Работа
Время хранения информации в
РПЗУ <хр, лет................. 1
Время стирания информации
РПЗУ, мин........................—
Входной ток высокого уровня
hи, мкА ......................
50 Г/сс=5 В±5 %
150 В режиме Про-
граммирование
170 Ucci=5 В±5 %
6,67
— Во включенном
состоянии
15 Лампа ДРБ-8-0.4
на расстоянии
20 мм
15 На выходах ГОР,
SIG.M /V (в циф-
ровом режиме)
при V1 и^2 В
Входной ток низкого уровня
lit,, мкА ...................
Выходной ток низкого уровня
Iol, мкА ....................
15 Прн (7/ь<0,8 В
На выходах ОТ,
~ЁОР, СС1.К, SIGH
IN, SIGN OUT (в
цифровом режи-
ме) при Uol~
= 0,4 В
Выходной ток высокого уровня
1он, мкА . . • . . • •
Время цикла выполнения
команд /ц, мс.................
Режим Программирование
Входной ток низкого (высоко-
го) уровня ItL (.hu), мкА . .
Число перепрограммирований , 10
15 Uon—2 4 В
600 При максимальной
тактовой частоте
6,6 МГц . . . .
15 На выходах RST,
INCR, PROG/
/VEP, 0—3 при
f7cci=5 В±5 %,
Ucci^O. U1!.~
=0,8 В (Uih =
=2 В)
271
Программный ток высокого
уровня 1щ, мА............. — 20 При напряжении
на выходе VSP
24 <26 В
допускается по-
вторение програм-
мирующего им-
пульса 50 мс^т^
<55 мс
Функциональную схему ЦПОС условно можно разделить
на три составные части: аналоговую ввода — вывода, уст-
ройство цифровой обработки и память команд (рис. 5.5).
Аналоговая часть выполняет функцию интерфейса (вво-
да — вывода информации) и содержит все необходимые для
этого узлы: 4 входовый мультиплексор, КН, 8—10-разряд-
пый ЦАП, 8-выходной демультиплексор, одно входное и во-
семь выходных УВХ и усилителей, устройство управления.
Аналого-цифровое преобразование в ЦПОС выполняется
программным путем по алгоритму последовательных при
ближений. Результат аналого-цифрового преобразования
запоминается в регистре данных DAR, из которого он может
быть переписан в любую ячейку СОЗУ, использован как опе-
ранд арифметическо-логического устройства (АЛУ) или че-
рез ЦАП выведен на любой из восьми выходов ЦПОС.
Цифро-аналоговое преобразование результата обработ-
ки проводится методом поразрядного взвешивания двоич-
ного кода числа, хранящегося в DAR. Получаемый уровень
напряжения коммутируется иа любой из восьми выходов
СБИС Номер выхода задается инструкцией OUT. Для об-
работки постоянной времени цепи разряда накопительного
конденсатора УВХ при максимальной тактовой частоте тре-
буется семь—восемь инструкций, которые расшифровыва-
ются и выполняются одновременно с цифровыми.
Цифровая часть ЦПОС включает АЛУ, масштабирую-
щее устройство (МУ), память данных и констант. Каждый
из перечисленных элементов получает инструкцию или ин-
формацию об адресе из репрограммируемого ПЗУ (РПЗУ).
В память данных записываются два 6-разрядных адреса
операндов, в МУ — 4-разрядный код сдвига, в АЛУ — 3-
разрядный код операции.
Цифровая информация поступает в АЛУ и обрабатыва-
ется с помощью 25-разрядпого слова в дополнительном ко-
де (три разряда предназначены для анализа переполнения,
старший разряд слова является знаковым).
Память данных состоит из СОЗУ с произвольной выбор-
272
mo /ns is
Рнс 5 5 Функциональная электрическая схема СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1
18-385
273
кой двух 25-разря пых слов и портов-регистров для хране-
ния операндов А и В Емкость СОЗУ 40 слов. Обращение
к константам осуществляется через порт Л по 16 старшим
адресам пространства адресов При этом значения четырех
младших разрядов адреса присваиваются четырем старшим
разрядам порта А. Всего же может задаваться 16 констант
в диапазоне от 1 до 0,875 с шагом 0,125. При передаче кон-
стант в АЛУ имеется возможность использования большего
их количества за счет операции сдвига в МУ.
Масштабирующее устройство представляет собой ариф-
метический двоичный сдвигатель, диапазон сдвига которо-
го составляет 2 разряда влево и 13 разрядов вправо. При
сдвиге влево освобождающиеся правые разряды заполня-
ются логическим 0, а при сдвиге вправо — логическим со-
стоянием знакового разряда. Операция масштабирования
производится только пад операндом А. Операнд В и резуль-
тат вычисления не масштабируются.
Цт фровая обработка 25-разрядного операнда А и опе-
ранда В происходит в АЛУ. Результат вычисления записы-
вается по адресу В в конце цикла выполнения команды.
В АЛУ используется 28-разрядная сетка. В разрядах 26
и 27 фиксируются старшие разряды числа при сдвиге влево,
а разряд 28 обеспечивает выполнение операций переноса
[82]. В АЛУ фиксируется факт переполнения, а также уста-
навливается режим его ограничения, при котором резуль-
тат заменяется значением, ближайшим к истинному Факт
переполнения в выполняемой команде устанавливается по
наличию сигнала на выходе OF ЦПОС. Если переполнение
разрешено, то каждое кодовое слово может расширяться до
28 разрядов путем перемещения знакового разряда влево.
Тогда в АЛУ реализуется соответствующая операция и 25
младших разрядов результата вычислений записываются
в СОЗУ по адресу операнда В.
Память команд выполнена па РПЗУ с ультрафиолето-
вым стиранием. Емкость РПЗУ рассчитана на 192 24-раз-
ряцных слова, каждое из которых соответствует двум
командам и содержит инструкции, необходимые для выпол-
нения операций в аналоговой и цифровой частях ЦПОС.
Доступ к ячейкам РПЗУ последовательный. Счетчик про-
граммы РПЗУ рассчитан на 192 команды. Его обнуление
происходит после завершения команды 191 или при посту-
плении инструкций Конец программы и Возврат по условию.
Команды из РПЗУ считываются четверками, записываются
в 96-разрядный буферный регистр и выполняются за четы-
274
ре такта задающего генератора. Считывание каждой чет-
верки команд сопровождается сигналом на выходе CCLK-
В процессе программирования РПЗУ 24-разрядпая
команда представляется шестью 4-разрядиыми словами
(D3—DO). Соответствие между управляющими полями,
разрядами слов (DO—D3) и их номерами (0—5):
D3 D2 DI DO
О ADFO ADK2 ADK1 ADKO
1 А2 Bl Al ADF1
2 А4 ВЗ АЗ В2
3 АО В5 А5 В1
4 82 SI SO ВО
5 1.2 LI L0 S3
Схема включения СБИС в режиме Программирование
(PROG) РПЗУ показана на рис. 5.6, а. Программированию
предшествует стирапие источником ультрафиолетового из-
лучения информации в ячейках РПЗУ — установления в них
уровня логической 1. Проверка стирания проводится пу-
тем считывания содержимого РПЗУ в СОЗУ специального
программатора и оценки состояний ячеек. Электрическое
программирование обеспечивается переводом строго опре-
деленных ячеек РПЗУ из состояния логической 1 в состоя-
ние логического 0. Если предшествующая информация стер-
та не полностью, то при новой записи в память сохранивше-
еся значение логического 0 может оказаться в разряде, где
должна быть логическая 1. Такое состояние РПЗУ опреде-
ляется как сбой.
Схема включения СБИС KM1813BE1 в режиме Работа
(RUN) с использованием аналоговых входов и выходов
приведена на рис. 5.6, б. Диапазон входного и выходного
напряжений ЦПОС определяется и выбирается в пределах
1—2 В. Подключение внешнего ИОН производится между
выводами 8 и 17. Напряжение пульсаций по выходу 8 не
должно превышать 4 мВ при Uref=\. Емкость конденсато-
ра С в УВХ рекомендуется выбирать в пределах 500—
1000 пФ В цифровом режиме входы и выходы ЦПОС, OF,
CCLK, ЁОР, SIGN, IN SIGN, OUT (выводы 1—3, 5, 6, 10,
11, 13, 14, 19, 21,22) подключаются к источнику напряжения
питания Ucci через резисторы сопротивлением 10 кОм
Входные и выходные сигналы ЦПОС могут быть пред-
ставлены как в аналоговой, так и в цифровой форме. Управ-
18*
275
Рис 56 Схемы включения СБИС ЦПОС КМ.1813ВЕ1 в режиме програм
мирования РПЗУ (а) и в режиме работы с использованием аналоговых
входов и выходов (б)
ление режимами работы по входам и выходам СБИС осу-
ществляется по выводам Ml и М2 (выводы 24, 25). Возмож-
ные режимы ввода — вывода информации в зависимости от
сочетаний электрических сигналов на выводах Ml и М2 ука-
заны в табл. 5.1
Система команд ЦПОС КМ1813ВЕ1 включает две груп-
пы аналоговую и цифровую. В свою очередь цифровые
коман ы разделяются на безусловные и условные [82].
Для отработки программ применяется цифровое управ-
ляющее слово, состоящее из 24 разрядов:
Число
разрядов
Код операции АЛУ........................... 3
Адрес операнда В .............. 6
Адрес опершда А или константы.............. 6
Код сдвига ... 4
Код аналоговой операции ....... ...
276
Таблица 5.1. Режимы ввода и вывода информации в СБИС ЦПОС
KM1813BF1
Напряжение на выводах, В Режим ввода-гывода
Ml ЛГ5 Входы мульти- плексора Ввод-вывод Выходы демуль- типлексо- ра Вывод
5 5 0-3 Аналоговый 0—7 Аналоговый
5 -5 1 Цифровой 0-3 >
5 —5 3, 4 Синхрониза- ция 4—7 Цифровой ТТЛ
5 —5 2 Цифровой вы- вод 0—3 х> >
—5 5 0-3 Аналоговый 4—7 Аналоговый
—5 —5 0—3 > 0—7 Цифровой 1'1 Л
Системы безусловных и условных команд с необходимы-
ми комментариями приводятся в табл. 5.2 и 5.3. Все коман-
ды ассемблера ЦПОС используют прямую адресацию яче-
ек СОЗУ. Прн этом значения адреса от 0 до 39 соответству-
ют регистрам общего назначения, 40 соответствует DAR,
а номера адресов более 47 обозначают константы.
Таблица 5.2 Система безусловных команд СБИС ЦПОС
КМ1813ВЕ1
I Код ко- манды АЛУ Мнемони- ческое обозна- чение Операция Назначение операции Классификация команд
011 ADD (Ax2n)J-B—B Сложение Арифмети- ческая
101 SUB B— (Ax2n)->-C Вычитание »
по ABS (Ax2n)->-B Определение аб солютного значе НИЯ » •
001 АВА | ЛХ2" | +B-^B Сложение с аб солютным значе- нием >
ООО XOR (Ax2n)®B-*B Исключающее ИЛИ Логическая
100 AND (АХ2Л)ЛЯ->В Логическое И »
111 lda (AX2n)+0->-B Пересылка Команда пе- ресылки
010 L1M 4-1-»В. если A>0; — 1—►В, если A<0 Ограничение Специаль- ная
277
Таблица 5.3. Система условных команд СБИС ЦПОС
КМ1813ВЕ1
. Код КОМАНДЫ] ЛЛУ Мнемоничес- кое обозна- чение коман- ды АЛУ Мнемоничес- кое обозначе- ние аналого- вой команды Операция Назначение Условие выполне- ния операции
110 ADD С. ND (S, п) (Лх2л)4-В->-В В-*В Сложение Пересылка OAR (S, п)=1 OAR (S. л)=0
10] SUB CND (S, п) В—(Ах2п)->-В В~Ь(ЛХ2П)^В Вычитание Сложение 012 в Со я 5 * is i s г °? " II II * •• О Н-
III LDA CND (S, п) (Лх2л)->В В^В Пересылка опе- ранда Л Пересылка one ранда В
001 АВА CND (S, 71) | Лх2л | + +в->в Сложение с а б солютным значе нием, переполне вне запрещено
ООО XOR CND ($, л) (Лх2л)оВ-*В Исключающее ИЛИ, переполне- ние разрешено
* СУпред — перекос в знаковый разряд прн выполнении предыдущей
команды Л,ПУ.
** СУтек—перенос в знаковый разряд прн выполнении текущей команды
ЛЛУ.
При составлении программ (в зависимости от использу-
емого в программаторе ассемблера) применяются символи-
ческие обозначения переменных или их адреса.
Безусловные команды становятся условными при указа-
нии в аналоговом поле управляющего слова команды CND
(S, п), где S, п -анализируемый бит регистра DAR.
Условные команды, равно как и безусловные, выполня-
ются со сдвигом операнда А и без него. Наличие логичес-
кой 1 в анализируемом разряде DAR означает выполнение
команды, а логического 0 — выполнение команды NOP Нет
операций.
278
В единой системе команд используются две команды ус-
ловных переходов: RNZ Возврат на начало программы
и JNZ Переход на 32 команды вперед по условию. Признак
выполнения команды RNZ: XOR 44, 44, R00..., команды
JNZ: AND 44, 44 R00... Условием переходов является состо-
яние DAR (п) = 1. При DAR (п)=0 производится дальнен-
шее выполнение программы. Команда RNZ, как и ЕОР, дол-
жна быть первой в четверке команд (ее адрес дотжен
делиться на 4). Затем выполняются три команды и происхо-
дит переход по условию. Команда JNZ—третья в четверке
команд. После нее выполняются пять команд, и только по-
том происходит переход по условию [82].
Система аналоговых команд приведена в табл. 5.4. Из
нее следует, что выбор одного из четырех аналоговых выхо-
Т а блин а 5.4. Система аналоговых команд СБИС ЦПОС
КМ1813ВЕ1
Код AFD Мнемоническое обозначе- ние команды Номера вводов выводов Вычисляемая функция
00 /А' (k) ADK 0-3 Подключение входа &-го ка- нала
00 NOP ADK 4 Нет операции
00 ЕОР ADK 5 Конец программы н возврат
00 CVTS ADK 6 Определение знакового раз-
00 CNDS ADK 7 ряда Условная операция (знако- вый разряд)
10 CVT (w) ADK 0—7 Аналого-цифровое преобра- зование п-го разряда
01 OUT (*) ADK 0—7 Подклю епие выхода ЦАП иа k-м канал
11 CND (n) ADK 0—7 Условная операция (и-й раз- ряд)
дов обеспечивается по команде IN (k), которая повторяет-
ся несколько раз до требуемого уровня заряда конденсато-
ра С УВХ
Преобразование входного сигнала в цифровой эквива-
лент проводится по команде CVT (S, п). Результат преоб-
разования записывается в DAR в убывающем порядке: S,
7, .... 0.
Каждая команда CVT устанавливает выбранный разряд
DAR в соответствии с сигналом КН. Дчя установления вы
ходного напряжения ЦАП между каждой парой команд
279
CVT подаются две команды NOP, при этом время установ-
ления 8-разрядного цифро-аналогового преобразования не
превышает 1—2 мкс.
Результаты обработки выводятся из DAR на один из
аналоговых выходов по командам OUT(k), первая из кото-
рых должна подаваться после полного установления сигна-
ла на выходе ЦАП.
Окончание программы и возвращение к ее началу про-
исходят по команде ЕОР. Таким образом, СБИС ЦПОС
КМ1813ВЕ1, с одной стороны, обладает фиксированной си-
стемой команд, с другой — возможностью перепрограмми-
рования. Производятся СБИС с масочным ПЗУ программ.
Для выполнения конкретного алгоритма цифровой об-
работки сигналов во внутреннее РПЗУ СБИС КМ1813ВЕ1
записывается специальная программа, отладка которой яв-
ляется важнейшим этапом создания преобразовательных
устройств на основе ЦПОС. С этой целью разработчикам
РЭА необходимо обладать транслятором ассемблера в объ-
ектный код, программным имитатором для отладки про-
грамм, программатором для занесения объектного кода
в СБИС. Перечисленные средства ориентированы и реали-
зуются на микроЭВМ «Электроника-60», СМ-3, СМ-4,
«Электроника 100/25», комплекс ДВК-2.
Проектирование устройств на основе ЦПОС КМ1813ВЕ1
bkj ючает следующие этапы [83]
составление структурной схемы преобразовательного
устройства с определением основных функциональных уз-
лов,
разработка программ, ориентированных на реализацию
функциональных узлов;
разработка программ обмена данными с внешними уст-
ройствами;
отработка данной программы и оценка требуемого объ-
ема памяти команд (РПЗУ) и данных (СОЗУ);
оптимизация программы, если необходимое число
команд превышает максимальный объем РПЗУ (192 коман-
ды) или число ячеек (40 ячеек);
обеспечение возможности распределения программы
между несколькими ЦПОС (для случая, когда решение тех-
нической задачи с помощью одной СБИС ЦПОС не пред-
ставляется возможным).
Набором программ может быть охвачен широкий круг
задач цифровой обработки сигналов:
линейные преобразования (умножение на константу и на
280
переменную, деление на переменную в процессе масштаби-
рования, выполнение элементарных арифметических опера-
ций, цифровая фильтрация);
нелинейные преобразования (выпрямление, ограничение
сигналов, логарифмирование, генерация функций, вычисле-
ние функций sin х, cos х, ех)‘
обмен данными с внешними устройствами (аналоговый
и цифровой вводы — выводы).
Библиотека СБИС КМ1813ВЕ1 объединяет около 50
программ, тексты которых записываются на магнитных дис-
ках или дискетах.
Особую группу образуют программы, реализующие циф-
ровую фильтрацию. Изменение хотя бы одного коэффици-
ента передаточной функции цифрового фильтра приводит
здесь к существенной переработке всей программы.
Внедрение в аппаратуру многофункциональной програм-
мируемой СБИС КМ1813ВЕ1 не является рядовой техниче-
ской задачей и, безусловно, требует более подробной инфор-
мации об архитектуре, программном обеспечении и особен-
ностях ее сопряжения с внешними устройствами. В полном
объеме такая информация может быть изложена толь-
ко в технических условиях или руководящем техническом
материале по применению СБИС. Ограниченные возможно-
сти книги позволяют авторам на основе развернутого спра-
вочного материала ознакомить разработчиков устройств
цифровой обработки сигналов лишь с характерными осо-
бенностями СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1 и привлечь внимание
специалистов к этому новому классу изделий микроэлек-
троники.
Области применения ЦПОС затрагивают практически
все направления развития народного хозяйства. Микросхе-
ма КМ1813ВЕ1 используется в аппаратуре низкочастотной
связи, синтезаторов речи, измерительной технике, устрой-
ствах распознавания речи, образов и обработки акустичес-
ких голограмм, биомедицинской аппаратуре, автомобиль-
ной электронике и т. д.
Их применение в современных биотехнических системах,
например, обеспечивает полную или частичную обработку
измерительной информации в реальном масштабе времени.
В [84] ЦПОС используется как основа измерительной систе-
мы для обработки электрокардиосигнала (ЭКС). Функции
основных блоков системы — детектора ЭКС, определения
временных параметров и статистической обработки — реа-
лизуются в СБИС КМ1813ВЕ1 на языке АССЕМБЛЕР
281
В результате происходит фильтрация помех с электромаг-
нитных и электрических полей, температурного дрейфа элек-
тродных потенциалов, миографических сигналов, выделение
/?-зубцов ЭКС и др. Статистическая обработка параметров
используется для нахождения средней частоты сердечных
сокращений за несколько ^-интервалов. Полная программа
обработки ЭКС занимает 85—90 °/0 памяти ЦПОС
КМ1813ВЕ1.
Другим примером использования СБИС КМ1813ВЕ1
в биотехнической измерительной системе является преоб-
разователь сигналов для мпогоконтактного электрокардио-
графического электрода, позволяющего повысить помехо-
устойчивость измерений. Алгоритм работы преобразовате-
ля предполагает управление коэффициентами передачи ка-
налов, что дает возможность отфильтровать помехи с ам-
плитудой 200 мВ в полосе частот 17—100 Гц и восстановить
форму ЭКС Полная программа работы преобразователя
занимает 100% памяти СБИС КМ1813ВЕ1.
Применение одной СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1 позволяет
образовать в стандартном четырехпроводном дуплексном
канале тональной частоты с полосой пропускания 0,3—
3,4 кГц один дуплексный канал частотной телеграфии со
скоростью телеграфирования до 100 Бод и сохранением те-
лефонной связи в полосе частот 0,3—2,3 кГц [85] Микросхе-
ма КМ1813ВЕ1 выполняет функции двух ФНЧ, цифрового
ФВЧ, полосовых фильтров нажатия и отжатия для сигнала
частотной телеграфии, решающего устройства, сумматора,
управляюще о генератора частотного сигнала. Цифровые
фильтры рассчитываются, исходя из полного использования
памяти ЦПОС и применения внешнего кварцевого резона-
тора на 6,5 МГц.
СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1 становится перспективным
элементом современных высокопроизводительных средств
непрерывного контроля и управления В [86] предложен ва-
риант построения на ее основе микропроцессорного опреде-
лителя мест разгерметизации в сложных объектах, находя-
щихся под давлением рабочего тела: сварных швов, соеди-
нений герметичных сосудов, стыков труб различного диа-
метра и т. п
Сложность операции раннего обнаружения дефектов свя-
зана с наличием интенсивных акустических шумов из мест
разгерметизации. Математическое обеспечение определите-
ля [86] позволяет проводить неравномерную дискретизацию
сигналов датчиков и их цифровую обработку. Тогда при ко-
282
нечном быстродействии вычислительных средств расстоя-
ние до источника сигнала (места разгерметизации) опреде-
ляется довольно точно и правильно классифицируется де-
фект.
Определителем обслуживается несколько идентичных
каналов обнаружения и локализации повреждений. В каж-
дом из них включено по шесть СБИС КМ1813ВЕ1, СОЗУ
которых образуют память определителя. Сигналы с датчи-
t
Рис. 5.7. Принципиальная элек рн еская схема детектора и индикатора
полярности сигналов (а) на СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1 и диаграмм ее
работы (б)
283
ков после предварительной нормализации подаются на
ЦПОС, где происходит аналого-цифровое преобразование,
корреляционная обработка, вычисление и принятие реше-
ния о месте и характере повреждения.
Серьезным недостатком устройств параллельного спект-
рального анализа сигналов в процессе распознавания речи
является применение большого числа фильтров («гребенки
фильтров») для достижения требуемого частотного разре-
шения. Это приводит к снижению надежности РЭА, увели-
чению ее габаритов и стоимости. Как следует из [87], этот
недостаток может быть сведен к минимуму, если спектраль-
ный анализатор построить на основе СБИС КМ1813ВЕ1.
Его программное обеспечение позволяет получать значения
коэффициентов фильтров с минимальным количеством ин-
струкций, графически представлять их АЧХ и таблицы пе-
редаточных функций. Разработанная для СБИС КМ1813ВЕ1
программа предусматривает одновременный расчет 32
фильтров. Программа на языке ФОРТРАН-IV содержит
976 операторов. Время расчета на мини ЭВМ «Электроника
100/25» при точности задания частотных характеристик
фильтров не менее 5 % •
При решении радиометрических задач возникает необ-
ходимость детектирования измеряемого сигнала, определе-
ния его полярности, амплитуды и т. п. На рис. 5.7 показан
один из примеров построения детектора сигналов и индика-
тора полярности па СБИС КМ1813ВЕ1. Программа работы
ЦПОС в этой схеме довотьно проста и приводится полно-
стью.
0.......................... /ло
1 LDA DAR KPG R00.......... )К0
2 LDA 0 0 R00.............. ЦУО
3 ГКО
4 1К0
5 КОР
6 CVTS
7 КОР
8 CVT7
9 КОР
10 КОР
22 CVT1
23......................... КОР
24 CVTO
25 LIM 15 DAR R00... КОР
26 ABS DAR DAR R00.... КОР
27..................... ... КОР
28.......................... QUTi
29.......................... OUT4
284
Рис 5.8 Функциональная электрическая схема устройства оповещенш
времени на СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1
30.................... OUT4
31 LDA DAR 15 R00..... М)Р
32..................... ЕОР
33.................... OUT0
34.................... OUT0
35................. OUT0
Во многих системах массового обслуживания находят
применение устройства оповещения времени («говорящие
часы»), использующие метод формантного синтеза речи.
В «говорящих часах», функциональная схема которых изо-
бражена на рис. 5.8, используются две СБИС КМ1813ВЕ1
Первая из них реализует программу управления счетом вре-
мени в часах и минутах, выводом па блок индикации теку-
щего времени, установки нового времени по сигналу на-
стройки, обработки сигнала запроса речи, записи в счетчик
адреса СгА ППЗУ начального адреса произносимого с юва,
обработки сигнала Конец произносимого слова. Таким об-
разом, после поступления сигнала запроса речи ЦПОС1 оп-
ределяется количество, состав, порядок произносимых слов,
а также заносится адрес первого произносимого слова и пять
старших разрядов счетчика адреса. Функция формантного
синтезатора речи выполняется ЦПОС2 Информация в него
поступает побитно из ППЗУ слов через 8 разрядный парал-
285
лельно-последовательный регистр ППРг Синтезируемая
речь с выхода ЦАП ЦПОС2 выводится на УНЧ, а затем —
на громкоговоритель ГГ [88].
В канале данных между последовательно-параллельным
регистром и ППЗУ включен блок фиксации конца произно-
симого слова БФК, которая прекращает тактирование счет
чика адреса памяти и подает сигнал на ЦПОС1. В этом слу-
чае ЦПОС1 определяет, является ли произнесенное слово
последним. Если нет, то в счетчик заносится начальный ад-
рес нового слова, и весь процесс повторяется. В другом слу-
чае производится отключение питания от всех схем, кроме
СБИС КМ1813ВЕ1 ЦПОС1 и блока индикации текущего
времени БИ.
Точность хода часов определяется стабильностью квар-
цевого резонатора в генераторе ЦПОС1 (рис. 5.8). Коды
формант всех 32 слов, необходимых для произнесения по
правилам русского языка существующих сочетаний часов
и минут в течение суток, хранятся в ПЗУ емкостью
16 Кбайт. Темп подачи информации в синтезатор составля-
ет 400 байт/с речи.
В технике радио- и ультразвуковой гидролокации возни-
кает необходимость в приеме сигналов различной амплиту-
ды и формы, отраженных от поверхностей твердых тел,
с последующим вычислением расстояния до них на основе
результатов измерения задержки сигналов. Существует
и обратная задача — определение скорости распространения
сигнала в среде при известном расстоянии между передат-
чиком и объектом (например, при измерении скорости дви-
жения автомобиля).
Для измерения задержки между двумя сигналами слож-
ной формы необходимо зафиксировать момент их макси-
мального подобия [89]. С этой целью используется понятие
корреляционной функции (КФ), которая фактически явля-
ется мерой подобия сигнала самому себе. Помимо вероят-
ностной КФ для описания зависимости степени подобия
двух сигналов от времени задержки используется понятие
взаимной корреляционной функции (ВКФ)
Если в общем случае первая производная КФ равна ин-
версной ВКФ сигнала и его первой производной по време-
ни, то становится удобным сравнение задержанного и неза-
держанного сигналов с последующей автоподстройкой за-
держки между ними. Для управления регулируемой линией
задержки в схеме автоподстройки используются коррелято-
286
Рис. 5 9. Принципиальная электрическая схема знакового коррелятора
цифровой системы автоподстронкп временной задержки на СБИС ЦПОС
КМ1813ВЕ1 (А — ОУ на ИС К110УД14)
ры, с помощью которых можно анализировать форму, вре-
менную задержку сигналов и ее знак.
Сложная схема знакового коррелятора в цифровой си-
стеме автоподстройки достаточно просто реализуется на
СБИС КМ1813ВЕ1 (рис. 5.9). Тактовая частота ЦПОС, ко-
торая влияет па время выполнения команд и на рабочую
частоту регистра сдвига и управления линии задержки, фор-
мируется генератором управляемого напряжения ГУН
ЦПОС КМ1813ВЕ1, проводит выборку и дискретизацию
мгновенных значений входных аналоговых сигналов, управ-
ление линией задержки, вычисление КФ и необходимые опе-
рации с ней, подстройку напряжения ГУН Это напряже-
ние фактически является мерой задержки.
Как и в предыдущих случаях, дискретизация входного
аналогового сигнала происходит по команде, подаваемой на
входы 1N0—IN3. При этом в процессе обработки учитыва-
ются только старшие разряды аналого-цифрового преобра-
зования.
Подпрограмма вычисления КФ позволяет определить
287
степень совпадения истинного временного сдвига входных
сигналов со значением задержки, обеспечиваемой ЦПОС
Цифровой коррелятор в схеме на рис. 5.9 использует
базовую логическую операцию «Исключающее ИЛИ». По
результатам сравнения двух-трех дискретных значений сиг-
налов проводится необходимая подстройка временной за-
держки.
Совместно с СБИС ЦПОС КМ1813ВЕ1 в схеме корреля-
тора применены ИС ОУ К140УД7 и ЦИС К564ЛП2.
В [90] предложен цифровой генератор синусоидальных
сигналов па ЦПОС, необходимый для наладки и тестиро-
вания аппаратуры. Синусоидальное напряжение получают
путем изменения формы исходного пилообразного напряже-
ния па трапецеидальную с вершиной среза 60° с последую-
щим использованием ФНЧ. При поддержании соотношения
частот дискретизации и генерации 1 : (20—30)—это ФНЧ
второго порядка. В основе принципа генерации лежит ме-
тод цифрового интегрирования константы до максимального
(или от максимального к минимальному) значения резуль-
тата интегрирования.
В [90] приведена программа генерации сигнала пилооб-
.разной формы и управления частотой синусоиды.
Исходные 16 констант хранятся в памяти ЦПОС по 8
положительных и отрицательных с адресами KP0—КРУ
и КМ1—КМ8.
С помощью ЦПОС можно получать одновременйо сиг-
налы с 8 различными частотами на каждом из выходов Для
этого результат перемещается в регистр DAR и выполняет-
ся команда OUT. Плавное изменение частоты производится
аналоговым напряжением по любому из входов IN0—IN3.
Глава 6
Методы и средства контроля микроэлектронных
ЦАП и АЦП
С точки зрения финишного контроля качества современ-
ные БИС ЦАП и АЦП с нормируемыми точностными дина-
мическими и метрологическими характеристиками являются
наиболее трудоемкими изделиями микроэлектроники [91].
Процент выхода годных БИС преобразователей ввиду слож
288
ности их производства сравнительно невысок В этой ситуа-
ции возрастает значимость проблем, связанных с достиже-
нием оптимума между риском поставщика и потребителя
при аттестации микросхем на этапе разработки и серийного
производства, с одной стороны, и на прсдэксплуатационном
входном контроле, с другой.
Отказы БИС ЦАП и АЦП, как и их недопоставка для
комплектации РЭА, приводят к необоснованным экономи-
ческим потерям в производстве. Поэтому роль контрольно-
измерительных средств в обеспечении качества БИС ЦАП
и АЦП па каждом из этапов их жизненного цикла велика.
Достаточно сказать, что объем контрольно-измерительных
операции занимает до 50 % общей трудоемкости изготовле-
ния преобразователей, а стоимость может составлять 60—
70 % итоговой. Потребность в БИС ЦАП и АЦП для народ-
ного хозяйства достигает сотен тысяч и более штук в год.
Отсюда важнейшими технико-экономическими показателя-
ми контрольно измерительных средств становятся произво-
дительность, себестоимость и уровень метрологических ха-
рактеристик, от которого зависит достоверность контроля.
Высокие требования к производительности и достоверно-
сти результатов контроля параметров БИС ЦАП и АЦП
в процессе серийного производства, снижение их трудоемко-
сти и стоимости обеспечиваются за счет внедрения универ-
сальных автоматизированных контрольно-измерительных
средств, управляемых от мини- или микроЭВМ.
Одна из автоматизированных установок для контроля
параметров ЦАП и АЦП описана в [4]. В ее состав входят
калибратор тока и напряжения, генератор прямоугольных
импульсов, эталонный ЦАП, стробоскопическое измеритель-
ное устройство, формирователь временных интервалов, ми-
ни ЭВМ и др. Установка обеспечивает исследование 8—12-
разрядных ЦАП и АЦП, в том числе tc в диапазоне 0,5—
100 мкс, ta в диапазоне 10 нс — 10 мкс, tsu в диапазоне 0,1—
100 мкс.
Другим примером .может быть измерительный комплекс,
управляемый микроЭВМ и предназначенный для точного
автоматизированного измерения 12-разрядных преобразова-
телей и приближенного измерения АЦП с Основу си-
стемы составляет измерительная секция, содержащая блоки
источников питания, измерений и цифрового ввода — выво-
да. Метрологические характеристики системы определяет
блок измерений, который содержит эталонный ЦАП, циф-
ровой вольтметр, коммутационные элементы для подключе-
19-385
289
Рис 6.1. Структурная схема автоматизированного измерительного комп-
лекса для контроля и измерения прецизионных БИС ЦЛП и ЛЦП
ния опорных источников и испытуемых устройств к преци-
зионному вычитателю. Испытания проводятся методами
сравнения и прямого измерения. Буферный усилитель с про-
граммируемым коэффициентом усиления (64 коэффициен-
та) нормализует сигнал па входе АЦП для обеспечения не-
обходимого динамического диапазона. Точность измерения
на уровне 16 разрядов обеспечивается почасовой калибров-
кой и программной линеаризацией эталонного ЦАП (рис.
6.1).
Программирование и управление осуществляются через
алфавитно-цифровой дисплей, па который выводятся также
результаты измерений. Результаты могут фиксироваться пе-
чатающим устройством и заноситься в накопитель на гибких
дисках для последующей статистической обработки. Ком-
плекс имеет выходы на стандартные магистрали для под-
ключения к вычислительным средствам Программное обес-
печение позвочяет проводить измерения в любой последова-
тельности а также изменять и дополнять их программу.
В измерительно-вычислительном комплексе [91] для кон-
троля 8—12-разрядных преобразователей используется уни-
версальная микроЭВМ «Электроника-60» модели 15ВМ.16-
012, которая обладает высоким быстродействием и програм-
мной совместимостью с мини-ЭВМ, СМ-3, СМ-4,
290
Рис. 6.2 Структурная схема автоматизированного измерительно-вычис-
лительного комплекса для измерения параметров БИС ЦАП и ЛЦП сред-
ней ТОЧНОСТИ’
УУ — устройства управления стандартным оборудованием ввода-вывода инфор-
мации и управления регенерацией; РИ — расширитель интерфейса Ы1м — бло-
ки памяти УПЗР—устройства аналого-цифрового преобразования и задания
режимов контроля; УС — устройства связи с панелью индикации и управления;
ЦП — центральный процессор: БК— блок коммутации; ПНУ— панель индикации
и управлении, БП — блоки питания; ИОН — источник опорного напряжения
«Электроника 100/25». Комплекс включает два блока: уни-
версальный и сменный для контроля преобразователей раз-
личных типов. Все устройства, входящие в состав комплек-
са рис. 6.2, программно управляются от микропроцессора
и обеспечивают контроль 32 параметров АЦП и ЦАП с точ-
ностью контроля токов напряжений ±1%, нелинейности
±0,1 МР
Алгоритмическая часть программного обеспечения запи-
сывается в ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием информа-
ции К573РФ1 БПм. Режимы контроля, классификационные
границы и очередность операций зафиксированы в ППЗУ
К558РР1 УПЗР.
Большие возможности по исследованию и измерению
электрических параметров ЦАП и АЦП обеспечивают из-
мерительные системы, выполненные в стандарте КАМАК.
Структурная схема одной из таких систем представлена на
рис. 6 3 В ее составе три крейта: 0-й на основе микропроцес-
сора серии К580, работающего с операционной системой
19*
291
Рис 6.3 Структурная схема измерительной системы в стандарте КАМАК
СРМ и языками программирования БЕЙСИК и ПАСКАЛЬ,
1-й — с измерительными модулями, 2-й — с модулями зада-
ния режимов. Кроме того, в системе используется плата се-
мейств с согласующими и коммутационными элементами,
адаптер для ввода измерительной информации от преобра-
зователя конкретного типа.
Программируемые блоки питания рассчитаны па допус-
тимую на рузку до 0,5 А (2—3 шт.) и до 20 мА (8 шт.). Два
непрограммируемых блока обеспечивают напряжения пита-
ния’ ± 15 и 5 В.
Платы семейств и адаптер разрабатываются под суще-
ствующие серии БИС преобразователей и обеспечивают их
подключение к системе и измерение параметров в соответ-
ствии с выбранными методами.
Измерительная система позволяет производить измере-
ние 11 важнейших параметров ЦАП и АЦП, функциональ-
ный контроль в различных режимах, определять зависимо-
сти изменения параметров от различных воздействующих
факторов: времени, температуры, напряжений питания и др.
Рассмотренные автоматизированные контрольно-измери-
тельные средства отвечают самым современным требовани-
ям. Поскочьку основные операции измерения и контроля
выполняются по специально разработанным программам,
то их обслуживание доступно операторам, не обладающим
большим опытом и профессиональными знаниями в области
ЦАП и АЦП. Однако эти средства достаточно объемны,
292
сложны, дорогостоящи и применяются, как правило, в ус-
ловиях крупного серийного производства БИС.
В то же время проведение лабораторных исследований
образцов преобразователен, макетирование на них отдель-
ных узлов и блоков РЭА, обеспечение измерений в условиях
мелкосерийного производства или ремонта нуждаются в ма-
логабаритных, дешевых и несложных средствах со средней
или малой производительностью.
В числе таких средств используются осциллографичес-
кие установки и цифровые вольтметры. Однако они облада-
ют рядом недостатков и ограничений, рассмотренных в [4].
Получение с их помощью измерительной информации тре-
бует от операторов специальной технической подготовки.
Аналогичные задачи контроля и измерений могут ре-
шаться с помощью несложных автоматизированных уст-
ройств и тестеров [4], которые позволяют достичь известного
компромисса между точностью и производительностью из-
мерений, сложностью реализации и экономичностью и т. п.
Ниже рассмотрено несколько примеров автоматизиро-
ванных устройств для контроля и измерения статических
и динамических параметров микросхем ЦАП и АЦП, кото-
рые были опробованы на практике.
Функциональная электрическая схема одного из уст-
ройств для измерения времени установления показана на
рис. 6.4 [92J.
В состав устройства входят три компаратора напряже-
ний КН1—КНЗ, три формирователя коротких импульсов по
Рис. 6 4 Структурная схема устройства для автоматизированною измере-
ния времени установления ЦЛП
293
фронту ФКИФ1—ФКИФЗ, формирователь коротких импуль-
сов по спаду ФКИС, элементы ИЛИ1, ИЛИ2, триггер Тг,
генератор ГТИ и счетчик СчТИ, вход запуска ВЗ и вход
измеряемого сигнала ВИС.
В исходном состоянии на выходах КН!—КНЗ устанав-
ливается уровень логический 0. Выход Тг в произвольном
состоянии, а импульсы от генератора ГТИ постоянно посту-
пают на вход счетчика СчТИ. С появлением на входе ВЗ
устройства сигнала запуска (при изменении цифрового ко-
да ЦАП) СчТИ переходит в нулевое состояние и готов
к приему новой информации. Измеряемый сигнал Ux посту-
пает на вход устройства ВИС. При достижении им уровня
срабатывания КН! (UX>UH) на входе последнего устано-
вится сигнал логическая 1, который поступает на вход
ФКИФ1. С выхода ФКИФ1 на один из входов ИЛИ 1 посту-
пит логическая 1. На выходе ИЛИ1 формируется сигнал
сброса по соответствующему входу Тг. Описанный тракт
обозначим КН!—ФКИФ1—ИЛИ1.
При достижении Ux уровня срабатывания КН2 (Ux~^
^Ucp) на выходе последнего появится логическая 1, она
поступит на вход ФКИФ2, с выхода которой на один из вхо-
дов ИЛИ2 поступит логическая 1. На выходе ИЛИ2 сфор-
мируется сигнал записи по информационному (или счетно-
му) входу Тг. Описанный тракт обозначим КН2—ФКИФ2—
ИЛИ2. При достижении Ux уровня срабатывания КНЗ
(ЦХ^ЦВ) на выходе последнего появится логическая 1, она
поступит на вход ФКИФЗ. С выхода ФКИФЗ на второй вход
схемы ИЛИ1 поступит логическая 1. Описанный тракт обо-
значим КНЗ—ФК.ИФЗ—ИЛИ!. После перехода U х через
уровень UB на выходах КНЗ, КН2 и КН! последовательно
появится логический 0. При этом ФКИФЗ и ФКИФ1 не сра-
батывают, а с выхода ФК.ИС на второй вход ИЛИ2 посту-
пит логическая 1. Описанный тракт обозначим КН2—
ФКИС—ИЛИ2. Если в какой-то из моментов времени Сх
не достигнет одного из уровней UB или UH, то с выхода со-
ответствующего тракта КН!—ФКИФ1—ИЛИ1 или КНЗ—
ФКИФЗ—ИЛИ! на Тг не поступит сигнал сброса. Тогда на
Тг последовательно пройдут сигналы записи с выходов
трактов КН2—ФКИФ2—ИЛИ2 и КН2—ФКИС—ИЛИ2.
На выходе Q(Q)Tz появится логическая 1, которая, по-
ступив на вход R СчТИ, остановит счет импульсов. По чис-
лу импульсов, записанных в СчТИ, определяют tsu(tsi).
Временные диаграммы работы устройства для двух случа-
294
илиг
Тг
V*
ФКИФ2
ФКЧФЗ
<ркис
ИЛИ1
КНЗ
ФКИФ1
КН1
кнг
-Ue
Uep
Uh
<PKM<P2
t
СчТИ
t'
rn lllllllllllllllllllllllilllllllll
СчТИ
rraiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii'iiiiiiiiiiiii^
КН1
кнг
кнз
СРКИФ1
WKMC3
РКИС
ИЛИ1
или?.
—
4*ср
--Uh
i
i
Рис 6.5. Временные диаграммы работы устройства по рис. 6.4
ев завершения процесса установления Ux приведены на рис.
6.5.
В другом устройстве (рнс. 6.6) используются генератор
ГТИ1, временные селекторы ВС1, ВС2 и амплитудные се-
лекторы АС1 и АС2, пересчетная схема ПС, триггер Тг, эле-
мент И, элемент запрета ЭЗ, счетчик импульсов Сч, вход
Вх и шина запуска ШЗ [93]. Перед измерением у АС1 ниж-
него и АС2 верхнего уровней предварительно устанавлива-
ются пороговые напряжения П„ и Пк, триггер Тг закрыт,
импульсы ГТИ не поступают на Сч, а на выходе элемента
НЕ сигнал отсутствует.
295
Рис. 6.6 Структурная схема устройства для автоматизированного н мс-
рения времени установления сигнала на выходе ЦАП
С поступлением на шину ШЗ устройства фронта сигна-
ла запуска происходит следующее. ПС устанавливается
в нулевое состояние, в Сч записывается некоторое число .V
в дополнительном коде, Тг устанавливается в состояние ло-
гической 1, через ВС1 на Сч подаются импульсы от ГТИ.
Число N выбирается, исходя из известного максимального
периода колебаний Ux: N>0,5 fx/fo, где fx и f0 — частоты
изменения Ux и следования импульсов ГТИ.
Если UX<UH и UX>UB, то на выходе элемента И форми-
руется сигнал логический 0 и ВС2 по пропускает импульсы
ГТИ па ПС. При UH^.UX^UB на ПС поступают импульсы
ГТИ и подсчитываются с установленным коэффициентом
пересчета Л' При каждом выходе измеряемого сигнала Ux
за установленные пределы G',,—содержимое ПС сбрасы-
вается в пуль. Как только измеряемый сигнал окончатель-
но устанавливается в указанном интервале, ПС насчитыва-
ет число Л' импульсов от ГТИ и сигналом переполнения (че-
рез Тг и ВС) прекращает счет в Сч. Так как в Сч передним
фронтом сигнала запуска записано число N в дополните 1ь-
ном коде то за время измерения в счетчике будет записано
истинное значение времени установления электрического
сигнала ЦАП Моменту окончания измерения соответству-
296
Рис. 6.7. Структурная схема устройства для автоматизированного изме-
рения динамических параметров БИС ЦАП
ет наличие импульса переполнения ПС При этом содержи-
мое Сч перестает уветичиваться.
На рис. 6.7 показана структурная схема устройства, об-
ладающего повышенной точностью измерения и помехоза-
щищенностью [94]. Она содержит генератор ГТИ, элементы
И, И-НЕ, ИЛИ, триггер Тг, счетчики Сч1 и Сч2, компараторы
КН1 и КН2, таймер Ты, формирователь коротких импульсов
ФКИ, а также шипы; входную ШВ, запуска ШЗ, сигналь-
ную Готов LUC, предварительной записи информации
ШПЗИ. Триггер Тг используется в режиме установки
в нуль. Минимальная емкость Сч на один старший разряд
больше емкости, необходимой для выбранного диапа-
зона измерений. Старшим разрядом выходного кода, соот-
ветствующего измеряемой величине, в этом случае являет-
ся следующий разряд кода на выходе Сч. Пропущенный
разряд выходного кода Сч не используется, что допустимо
только 1 раз за цикл измерения
В цепях КН1 и КН2 включены резисторы, образующие
положительную обратную связь, которая определяет значе-
ние гистерезиса и является мерой помехоустойчивости и чув-
ствительности устройства.
Сумма значений гистерезиса КН не должна превышать
разности между верхним порогом срабатывания КН1 UD
и нижним порогом срабатывания КН2 Uu. При этом КН1
и ЕН2 используются соответственно в неинвсртируюшем
и инвертирующем включениях.
297
Таймер Тм необходим в устройстве для компенсации
времени задержки распространения сигнала.
Измеряемая величина Ux определяется как произведе-
ние числа выходного кода (в десятичной форме) на период
следования импульсов от ГТИ. Диапазон Ux может быть
расширен на один (старший) разряд по сигналу переполне-
ния.
Перед началом у КИ 1 и КН2 устанавливаются нижний
и верхний пороги срабатывания UH и UB при заданном зна-
чении гистерезиса UH-
При подаче на устройство фронта сигнала запуска по
шине ШЗ ФКИ вырабатывается короткий импульс, кото-
рый устанавливает Тг в состояние логическая 1, запускает
таймер Тм и через элемент ИЛИ сбрасывает счетчик Сч2
в нуль. Причем Тг через И разрешает поступление импуль-
сов от ГТИ на счетный вход Сч1 По окончании сигнала
ФКИ—Сч2 управляется входным сигналом Ux по шине
ШВ, прошедшего через КИ1 и КИ2, элементы И-ИЕ, ИЛИ.
Счетчик Сч1 удерживается в пулевом состоянии выходным
сигналом таймера Тм, после чего вновь считает импульсы
от ПИ.
При вхождении Ux в зону t7„ + t7w<(7x<(7B—Un Сч2 по
сигналу, прошедшему через КН1 и КН2, элементы И-НЕ
и ИЛИ, начинает подсчет импульсов ГТИ. Если Ux выходит
за пределы указанной зоны, то Сч2 вновь устанавливается
в пуль.
После окончательного вхождения Ux в установленную
зону Сч2 сигналом переполнения устанавливает Тг в пуль,
что соответствует выработке сигнала Готов по шине ШПЗИ
и прекращению доступа импульсов логическая 1 ГТИ на
счетный вход Сч2. На выходе Сч2 устанавливается код, яв-
ляющийся мерой Ux.
Рассмотрены устройства [92, 93, 94] позволяют произво-
дить измерение динамических параметров ЦАП, в частно-
сти tsu и tst, с заданной точностью, определяемой шириной
зоны установления. Но эти же устройства удобно использо-
вать совместно с цифровыми вольтметрами для измерения
таких статических параметров преобразователен, как (7оо,
Hrs, 6t, &ld. Основными требованиями к цифровым вольтмет-
рам в этом случае являются возможность работы с внеш-
ним запуском и наличие УВХ на входе
В качестве импульса внешнего запуска цифрового вольт-
метра могут быть использованы сигналы окончательного
вхождения Ux в пределы заданной зоны, вырабатываемые
298
Рис 6.8 Структурная схема устройства для автоматизированного изме-
рителя динамических характеристик БИС АЦП
соответствующими элементами устройств [92—94]. В первом
устройстве (см. рис 6.4) эго сигнал с выхода О-триггера,
во втором (см. рис. 6.6) — сигнал переполнения с выхода
пересчетиой схемы, в третьем (рис. 6.7)—сигнал перепол-
нения с выхода второго счетчика.
В качестве автоматизированного измерителя динамиче-
ских характеристик ЛЦП используется устройство [95],
структурная схема которого изображена на рис. 6.8. В его
состав входят источник сигнала ИС, контролируемый АЦП,
блок управления и обработки БУО, генератор пилообразно-
го напряжения ГПН, компаратор напряжений КН, генера-
тор ступенчатого напряжения ГСН, аналоговый переклю-
чатель А П, элемент временной задержки ВЗ, элементы
ИЛИ, И, блок стробирования БС, опорный компаратор ОК
и источник опорного напряжения ИОН.
В исходном состоянии, устанавливаемом с помощью БУО,
напряжение па выходе ГСН отсутствует, АП деблокирован.
Генераторы ГПН и ГСН с КН образуют известную схему
регулировки временной задержки. Импульс с выхода КН
передается в БС.
По сигналу БУО на выходе ИС устанавливается требуе-
мое текущее значение напряжения. Тактовым сигналом за-
пускается АЦП, а затем — ГПН с временной задержкой,
определяемой ВЗ. Код с выхода АЦП через элементы ИЛИ
(их число соответствует числу разрядов контролируемого
преобразователя) суммируется в элементе И. При отсутст-
299
вии в тех или иных разрядах кода АЦП сигналов логичес-
кая 1 эти сигналы по программе БУО должны подаваться
на соответствующие элементы ИЛИ.
Затем по сигналам БУО в КН формируется последова-
тельность строб-импульсов, сдвигаемых во времени относи-
тельно момента запуска АЦП. По строб-импульсам на вы-
ходе БС устанавливаются сигналы, соответствующие мгно-
венным значениям сигнала И Время нарастания последнего
до заданного уровня характеризует быстродействие АЦП.
Значение уровня задается ИОИ, а момент его достижения
фиксируется ОК. По сигналу с выхода ОК блокируется АП,
прекращая дальнейшее изменение напряжения ГСП. Одно-
временно БУО производит считывание кода из резистора
ГСП, который эквивалентен времени нарастания выходного
сигнала с И, т. е. времени 1С АЦП при заданном входном
сигнале. После считывания кода БУО устанавливает новое
значение ИС, и описанный процесс измерения повторяется.
Элементы ИЛИ и И вносят систематическую ошибку
в процесс контроля Для ее компенсации в цепь запуска
ГПН введен элемент ВЗ.
Для проведения входного контроля динамических пара-
метров микросхем преобразователей может использоваться
устройство [96], структурная схема которого показана на
рис. 6.9. В состав устройства входят компараторы КН1
Pirc. 6 9 Структурная схема устройства контроля динамических парамет-
ров БИС преобразователей
300
и КН2 нижнего и верхнего уровней нарастания контролиру-
емого сигнала, таймеры Тм1 и Тм2, КНЗ и КН4 нижнего
и верхнего уровней зоны установления, одповнбрагор Ов,
элементы И1—И4, триггеры Тг1—ТгЗ, шины контро 1я
IUKJ1—ШК4, запуска ШЗ, входа ШВ.
Перед началом работы у КПЗ и КП4 устанавливаются
пороговые уровни U„ и UB зоны установления сигнала Ux,
у КН 1 и КН2 — пороговые уровни Un и £/' нарастания Ux.
Таймеры Тм1 и Тм2 запрограммированы па времена задер-
жки, равные соответственно максимально допустимому
времени контроля и установления Ux. Длительность импуль-
са одновибратора Ов должна соответствовать максимально
допустимому времени нарастания Ux.
С подачей на ШЗ сигнала запуска Тг1 переходит в со-
стояние логический 0, а на инверсных выходах Тг2 и ТгЗ
установится логическая I.
С превышением Ux уровня нарастания LK(UX>U'K) на
выходе КНI и одновибратора Ов установится логическая
1. Этот же уровень появится па выходе КН2, элементе И1
и S-входе Тг1 в момент превышения Г7Ж>С/' и просущест-
вует до момента окончания импульса одновибратора Ов.
Сигнал с выхода Тг1 подается иа первый вход элемента ИЗ
и шипу контроля времени нарастания ШК1.
Как только U»^.UX^.OB, на инвертирующих выходах
КНЗ и КН4 устанавливаются логический 0 н логическая 1,
элементы И2—И4 закрываются, па инвертирующих выходах
Тг2 и ТгЗ появятся логические /. Сигнал с выхода таймера
Тм2 не влияет на состояние элементов ИЗ и ТгЗ, на инверти-
рующих выходах которых, а также па входе элемента И4
п шипе IUK4 (Время установления) удерживается логичес-
кая 1.
После поступления сигнала с выхода таймера Тм1 эле-
мент И2 остается в закрытом состоянии, па инвертирующем
входе Тг2 и шине LUK2 остается логическая 1. Сигналы ло-
гическая 1 на шинах ШК1—ШК4 указывают (в случае окон-
чательного вхождения Ux в зону V»—UB), что контролируе-
мые параметры находятся в пределах нормы.
Если же значение динамического параметра преобразо-
вателя выходит за пределы установленных норм, то КН1,
КН2, одновибратор Ов, элементы И1, триггер Тг1 срабаты-
вают, как описано выше, а иа выходе Тг1, входе И4 и шине
ШК1 контроля времени нарастания устанавливается логи-
ческая 1.
301
Рис. 6.10. Функциональная электрическая схема устройства контроля не-
линейности ЬИС преобразователей
Сигнал с выхода таймера Тм2 подается на вход элемен-
та ИЗ раньше, чем происходит последний выход Ux за пре-
делы зоны установления, при котором элемент ИЗ открыва-
ется, на инвертирующем выходе ТгЗ, входе И4 и шине ШК4
появится логический 0.
Устройство позволяет также проводить контроль време-
ни нарастания и установившегося уровня Ux [96], выдавать
информацию о результате контроля по соответствующим
выходам.
Контроль нелинейности микросхем преобразователей
с точностью, определяемой метрологическими характерис-
тиками компараторов напряжения, может осуществляться
с помощью простого устройства, в основу работы которого
положен принцип сигнализации о нахождении Ux в преде-
лах заданной зоны [4]. Устройство имеет три входа (рис.
6.10), первый из которых управляется линейным напряже-
нием функции Uy—AX + B, второй—напряжением изме-
ряемого сигнала UxxAX, третий — линейным напряжени-
ем функции Uy—АХ—В. В перечисленных функциях А==
= 1,2, 3.., а В — постоянный коэффициент, значение кото-
рого соответствует допуску на отклонение контролируемой
нелинейности (дифференциальной нелинейности) ЦАП или
АЦП, оговоренному в ТУ Коэффициент В может прини-
мать значения ±1; ±0,5; ±0,25; ±0,125 МР и т. д.
Нелинейность источников линейного напряжения долж-
на выбираться не менее чем на порядок меньше нелинейно-
сти контролируемой микросхемы преобразователя. Управ-
ление по всем трем входам должно осуществляться син-
хронно
Информация о результате контроля снимается с выхода
соответствующего устройства. Наличие на выходе логиче-
302
ской 1 или логического 0 соответствует появлению сигналов
Годен или Не годен при разбраковке ИС Ситал логичес-
кий 0 (Не годен) появится в случаях, когда Ux выйдет за
пределы установленной зоны допуска на параметр не линей-
ность или дифференциальная нелинейность.
Иногда при контроле нелинейности ЦАП или АЦП появ-
ляется необходимость получения раздельной информации
о ее положительном или отрицательном уходе например
когда проводятся исследования влияния на ИС преобразо-
вателей различных дестабилизирующих факторов (элек-
трических режимов, температуры окружающей среды
и г. п.) В этом случае выходы КН разъединяются и инфор-
мацию Годен или Не годен получают с каждого из них.
Глава 7
Тенденции развития микроэлектронных
устройств преобразования информации
Анализ возможностей применения БИС ЦАП н ЛЦП показывает,
что этн перспективные изделия микроэлектроники внедряются практи-
чески во все области науки и техники я позволяют использовать новей-
шие цифровые методы обработки информации даже в тех областях,
в которых традиционно доминируют аналоговые сигналы и операции [1].
К ним относятся телевидение, высококачественная звукозапись и зву-
ковешание, телефония, радиопередача и радиоприем, электроизмеритель-
ные н регистрирующие приборы, бортовая электроника, приборы для
быта и др
Наиболее перспективно применение микроэлектронных ЦАП и АЦП,
осуществляющих линейное преобразование цифрового кода в аналого-
вый эквивалент (ток или напряжение) и наоборот.
Достигнутый в прогнозируемый уровни основных электрических па-
раметров и эксплуатационных характеристик БИС ЦАП и АЦП под-
тверждают что будущее преобразовательной техники связано с повыше-
нием точности, быстродействия, производительности и функциональной
сложности.
По мнению отечественных и зарубежных специалистов, в области
микроэлектроники основным полупроводниковым материалом в бли-
жайшие 15—20 лет останется кремний В течение этого времени следует
ожидать дальнейшего совершенствования существующих разновидностей
303
биполярной КМОП, КМОП/КНС (кремний на сапфире) технологий,
а также комбинированных технологий на их основе.
Реализовать потенциальные возможности кремния, заложенные в пе-
речисленных видах технологий, можно за счет разработки БИС и СБИС
преобразователей с оригинальными функциональными структурами
и применения автоматизированных средств проектирования.
Основным направлением в развитии микроэлектронных ЦАП и АЦП
является создание комбинированных технологий, сочетающих положи-
тельные свойства биполярных (ТТЛ, ЭСЛ) и КМОП структур, бипо-
лярных структур и СВЧ транзисторов и т. п
Комбинированный БИМОП технологический процесс, например, поз-
воляет создавать БИС преобразователей со встроенными микроконтрол-
лерами для слежения за весом МР и автоматической калибровкой по-
грешности преобразования внутренних УВХ. У БИМОП ЦАП н ЛЦП
небольшая мощность потребления, невысокий уровень шумов и переход-
ных процессов. Потребители микросхем имеют возможность регулиро-
вать пороги уровней сигналов и обеспечивать тем самым их сопряжение
как с ТТЛ, так и с КМОП ЦИС.
Применение в прецизионных быстродействующих ЦАП встроенных
КМОП ППЗУ позволяет отказаться от трудоемкой операции лазерной
подгонки высокоточной резистивной матрицы Схема коррекции, управ-
ляемая от ППЗУ, гарантирует точность преобразования ЦАП па уровне
0,0015% [97]
Сравнительно новым направлением развития аналоге цифровых
БИС является создание специализированных функциональных базовых
кристаллов (ФБК), предназначенных для использования в РЭА, близ
кой по функциональному составу, быстродействию, динамическому
и частотному диапазонам По сравнению с цифровыми базовыми мат
ричнымн кристаллами (БМК) преимущества ФБК проявляются в более
рациональном использовании площади кристалла (за счет уменьшения
числа межсоединений) и возможности реализации аналоговых и анало
го-цнфровых узлов.
Обычно ФБК содержит набор стандартных аналоговых и цифровых
элементов (ОУ, КН, логических элементов, аналоговых переключателей),
топология и схемотехника которых отрабатываются с помощью САПР
При создании конкретной аналого-цифровой БИС элементы ФБК сое-
диняются на кристалле слоем металлизации по заданной программе.
Известны аналого-цифровая ФБК, выполненные на основе КМОП,
И2Л, ЭСЛ структур [98, 99] в зависимости от класса миниатюризируе-
мой аппаратуры.
Эффективность применения аналоге цифровых ФБК зависит от вида
РЭА и решаемой технической задачи. Например, в устройствах с адап-
тивной дельта модуляцией использование аналоге цифровых ФБК по
304
сравнению с БМК позволяет сократить общую площадь и количество
внешних навесных элементов в 5—6 раз.
Большими потенциальными возможностями по увеличению быстро-
действия микросхемы ЦАП, АЦП на 1—1,5 порядка (при 6<10.. 12)
обладает перспективный полупроводниковый материал арсеиид галлия
(GaAs) Подвижность электронов в GaAs зависит от напряженности
электрического поля таким образом, что их предельная дрейфовая ско-
рость достигается при значениях напряженности, в 4 раза меньшей,
чем у Si
Другое преимущество GaAs состоит в большом объемном сопротив-
лении (10’—10" Ом-см), которое позволяет получать высококачест-
венные изолирующие подложки с уменьшенными паразитными емкостя-
ми и токами утечки.
В качестве базовых элементов для построения ЦАП и АЦП на GaAs
используются металлополупроводниковые полевые транзисторы (МЕП
транзисторы) и приборы с переносом электронов (ППЭ).
МЕП 1р«нзнсгор iipoci по конструкции и выполняетси в пнзкоомном
топком слое материала GaAs, осажденном на высокоомной подложке
Он имеет затвор в виде диода Шоттки, расположенный между двумя
металлическими контактами истока и стока Работа МЕП транзистора
аналогична работе полевого транзистора (ПТ) с управляющим перехо-
дом, т. е. напряжение на затворе определяет ширину обедненной области
под ним и управляет током в цепи исток —сток
Па GaAs создают ПТ с управляющим гетеропереходом, приборы
с зарядовой связью (ПЗС), МЕП транзисторы с обогащением и обедне
нием, МОП транзисторы
Для построения ЦАП и АЦП могут использоваться и ППЭ [100]
Эти приборы напоминают диоды Ганна (тс же три слоя с проводимо
стями типа п+, п и п~), генерирование СВЧ сигналов в которых проис-
ходит за счет переноса электронов через тонкую область — барьер, воз-
никающий в результате туннельного эффекта.
Особенность ППЭ состоит в наличии одного или двух управляемых
'затворов, с помощью которых изменяется пороговое напряжение Пода
вая на затворы тактовые импульсы или управляющий аналоговый сиг-
нал, ППЭ можно использовать в качестве ячеек для построения кон-
вейерных АЦП или АЦП последовательных приближений, работающих
па частотах до 8—10 ГГп прн числе разрядов 5—8 В таких АЦП ППЭ
с двумя затворами работают в режиме компарирования, а ППЭ с одним
затвором обеспечивает тактирование преобразователя Дифференцналь
ный ОУ образуется двумя полевыми транзисторами Мощность, потреб-
ляемая одной ячейкой преобразования АЦП на ППЭ [100], не превыша-
ет 330 мВ г
В настоящее время в нашей стране и за рубежом [101] ведутся ак-
тивные разработки по созданию сверхскоростных интегральных микро
20—385
305
схем (ССИС) преобразователей на GaAs с числом разрядов 6—10 и час-
тотами преобразования от 1 до 8 ГГц. Предполагается, что на рубеже
1991—1995 гг. степень интеграции ИС на GaAs приблизится к уровню
ИС на Si. Однако разработка и внедрение в РЭА ССИС преобразо-
вателей на GaAs не лишены серьезных трудностей Как исходный полу-
проводниковый мазериал для изготовления ССИС GaAs не обладает по-
ка высокой чистотой, требуемым уровнем бездефектности и технологич-
ности. Это сказывается на сроках разработки ССИС, их техническом
уровне, проценте выхода годных изделий, стоимости.
Рабочие токн МЕП транзисторов на GaAs существенно зависят от
приложенных в рабочем режиме напряжений и обладают временной не-
стабильностью за счет изменения обратных потенциалов затворов [100,
101],
Микросхемы ЦАП и АЦП на основе GaAs требуют создания слож-
ного и дорогостоящею метрологического оборудования, работающего
в частном диапазоне до 10 ГГц и выше Для их сопряжения с СВЧ ли-
ниями связи необходимы специальные корпуса, обеспечивающие согла-
сованное волновое сопротивление и исключающие энергетические поте-
рн. Перечисленные проблемы сдерживают развитие ССИС преобразова-
телей на GaAs, но их решения можно ожидать в ближайшие 5—10 лет.
Микросхемы на GaAs найдут применение в измерительной технике
и аппаратуре для физических исследований, в волоконно-оптических
и спутниковых каналах передачи данных, бортовых раднолока юрах, фа-
зированных антенных решетках наземных радиолокаторов, телевизион-
ных системах и др.
Среди приборов на новых физических принципах по-прежнему пред-
ставляют интерес сверхпроводящие квантовые интерференционные уст-
ройства с джозефсоноескими переходами (СКВИД), которые рассматри-
ваются на современном этапе как перспективные элементы для создания
сверхбыстродействующих преобразователей.
Переходы Джозефсона — барьеры между сверхпроводниками, ко-
торые имеют толщину 5 нм и менее. Обычно они изготавливаются нз
сплавов евница. Параметры приборов находятся в экспоненциальной за-
висимости от толщины перехода
В СКВИД магнизное ноле, создаваемое током непрерывного и ме-
няющеюся аналогового сигнала, изменяет число силовых линий магнит-
ного потока. В результате генерируются импульсы напряжения, поляр-
ность которых зависит от направления изменения входного аналогового
сигнала Последовательность импульсов с выходом квантователя посту,
пает на счетчики, которые фиксируют их с учетом полярности [4].
Характеристика преобразования АЦП на СКВИД представляется
периодической функцией амплитуды управляющего сигнала.
В АЦП на СКВИД аналоговый сигнал подается на b сверхпрово-
дящих ячеек (где b—число разрядов преобразования), периодичность
306
переключения которых пропорциональна 2Л (п=0, 1, 2 ) Таким обра-
зом, реализуется известный уже принцип работы параллельного АЦП:
СКВИД меняет свое состояние каждый раз, когда напряженность маг-
нитного поля в области между переходами достигает критического зна-
чения, равною половине кванта поля. Измеряемый сигнал подается на
подложку ИС. Выходной сигнал каждой преобразующей секции перио-
дически изменяется с изменением напряженности магнитногр поли
[Ю2]
На СКВИД могут быть выполнены ЛЦП двухшагового интегриро-
вания для построения широкодиапазонных цифровых измерительных
приборов с высокой чувствительностью, которая ограничивается только
тепловыми шумами.
Однако СКВИД, так же как и приборы на GaAs не лишены не-
достатков. Их разработка и производство сопряжены со значительными
схемотехническим и и конструкторско-технологическими трудностями
Так, переключение СКВИД в состояние с конечным напряжением
определяется значением суммы токов синхронизации и управления.
Уровни квантования АЦП зависят от амплитудных значений синхрони-
зирующих импульсов Следовательно, от цикла к циклу преобразования
их необходимо поддерживать постоянными во избежание погрешности
квантования [100, 101]. Серьезной проблемой остается организация про-
цесса выборки аналогового сигнала. Для предотвращения ложных пе-
реключений сигнал на входе СКВИД — АЦП не должен изменяться в
течение промежутка времени, равного длительности импульса синхро-
низации. Это требование может быть реализовано только за счет при-
менения сверхвысокочастотного УВХ Такое устройство до сих пор не
разработано Использование же любого другого внешнего УВХ бес-
смысленно, поскольку полностью исключает эффект от использования
СКВИД
Не найдено пока оптимальное решение задачи подключения сигна-
ла из среды с обычным для Si диапазоном температур в среду с глубо-
коохлажденным кристаллом СКВИД В месте подключения к ячейке
возникают перекрестные помехи на фоне которых СВЧ сигнал трудно-
различим.
Глубокое охлаждение СКВИД до 4 К (—269 °C) обеспечивается
малоюбаритными холодильными камерами объемом 10—30 дм3 Однако
потребляемая ими мощность достигает 100 Вт и более.
В АЦП на СКВИД заметны влияние цифровых сигналов на ана-
логовую часть схемы и нестабильность порога квантован гя. Если влия-
ние первого фактора может быть уменьшено тщательным конструиро-
ванием монтажной платы АЦП, то устранение второго потребует ис-
пользования автоматической системы коррекции
Продолжаются исследования по повышению на 1—2 порядка плот-
ности упаковки элементов н снижению рассеиваемой мощности преобра-
20»
307
зователей на частотах в сотни мегагерц с использованием приборов с за-
рядовой связью (ПЗС). Эти приборы представляют собой последова-
тельную цепочку металлических электродов, отделенную от поверхности
полупроводника тонким слоем диэлектрика Один из принципов созда-
ния АЦП на ПЗС состоит в следующем. Количество зарядов опреде-
ленного значения, необходимое для заполнения области под электродом
(потенциальной ямы, обед шиной носителем заряда), линейно связано
с входным напряжением [4]. Потенциальная яма предварнтелыо запол-
няется зарядом до уровня отсечки. Затем часть заряда, пропорциональ-
ная входному напряжению, экстрагируется из потенциальной ямы, в ко-
торую последовательно поступают измерительные заряды заданного
значения. Они вновь заполняют потенциальную яму до значения напря-
жения отсе (км. Число поступающих зарядов фиксируется счетчиком.
Важным фактором успешной реализации программ но созданию
перспективных микроэлектронных ЦАП, АЦП, АЦС, ЦПОС является
развитие САПР, ориентированных на решение конкретных задач. Вхо-
дящие в состав САПР подсистемы физико-топологического, технологи-
ческого, электрического, электрологичсского моделирования узлов пре-
образователей позволяют реализовать преимущества новых подходов по
совершенствованию конструкции, функциональной структуры, алгорит-
мов работы и др.
Актуальной является проблема дальнейшего развития автоматизи-
рованных контрольно-измерительных средств, обладающих высокой про-
изводительностью и достоверностью однократных измерений
Перечисленные проблемы решаются комплексно, совместными уси-
лителями разработчиков микросхем и аппаратуры.
Прогресс в области преобразовательной техники неотделим от соз-
дания совершенной РЭА будущего и в значительной степени определя-
ется уровнем развития микроэлектронных ЦАП, АЦП. Поэтому рас-
смотренный класс изделии микроэлектроники вплоть до 2000 г. останется
предметом постоянного внимания разработчиков РЭА.
Приложение
ОБЩИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ
МИКРОСХЕМ ЦАП И АЦП СЕРИИ К572, К1107,
К1108. К1118
В данном приложении указаны общие эксплуатационные особенно-
сти БИС ЦЛП и АЦП, объединяемых в рамках различных серии
Серия К572. Микросхемы серии К572, выполняемые по КМОП тех-
нологии предназначены для построения РЭА различного назначения,
использующей цифровые методы обработки, передачи или отображения
информации и не требующей высокого быстродействия. Достоинствами
серии являются низкая потребляемая мощность, совместимость со стан-
дартными ТТЛ и КМОП логическими уровнями, возможность работы
от одного источника питания и др К недостаткам серии относятся уме-
ренное быстродействие н критичность ИС к пробою статическим элек-
тричеством в процессе .монтажа и наладки.
Микросхемы серии К572 эксплуатируются в диапазоне температур
окружающей среды от —10 до 4-70°C. Относительная влажность воз-
духа при температуре окружающей среды 35 °C не должна превышать
98 %.
В состав серии К572 входят умножающий 10-разрядный ЦАП уни-
версального назначения К572ПА1, аналогичный 12-разрядный ЦАП
К572ПА2 с двумя входными регистрами для хранения цифровой пн
формации, многофункциональный 12-разрядный АЦП последовательно-
го приближения К572ПВ1 с организацией управления процессом преоб-
разования и вводом (выводом) данных, ориентированный на работу
с МП, интегрирующие АЦП (двухтактного интегрирования) К572ПВ2
и К572ПВ5 для применения в измерительных приборах с 3,5- и 4,5 де-
кадными светодиодными (или жидкокристаллическими) индикаторами,
8 разрядный АЦП последовательного приближения КР572ПВЗ, сопря-
гаемый с МП, многоканальная (число каналов 8) 8-разрядная анало
го-цифроная система сбора данных КР572ПВ4
Следует отмстить, что микросхема К572ПВ1 может быть использо-
вана в режиме умножающего ЦАП и ориентирована для применения
в преобразователях типа угол — код
Для .микросхем серии К572 продолжительность пайки при темпера-
туре жала паяльника 235 ±5°С не должна превышать 5 с.
Установка и извлечение микросхем из контактных устройств могут
309
производиться только прн выключенных источниках питания и входных
сигналов. При этом ие допускается попадание внешнего электрического
потенциала иа крышку корпуса ИС.
Подача электрических сигналов на выводы ИС прн выключенных
источниках напряжения питания, а также подключение к незадейство-
ванным выводам запрещаются.
Микросхемы серии К572 требуют защиты от воздействия статичес-
кого электричества с абсолютным значением потенциала 30 В н более.
Проверка цепей ИС в РЭА может проводиться прн выключенных
источниках питания путем подачи па выводы напряжения *3 В (±5 В
для БИС К572ПВЗ) при токе не более 100 мкА.
Ие следует производить какие-либо операции с выводами ИС, пе
задействованными в схеме включения.
Серия К1107. Микросхемы быстродействующих 6—8-разрядиых па-
раллельных БИС АЦП серии КП07 изготавливаются по биполярной
технологии с применением ТТЛ (К1107ПВ1, КП07ПВ2) н ЭСЛ струк-
тур (КН07ПВЗ, КН07ПВ4). Типовой для этой серии АЦП является
технология, для которой области коллектора, базы и эмиттера п-р-п
транзисторов формируются последовательно легированием исходного
материала через окна в окненой пленке.
Рабочие температуры окружающей среды БИС АЦП находятся
в диапазоне от —10 до +70 °C.
Для микросхем серии КН07 температура индивидуальной н груп-
повой пайки не должна превышать 260 °C при времени касания 3 с с
интервалами между пайками 10 с (примерно 5 мнп в режиме групповой
панки при температуре расплавленного припоя 235°C).
В процессе подготовки БИС к пайке запрещается обрезка незадей-
ствованных в схеме включения выводов.
Монтаж и демонтаж БИС серии К1107 в РЭА должны произво-
диться только при отключенных источниках напряжения питания.
Следует помнить о недопустимости попадания электрических сигна-
лов на незадействованные выводы и поверхность корпуса БИС.
При проверке микросхем в составе блоков и узлов РЭА допуска-
ется подключение между любыми их выводами напряжения не более
0,5 В при максимальном токе в цепи 1 мА.
Микросхемы серив КП07 устойчивы к воздействию статического
электричества с потенциалом не более 100 В.
В случае необходимости принятия мер защиты печатных плат
с БИС от воздействия влаги следует использовать покрытие лаками
УР 231, Э4100 при оптимальной толщине равномерно нанесенного по по-
верхности слоя 35—55 мкм.
Серия К1108. Микросхемы серин КН08 изготовляются по биполяр-
ной технологии, в том числе с применением кремниевых структур с ди-
электрической изоляцией, СВЧ транзисторов, элементов ЭСЛ.
310
В состав серии К1108 входят 12 разрядный быстродействующий
ЦЛП К1108ПА1 с токовым выходом, функционально завершенные н со-
прягаемые с МП 10- н 12-разрядные АЦП КП08ПВ1 и КН08ПВ2,
а также преобразователь напряжение — частота — напряжение
КРП08ПП1.
Микросхемы данной серии функционируют в диапазоне рабочих
температур —10-:- +70 °C.
При эксплуатации БИС серии KI108 запрещается подача электри-
ческих сигналов на се выводы при отключенных источниках питающих
напряжений
Не допускается также попадание электрических сигналов иа поверх-
ность крышки корпуса н на незадействованные в схеме включения вы-
воды. Не рекомендуется их подключение к общим шинам.
Проверка целостности цепей РЭА с вмонтированными БИС может
проводиться только при отключенных источниках питающих напряже-
ний путем подачи через любые выводы корпуса микросхем напряжений,
ие превышающих 0 5В прн токах не более 1 мА. Прн этом порядок
снятия и подачи напряжений по входным цепям питания произволь-
ные
Серия К1И8. Микросхемы ЦАП серии КН 18 изготавливаются по
биполярной технологии на основе ТТЛ и ЭСЛ структур и функциониру
ют в диапазоне рабочих температур —10—70 °C
В составе серии микросхемы 8-разрядиого быстродействующего
ЦАП с выходом по току К1П8 ПА1, 10 разрядного быстродействующе
го ЦАП с выходом по напряжению К1Н8ПА2, а также 8 разрядного
сверхскоростного ЦАП КП18ПАЗ с временем установления по току по-
рядка 5—10 нс.
Микросхемы данной серии по входным уровням н напряжению ис
точнпков питания хорошо совместимы с ЦИС серий ТТЛ и ЭСЛ (КЮ0,
К500. К1800)
Замена микросхем серии КН 18 на печатных платах должна произ-
водиться только при отключенных источниках входных сигналов и пи-
тающих напряжений
Прн монтаже ЦАП допускается оставлять свободными выводы, ие
задействованные по схеме включения.
Не разрешается подключение каких-либо электрических сигналов
и обшей шипы к незадействованным выводам и поверхности крышки
корпуса
Для ИС представляют опасность разнополярные заряды статическо-
го электричества с потенциалом 1000 В и более (200 В для ИС
КШ8ПА2)
При проверке цепей РЭА со встроенными ИС серии КП 18 допуска-
ется подключение между любыми их выводами напряжений не более
0,5 В при максимальном протекающем токе 1 мА
311
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Осокин Ю В., Судьин С. Л , Фсдорков Б. Г. Параметры, области
применения и перспективы развития полупроводниковых преобразовате-
лей информации//Микроэлектроиика и полупроводниковые приборы/Под
ред. А. А Васенкова и Я А. Федотова М Радио и связь. 1983. Вып. 7
С. 38-51
2. Денисов В. И., Корольков В. В., Митрофанов Ю Н Устройство
ввода-вывода для обработки сигналов звукового вещания на ЭВМ//
//Электросвязь. 1985 № 4 С. 19—20.
3. Свиридеико В. А. Звездии В. С., Савин А. Речевой ввод-вывод
в информационных сетях//Мстоды и микроэлектронные средства цифро-
вого преобразования и обработки/Сбориик тезисов докладов конферен-
ции Рига ИЭ и ВТ АН Латв. ССР. 1983. Т 2. С. 212—214.
4. Фел орков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П Микроэлектронные
цифро-аналоговые н аналого-цифровые преобразователи. М.: Радио
и связь, 1984.
5. Зайцев А Е, Судьин С. Л. Помехоустойчивый измерительный ка-
нал для систем сбора информации электрофизических установок//Мето-
ды и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработ
ки сигиалов/Сборннк тезисов докладов конференции Рига ИЭ и ВТ АН
Латв. 1983 С. 157—160
6 Игнатьев В. К-, Краснонолин И. Я. Оптимизированный СКВПД
с радиочастотным смещением в диапазоне 25—30 МГц//Приборы и техни-
ка эксперимента. 1982. № 1. С. 200.
7. Телец В. А. Классификация микроэлектронных АЦП//Измсрнтель-
ная техника. 1981 Л® 12. С. 41—43.
8. Яншин А. А. Теоретические основы конструирования, технологии
и надежности ЭВМ М Радио и связь. 1983
9 АЦП со сроком службы 200 часов при 200 сС//Электронпка. 1980.
Т. 53. № 26. С. 92
10 Прейзак. Разработчику — о дрейфе преобразователей данных//
//Электроника. 1977. Т. 50. № 23 С 48—53.
11. Бахтиаров Г Д., Малинин В В., Школин В П Аналоге цифро-
вые преобразователп/Под род. Г Д Бахтнарова. М. Советское радио,
1980.
12. Гнатек Ю. Р. Справочник по цифро-аналоговым и аналоге циф-
ровым преобразователям: Пер. с англ./Под ред. Ю А. Рюжниа М-: Ра-
дио н связь, 1982.
13. Флоров А. Д. Теоретические основы проектирования и надежно-
сти радиоэлектронной аппаратуры. М Высшая школа, 1970.
14. Under В. A. Electrostatic discharge failure of semiconductor de-
vices//19 th Annual Proceedings Realibility Physics, 1983.
15 Richetts L. W. Fundamentals of Nuclear Hardening Electronic
Equipment. New York. Wiley—Interscience, 1972.
16 Коршунов Ф IE, Богатырев Ю В- Вавилов В. А Воздействие
радиации иа интегральные микросхемы Минск Наука и техника, i986.
17 Кулаков В. М, Ладыгин Е. А., Шаховцев В. И. Действие прони-
кающей радиации на изделия электронной техипки/Под ред Е. А Ла-
дыгина. М.: Советское радио, 1980
18. Broelf F. G., Barnard W J. Radiation — Hardened CMOS 8-bit
Analogto-digital Converter//!EEE Transactions on Nuclear Science. 1983
Vol NS-30, № 6.P.4246—4250.
312
19 Гуткин Л. С. Оптимизация радиоэлектронных устройств М.. Со-
ветское радио, 1975.
20. Собкии Б. Л Автоматизация проектирования аналого-цифро-
вых приборов на микропроцессорах М Машиностроение. 1986
21. Gordon В М. Noise — Effects on Analog to Digital Conversion
AccuracyZ/Computer Design. 1974, Marell. P 65—76.
22 Моисеев В. С. Системное проектирование преобразователей ин-
формации. Л.- Машиностроение, 1982.
23 К вопросу проектирования быстродействующих высокоразряд-
ных аналоге цифровых преобразователей//Б. Г. Федорков, Д. В. Сотский,
С. И. Новожилов и др./Методы и микроэлектронные средства цифрового
преобразования н обработки сигиалов/Сборник тезисов докладов кон-
ференции Рига ИЭ и ВТ АН Латв ССР. 1986 Т 1 С. 112—114.
24 Салохин В Ф.. Седаков С. В Устройство для вывода информа-
ции из электронно-вычислительной машины СМ-4 на осциллограф/.'При-
боры н техника эксперимента. 1985. № 14 С. 72—73.
25. Добрынин В- А.. Ши корми И. А. Устройство для вывода инфор-
мации из электронной вычислительной машины 15ВСМ-5 на графопо-
строитель//Приборы и техника эксперимента. 1982. № 1. С 88—89
26. Лукьянов Д. А. КР580 — автоматизация без проблем//Микро-
процессорные средства и системы. 1985. № 1. С. 90
27 Рамендик Г. И., Хромов Л. Ю. Автоматизированный измеритель
спектров, зарегистрированных на пластиике//Приборы н техника экспе-
римента 1986. № 2 С. 182—187.
28 Колесников С. А.. Любарский В В., Мнацаканян Э А. Инфор-
мационно-вычислительный комплекс для обработки изображений иа ба-
зе ЭВМ «Электроника 60»//Г1рнборы и техника эксперимента 1986 № 1
С. 51—54.
29 Программно-управляемый высоковольтный стабилизированный
источник ннтания/А. А Паханьков, А. Ю. Нестеров, О А. Павлович
и др.//Приборы и техника эксперимента. 1985. С. 150—152.
30 Федоров И М Низкочастотный фазочуветвительный вынрямн-
те.чь//Приборы и техника эксперимента 1985 № 4 С. 129 131.
31. Импульсный усилитель с цифровым управлением коэффициен-
том успления/В В Елисеева Г. В Ильинский н др.//Приборы н техника
эксперимента. 1985. А» 4 С. 122.
32 Усилитель для фотоприемника с цифровым управлением/
/В Г Бочкарь. А И. Захаров и др.//Приборы и техника эксперимента,
1986 № 2 С. 170—171.
33. Операционные усилители с повышенным выходным напряжени-
ем/В Ю Романов, В. II Барышников и др.//Приборы и техника экспе-
римента 1985. № 6. С. 101—102.
34 Кудлак Б. И., Ситовенко В. А., Турчанинов 1О Н Функциональ-
ный преобразователь иа микросхемах цифро-аналогового преобразоватс-
ля//Приборы и техника эксперимента. 1982. № 1 С. 124—125
35. Сидорчук Л. И., Климович С. У. Врсмяимпульсный аналого-циф-
ровой преобразователь для извлечения квадратного кория//Приборы
и техника эксперимента. 1986 № 3 С. 115—117
36. Устройство логарифмического представления двоичных чисел
в аналоговой форме/А. Георгиев, И И Журавлев и др.//Г1риборы и тех-
ника эксперимента 1986 № 3. С 112—113
37. Макаров С. Б., Уланов А. М Цифровое устройство для форми-
рования сигналов с амплитудной и фазовой модуляцнсй//Прнборы н тех-
ника эксперимента 1986 № 2. С. 103—104.
313
38. Про раммно-управляемый блок модуляции магнитного поля ра-
диоспектрометра электронного парамагнитного резонанса/В. П Лапиц-
кий, Г. И. Ромбак н др.//Приборы и техника эксперимента 1986 № 2.
С. 148150
39 Юрьев С. А., ЮщукС. И., Хомяк Г Е. Цифровой генератор опер-
ного сигнала для ядерного гамма-резонансного спектрометра на базе
многоканального анализатора//Приборы и техника эксперимента 1986.
№ 1. С. 104—105.
40 Матчак А. Т. Преобразователь временных интервалов в напря-
жсние//Г1риборы и техника эксперимента. 1982 № 1 С. 105— 06.
41 Антоневич А И., Буцкнй В. В., Саржевский А. М. Десятираз-
рядный аналого-цифровой преобразователь последовательного прибли-
жения на интегральных схемах//Прнборы и техника эксперимента. 1982.
№ 1. С. 115—116
42 Власов В Г., Флорой А. И Спектрометрический модуль на ли-
нии с микро-ЭВМ «Электроника ДЗ-28»//Приборы и техника экспери-
мента. 1985. С. 51—52.
43. Коваленко А Н-, Макаров С. Б., Медведев Б. М. Дискретно-ана-
логовый согласованный фильтр с цифровым унравлением//Прнборы
и техника эксперимента. 1984 №6 С. 119—121.
44. Графопостроитель Н-306 в составе управляющего вычислитель-
ного комплекса СМ 1/Н. П Барабанов, М Р. Завадский и др//Приборы
и техника эксперимента. 1985. № 4 С. 76—78
45. Флейшер Е. Г Организация межпроцессорного обмена в УЧПУ
с подчиненными контроллерамн//Микропроцессорные средства н систе-
мы 1987 №2 С. 43—48
46. Парфенов А. Н.. Пиляр А В. Шестнадцатиразрядный цифро-ана-
логовый преобразователь//Прнборы и техника эксперимента. 1986 № 2.
С. 111 — 113.
47, А с. 1283804 СССР МКИ3 С 06 G 7/22. Преобразователь ампли-
туды электрического сигнала по синусной и косинусной зависимости/
/В. Г Домрачев, Б. С. Мейко. А. Н Щавелкнн н др /,'Открытия Изобре-
тения 1987 № 2.
48 Белячиц А. Ч., Кухарчик П Д, Семенчик В. Г. Высоковольтный
источник питания ламп обратной волны//Прнборы н техника экспери-
мента. 1982. № 4. С. 154—155.
49 Преобразователи формы информации для обработки биомедицин-
ских сигналов ПФИ1 и ПФИ2/В. А. Давиденко, П. С. Ключап, В Н. Лав-
рентьев и др.//Электронная промышленность. 1986 Вын. 10. С- 20—22.
50. Марциикявичюс А. — И К., Пошюиас Р. Л., Сагайтис В В.
Сверхбыстродействующий цифро-аналоговый преобразователь KI 118Г1А1//
Электронная промышленность. 1984 Вып. 1. С. 46—48.
51 Особенности применения ИС ЦАП КИ18ПА1 для восстановления
ТВ изображения/ Ю. М. Грешницев, А. Г. Гуднов, А. — И. К- Марчинкя-
вичюс и др.//Техника кино и телевидения. 1984 № 6. С. 37—39
52. Солоднмов А. А., Полубабкин Ю В. Быстродействующий ана-
лого-цифровой преобразователь повышенной точности//Приборы и тех-
ника эксперимента. 1986 № 2. С. 106—109.
53. Александравичюс И А., Марциикявичюс А. — И К., Матузо-
иис Ч. Ю. Быстродействующий десятиразряднын ЦАП КР1118ПА2//
//Электронная промышленность. 1986. № 10. С. 8—10
54. Цыкало Н Д. Телевизионный цифро-аналоговый преобразователь
иа микросхеме КРШ8ПА2//Техника кино и телевидения. 1987. № 3.
С. 33—34.
314
55. А. С. 817740 СССР, МКШ G 08С 9/04. Устройство преобразова-
ния сигнала синусно-косинусного вращающегося трансформатора/
/Я М. Велнксон//Открытня. Изобретении. 1981. № 12.
56 Великсон Я. М. Применение интегральных АЦП для построения
преобразователя углового перемещения синусно-косинусиого вращаю-
щегося трансформ атора//Измерительная техника. 1986. № 6. С 15—17.
57 Применение микроэлектронных устройств в аппаратуре для иссле-
дования скважин в процессе буренпя/Е. Г Абаринов, А. И. Никсенков//
//Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и об-
работки сигналов/Сборпик тезисов докладов конференции. Рига: ИЭ
и ВТ АН Лате ССР. 1986. Т I С. 14—16
58. Кулешов В. М. Четырехканальный аналого-цифровой преобразо-
ватсль//Приборы и техника эксперимента. 1987. № 2. С. 82—83.
59. Казаков Б. В., Рысин А. А. Входные цепи устройств отображе-
ния ТВ информации с плоским экраном//'Гехннка кино н телевидения.
1984. № 4 С. 38—40.
60. Гобзепко В. П., Цыкало Н. Д. Телевизионный аналого-цифро-
вой преобразователь на микросхемах KI107ПВ1//Техника кино- и теле-
видения. 1984. № 12. С. 31—34.
61. Мамедов Ф С-, Васильев А Н Сопряжение быстродействующе-
го интегрального АЦП КИ07ПВ1 с микроконтроллерамн//Микропроцес-
сорныс средства н системы. 1987. № 2. С. 79—80.
62. Марциикявичюс А. — Й. К- Быстродействующие АЦП и ЦАП
для обработки широкополосных сигиалов//Электронная промышленность.
1986. Вып. 10. С. 5—6.
63. Буймистрюк Г. Я- Микропроцессорные подсистемы спектрально-
адаптивной телевизионной камеры//Техника кино н телевидения 1985
№ 5. С 42—44
64. Мелешко Е. А., Олейник С. В. Быстродействующий 10-разрядпый
АЦП для регистрации формы однократных пронессов//Электротгая про-
мышленность. 1986 Вып. 10. С. 10—12.
65. Валах В. В., Григорьев В Ф., Данилевич В. В. Быстродействую-
щие аналого-цифровые преобразователи для измерения формы случай-
ных сигналов//Приборы и техника эксперимента. 1987. № 4. С. 86—90.
66. Басин В М., Кучинскас И. Д., Марциикявичюс А,—Й К. Сверх-
быстродействующие шестиразрядные АЦП КП07ПВЗ А, Б//Электропная
промышленность. 1985. Вып. 7. С. 32—34.
67. Милехин А Г., Ромашов А. М Сверхбыстродействующие 8-раз-
рядные АЦП на базе АЦП К1107ПВЗ//Электронная промышленность.
1986. Вып. 10. С. 12—17.
68. Захаров П Ф.. Свистунов А. П Устройство регистрации сигна-
лов субмикросекундной длительности на базе АЦП КН07ПВЗ//Элект-
ронная промышленность. 1986. Вып. 10. С. 16—18.
69. Басин В. М Марциикявичюс А — Й К- Ясулайтис Д. Ю Сверх-
быстродействующий 8-разрядный АЦП КП07ПВ4 с частотой преобра-
вовання 100 МГц//Электронная промышленность. 1986. Вып. 10. С. 13—
15.
70. Быстродействующий однокристальный АЦП КИ08ПВ1/Е. А. Ря-
бов, Д В Сотский, Б Г. Федорков и др.//Электронная промышленность
1986. № 2. С. 16
71. А. с. 1018228 СССР МКИ3 C06G 7/00. Аналого-цифровой пре-
образователь последовательного приближения/Б Г. Федорков, Е. А. Ря-
бов, Д. В. Сотский//Открытня. Изобретения. 1984. № 17.
72. Rehman М A. Integrated Circuit Voltage Reference//Electronic
Engineering. 1980. May. Vol 52, .№ 638. P. 65—85.
315
73. Косауров В. И., Михайловский А. В., Спирков А. К- Устройство
выборки и хранения//Методы и микроэлектронные средства цифрового
преобразования и обработки снгналов/Сборпнк тезисов докладов конфе-
ренции. Рига: ИЭ н ВТ АН Латв. ССР. 1983. Т. 1. С. 105—ПО.
74. Операционный усилитель с быстрым установлением для парал-
лельных АЦП//Ю. П Кононенко, Г. В. Мокан, Е. А. Рябов, Д. В Сот-
скнй//Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования
и обработки сигналов/Сборник тезисов докладов конференции. Рига ИЭ
и ВТ АН Латв. ССР. 1986. Т 1. С. 101—104.
75 Дмитриев Н. В. Аналого-цифровой преобразователь с плаваю-
щей запятой//Приборы и техника эксперимента 1986. 2. С. 109, ПО.
76 Полянский П. В., Ширковский Н. А. Электроника БК-0010 в сис-
темах управления технологическими объектами/ЛМикропроцессорныс
средства и системы. 1987. № 4. С. 33, 34.
77. Лаииров А. В, Рудометов Е. А., Харазов В. Г. АЦП на БИС
КП13ПВ1 для персональной ЭВМ «Электроника БК-0010»//Микропро-
цессорныс средства и системы. 1987. № 4. С. 85, 86.
78. Ануфриев Л. П. Мультиметр иа БИС//Радио. 1986. № 4 С.34—
38.
79 Хомеиков Н К-, Зверев А. П. Цифровой термометр//Радно. 1985
№ 1 С. 47.
80. Годаков С. С., Кудряшов Б. Г. Устройство нагрева тигля ионного
источника//Приборы и техника эксперимента. 1986. № 4. С. 172—174
81 Восьмикаиальиая аналого-цифровая система сбора данных
К572ПВ4/В М. Арсеньев, Э. Р. Аузиньш и др.//Методы и микроэлект-
ронные средства цифрового преобразования н обработки снгналов/Сбор-
ник тезисов докладов конференции. Рига: ПЭ и ВТ АН Латв. ССР 1986.
Т. 1. С. 20—24
82 Лаинэ А. А., Страутманис Г Ф. Однокристальные цифровые про-
цессоры обработки сигналов и построение радиоэлектронной аппарату-
ры на их основс/уМетоды и микроэлектронные средства цифрового пре-
образования и обработки сигналов/Сборпнк тезисов докладов конферен-
ции. Рига ИЭ и ВТ АН Латв. ССР. 1986. Т. I С. 341—345.
83. Артюхов В Г., Кондратюк В. А., Стацюра Е В. Программные
средства автоматизированного проектирования устройств обработки сиг-
налов на основе СБИС КМ1813ВЕ1//Методы и микроэлектронные сред-
ства цифрового преобразования и обработки сигналов/Сборник тезисов
докладов конференции. Рига: ИЭ н ВТ АН Латв. ССР 1986. Т. 3. С.
744 746
84 Банников С. Ю, Марфенко К. С., Подлепецкий Б. И. Проекти-
рование микроэлектронных измерительных биотехнических систем на ос-
нове цифрового преобразования и обработки снгналов/Сборник тезисов
докладов конференции. Рига ИЭ и ВТ АН Латв. ССР 1986. Т 1
С. 296—271
85. Гаспарян О. Ф Жолдасов Е. С. Каганов А. Г. Цифровой про-
цессор сигналов для организации одного телефонного канала тональной
частоты, уплотненного одним каналом частотной телеграфин//Методы
и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки
сигналов/Сборник тезисов докладов конференции. Рига- ИЭ н ВТ АН
Латв ССР 1986 Т I С. 299—301.
86 Чаплыга В М-, Спичеиков Ю. Н., Данилов В Э. Микропроцес-
сорный определитель мест разгерметизации на базе КМ1813ВЕ1//Мето-
ды и микропроцессорные средства цифрового преобразования и обработ-
ки сигналов/Сборник тезисов докладов конференции. Рига: ИЭ и ВТ
АН Латв ССР. 1986. Т. 1. С. 384 386.
316
87 Гусев О. В., Зимицкий Ю А Автоматизация проектирования
цифровых фильтров на базе ЦПОС К1813ВЕ1//Иетоды и мнкроэлект
рониые средства цифрового преобразования и обработки сигналов/Сбор-
ник тезисов докладов конференции Рига ИЭ и ВТ АН Латв. ССР.
1986 Т. 1 С. 308 310
88 Гуревич М. X., Миикевич В. В. «Говорящие часы» па базе од-
нокристальных микроЭВМ КМ I8I3BE (//Методы и микроэлектронные
средства цифрового преобразования и обработки сигналов/Сборник те-
зисов докладов конференции Рига ИЭ и ВТ АН Латв. ССР 1986. Т 2
С. 660—662
89. Gut М. Dhh mit Signalprozcssor realisiert//Electronik. 1984.
Vol. 33, № 7. S. 77—79.
90 Гиатив P. M., Скобы л ко А. Я. Цифровой генератор синусоидаль-
ных сигналов с управлением по частоте на спецпроцессоре//Микропро-
цессорпые средства и системы. 1987. № 4 С. 71—73.
91. Измерительно-вычислительный комплекс на базе встроенной мпк-
роЭВМ «Электроника-60» для контроля 8—12-разрядпых микроэлект-
ронных ЦАП и АЦП/В А. Архангельский, В. С. Данилов, В И. Кубыш-
кнп//Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования
и обработки снгиалов.'Сбориик тезисов докладов конференции Рига ПЭ
и ВТ АН Латв ССР. 1983 Т. I С. 258—261.
92 А. с. 1007080 СССР, МКИ3 С 04G 10/04. Устройство для изме-
рения времени установления переходного процесса/В А Телец, В П. Дег-
тяренко. А. Н ЩавелкнцДОткрытня. Изобретения. 1983. № 11.
93. А. с. 1019392 СССР, МКИ С 04 G 10/04. Устройство для изме-
рения времени установления электрического сигнала/А. Н. Шавелкин,
В. А Телец. В П Дегтяренко Открытия Изобретения. 1983. № 9
94 А. с. 1226396 СССР, МКИ3 С 04 G 10/04. Устройство для изме-
рения времени установления электрического сигиала/А. Н. Шавелкин,
В П. Дегтяренко, В. А. Телец н др.//Открытня. Изобретения. 1986. № 15.
95 А. с. 1053029 СССР МКИ' С 04 G 10'04. Устройство для контроля
времени задержки многовых адовых приборов/А. С Боидарсвскнн,
М. М. Гельман В А Телец и др. //Открытия. Изобретения 1983 Ас 4.
96 А. с. 1308977 СССР, МКИ3 С 04 G 10/04. Устройство для конт-
роля параметров переходного процесса электрического сшналд/В П Дег-
тяренко. В А Телен, А Н Шавелкин/ Открытия Изобретения 1987.
№ 17.
97 Коул Б. К. Монолитные АЦП промышленного назиачеиня//Элект-
роника. 1986 № 19 С. 58. 59.
98 Малышев И В Мочкпн В. С., Можаев Г. В Функциональный
базовый кристалл для аналого-цифровых КМДП БИС//Техника средств
связи.'/Научпи-технический сборник. Сер. Микроэлектронная аппаратура.
М ЭКОС 1984 Вын 1—2. С. 10—15.
99 Волков Э. В., Лавров В. В., Калинин А В. И2Л — БИ базовый
кристалл д тя создания аналоге цифровых БИС//Техника средств связи/
/Научно-технический сборник Сер Микроэлектронная аппаратура. М.:
ЭКОС. 1984. Вып. 1—2 С. 20—22.
100. Бош Б. Г. Гшабитовая электропнка//ТИИЭР. 1979. Т. 67. Ав 3.
С. 12—16.
101. Уоллер Л. АЦП на приборах нз арсенида га.члня на диапазон
до 8 1 Гц//Электроиика. № 7. 1979. С. 3. 4.
102 Камерфорд Р У Аналого-цифровой преобразователь с исполь-
зованием эффекта Джозефсона//Электроника. 1981. As 5 С 6—7.
317
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................... 3
Глава 1. Общие сведения ................ 7
1.1. Области применения микроэлектронных ЦЛП и АЦП . 7
1.2 Требования к электрическим параметрам и эксплуатаци-
онным характеристикам ЦАП и АЦП ... 20
1 3 Особенности выбора н проектирования БИС ЦАП и АЦП 32
Глава 2. ЦАП ...............................48
2.1 ЦАП с выходом по току . . .... 48
2.1. 1. Микросхема К572ПА1.................... , 48
2.1. 2. Микросхемы К572ПЛ2 и КР572Г1А2 .... 79
2 1.3. Микросхема К594ПА1........................93
214 Микросхема КИ08ПЛ1.......................101
2.15. Микросхема КП18ПЛ1 .......................109
2.16. Микросхема К1П8ПАЗ....................... . 116
2.2 ЦАП с выходом по напряжению (микросхема KI 118ПА2) 121
Глава 3 АЦП ................129
3.1. ЛЦП последовательного приближения .... 129
3.1 1 Микросхемы АЦП К572ПВ1 н КР572ПВ1 ... 129
31.2 Микросхема микромощного 8-разрядного ЛЦП . 144
3 2 АЦП считынания....................................150
3.21. Микросхема К1107ПВ1 .............150
3.2.2. Микросхема К1107ПВ2........................170
3.2.3. Микросхема КП07ПВЗ.........................178
3.2.4. Микросхема КП07ПВ4.........................185
3 2.5. Микросхема КР1107ПВ5..................... .187
3 2 6. Микросхема КМ1126ПВ1.......................190
Функционально завершенные АЦП, сопрягаемые с микро-
процессорами .........................193
3.3 1 Микросхема КН08ПВ] .... 194
3.3 2. Микросхема КН08ПВ2........................ 216
3 3.3 Микросхема АЦП К1113ПВ1.....................223
Глава 4 Интегрирующие АЦП и ЦАП .... 229
41 Интегрирующие АЦП .... .... 229
4 1 1 Микросхемы К572ПВ2 н КР572ПВ2 ’ 229
4 1.2 Микросхема КР572ПВ5.........................249
413 Микросхема КР1108ПП1 251
4.2 Интегрирующие ЦАП . ..............................257
318
Глава 5. Микроэлектронные системы сбора и обработки дан-
ных ... ....................262
5.1. Микроэлектронные системы сбора данных (микросхема
К572ПВ4)................................................262
5.2. Микроэлектронные системы обработки данных на цифро-
вых процессорах с устройством аналогового ввода-вы-
вода (микросхема КМ1813ВЕ1) ... . 269
1' л а в а 6. Методы и средства контроля микроэлектронных ЦАП
и АЦП
Глава 7. Тенденция развития микроэлектронных устройств пре-
образования информации ... .... 303
Приложение. Общие эксплуатационные особенности микросхем
ЦАП и АЦП серий KS72, К! 107, К1108, КП 18 . . 309
Список литературы...........................................312
Производственное издание
Федорков Борис Георгиевич
Телец Виталий Арсеньевич
Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование,
параметры, применение
Редактор издательства Н А. М е д в е д е в а
Художественный редактор Т. А Дворецкона
Технический редактор Т. Ю Андреева
Корректор 3 Б Драновская
ИБ № 2181
Сдано в набор 28 08 89. Подписано в печать 07.12.89. Т 17311. Формат
81Х108/з; Бумага типографская -Vs 2 Гарнитура литературная. Печать
высокая. Усл печ. л 16.8. Усл кр отт 16.8 Уч.-изд л 18 03. Тираж
100 000 экз Заказ .V» 385 Цена 1 р 20 к.
Эксргоатомиздат. 113114 Москва, М-114. Шлюзовая паб., 10
Владимирская типография Госкомитета СССР по печати
600000, г Владимир Октябрьский проспект, д 7