Быстродействующие интегральные микросхемы

Увеличение скорости и точности обработки информации в устройствах и системах радиоэлектронной и вычислительной техники потребовало разработки большого класса быстродействующих однокристальных схем аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП) широкого применения.

Развитие интегральной микроэлектроники за последние три десятилетия можно разделить на два этапа: первый (1960-1975 гг.) - разработка, освоение в производстве и расширение промышленного выпуска логических микросхем для ЭВМ; второй (1976- 1986 гг.)-дальнейшее развитие работ по разработке и серийному производству сложных цифровых больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) и использование планарной технологии в изготовлении широкого класса линейных схем прецизионной точности для обработки и преобразования аналоговых сигналов (операционных усилителей, компараторов, АЦП и ЦАП).

Микросхемы преобразователей сигналов по сравнению с цифровыми микросхемами имеют следующие особенности:

высокую точность и большую стабильность выходных и входных характеристик в широком диапазоне температур;

сравнительно большое число контролируемых параметров в технологическом цикле производства, при контроле готовых схем и механических и климатических испытаниях;

высокие требования к контрольно-измерительной аппаратуре по точности и производительности при проверке статических и динамических параметров.

При разработке и изготовлении микросхем ЦАП и АЦП необходимо учитывать большую номенклатуру входящих компонентов и повышенные по сравнению с цифровыми микросхемами требования к их электрическим параметрам по точности и температурной стабильности; нерегулярность структуры и наличие в ней узлов, выполняющих линейные и нелинейные функции обработки сигналов (разрядные ключи, усилители, компараторы, источники опорного напряжения, резисторные матрицы, схемы управления и запоминания). Возникает много проблем технологического характера, которые связаны с обеспечением требований по точности и контролю геометрических размеров многослойных микроструктур, формируемых на пластине кремния.

В настоящее время промышленностью выпускается большая номенклатура микросхем ЦАП серий К594Г1А1, К1108ПА, К1118ПА, К572ПА и АЦП серий К1107ПВ, K572IIB, КШЗПВ и др. Для пост-

роения современных вычислительных систем обработки информации широко применяются быстродействующие ЦАП и АЦП.

Необходимо отметить следующие основные тенденции развития микросхем ЦАП и АЦП; расщирение функциональных возможностей за счет увеличения схемной и конструктивной сложности; повыщение разрядности с одновременным снижением потребляемой мощности; рост быстродействия до 100-150 МГц при преобразовании сигналов с полосой частот от 25 до 50 МГц.

Книга написана коллективом авторов: предисловие - А.-И. К. Марцинкявичюсом; гл. 1 - А.-Й. К. Марцинкявичюсом, Б. В. Драга-ном, Э.-А. К- Багданскисом, Р. Л. Пошюнасом; гл. 2 - А.-Й.К. Марцинкявичюсом, Э.-А. К. Багданскисом, Й. М. Кажукаускасом, Б. В. Драганом, Р. Л. Пощюнасом; гл. 3 - А.-Й. К. Марцинкявичюсом, Р. Л. Пощюнасом, гл. 4 - А.-Й. К. Марцинкявичюсом, Б. В. Драганом, И. Д. Кучинскасом; § 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 - Й. М. Кажукаускасом, § 5.3-5.5, 6.3-6.5 и гл. 7, 8 - Э.-А. К. Багданскисом; § 9.1, 9.2 - А.-Й. К. Марцинкявичюсом и Б. В. Драганом; § 9.3 - Э.-А. К. Багданскисом.

Глава 1 .

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ МИКРОСХЕМ ЦАП, АЦП И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

I. I. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ЦАП

Цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) называют устройства, генерирующие выходную аналоговую величину, соответствующую цифровому коду, поступающему на вход преобразователя [1]. Цифро-аналоговые преобразователи используются для согласования ЭВМ с аналоговыми устройствами, а также в качестве внутренних узлов в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) и цифровых измерительных приборах [2. Цифро-аналоговое преобразование в рассматриваемых в данной книге ЦАП состоит в суммировании эталонных величин, соответствующих разрядам входного кода. Применяются в основном два метода цифро-аналогового преобразования: суммирование единичных эталонных величин и суммирование эталонных величин, веса которых отличаются. В первом при формировании выходной аналоговой величины используется только одна эталонная величина весом в один квант. Во втором методе применяются эталонные величины с весами, зависящими от номера разряда, и в суммировании участвуют только те эталонные величины, для которых в соответствующем разряде входного кода имеется единица [1]. При этом используется двоичный позиционный код или двоично-десятичный. В случае двоичного позиционного кода значения всех разрядов поступают одновременно на все входы ЦАП. Работа таких ЦАП описывается выражением X = P(ai2+022"+ + а;,2"), где X - выходная аналоговая величина; а, - коэффициенты соответствующих двоичных разрядов, которые принимают дискретные значения единица или нуль; Р - опорный сигнал; b - число разрядов. Опорным сигналом может служить напряжение постоянного или переменного тока. В преобразователях из опорного сигнала формируются эталонные величины, соответствующие значениям разрядов входного кода, которые суммируются и образуют дискретные значения выходной аналоговой величины. Дальнейшая классификация ЦАП может быть проведена по разным признакам [3]: