Особенности применения БИС АЦП

Из множества рассмотренных выше методов преобразования аналоговых величин в цифровые в полупроводниковой интегральной схемотехнике используются только методы, обеспечивающие достижение высоких качественных показателей (параметров) БИС АЦП. В наибольшей степени этим требованиям отвечают методы последовательного приближения, параллельного преобразования и двухтактного интегрирования. Первый метод обеспечивает удовлетворительное сочетание простоты, точности и быстродействия, второй - возможность достичь высокого быстродействия, а третий - повышенную точность. Именно эти методы положены в основу структурной реализации наиболее распространенных серий БИС АЦП.

Другой общей особенностью построения аналого-цифровых узлов, на которую нужно обращать внимание при использовании элементов интегральной схемотехники является функциональная законченность и функциональная насыщенность конкретных микросхем этого направления.

Так для реализации АЦП последовательных приближений создана БИС регистра последовательных приближений (РПП) К1533ИР17. По существу она представляет собой цифровой автомат, реализующий алгоритм поразрядного кодирования. Разрядность регистра равна 12 разрядов. Понятно, что для того чтобы на основе РПП создать функционально законченный АЦП, необходимы также ЦАП, тактовый генератор и компаратор. При таком подходе к проектированию разработчик имеет широкую возможность для выбора указанных элементов и тем самым может создать блок АЦП, удовлетворяющий предъявляемым требованиям наилучшим образом (дорогой, но быстрый или дешевый, но медленный и т. д.).

БИС К572ПВ1 содержит ЦАП, РПП и запоминающий регистр, допускающий как параллельный, так и последовательный ввод данных. Для построения АЦП на базе этой БИС необходимо добавить компаратор, источник опорного напряжения и тактовый генератор. Без этих дополнительных элементов эта БИС может использоваться в качестве ЦАП.

Микросхема К1113ПВ1 является функционально законченным АЦП, в основу реализации которой положена структура АЦП поразрядного кодирования. Разрядность выходного кода равна 10. Время преобразования 25мкс. Диапазон входных напряжений от 0 до 10 В. БИС АЦП имеет внутренний ИОН, вход запуска, выход готовности, трехстабильный выходной регистр.

БИС К1108ПВ1 отличается от какой-либо традиционной структуры АЦП тем, что три старших разряда определяются параллельно в первом такте преобразования. Остальные 7 разрядов формируются, как в АЦП последовательных приближений. Эта БИС также имеет внутренний ИОН, вход запуска, выход готовности, трехстабильный выходной регистр с разрешением считывания. Время преобразования 800 нс. Диапазон входных напряжений от 0 до 3 В.

Серия К1107 представляет АЦП параллельного типа. Высокое быстродействие этих БИС достигается не только за счет использования параллельного метода преобразования, но и за счет использования ЭСЛ технологии. Некоторые БИС этой серии имеют на выходе преобразователи уровней, согласующие их выходы с ТТЛ схемами. Работа этих БИС реализована по конвейерному типу, что было описано при рассмотрении построения параллельных АЦП в пункте 5.3. Данные БИС имеют большую входную емкость, образуемую входными емкостями компараторов. Для получения достаточно широкой полосы спектра входного сигнала на входе АЦП ставят мощные усилительные каскады с низким выходным сопротивлением, что обеспечивает быструю перезарядку входной емкости БИС. Сопротивление резисторов делителя из-за ограничений на их размеры также низкое. БИС К1107ПВ1 формирует 6-разрядный код при тактовой частоте 20 мГц, БИС К1107ПВ2 - 8 разрядный код при тактовой частоте 10 мГц, обе они на своих выходах формируют сигналы с ТТЛ уровнями, а БИС К1107ПВ2 формирует 6 разрядный код при тактовой частоте 50 мГц и с ЭСЛ уровнями. Диапазон входного напряжения всех этих БИС от 0 до -2 В.

Существенно высокой точности можно добиться используя интегрирующие АЦП. Метод двухтактного интегрирования использован при построении БИС К572ПВ2. На выходе данной БИС результат кодирования представляется в форме ориентированной для работы на семисегментные индикаторы. На ее выходе формируется 3,5 десятичных разряда.

Кроме рассмотренных примеров дополнительной функциональной насыщенности БИС АЦП можно отметить также и включение в состав некоторых БИС входных коммутаторов, УВХ, специальных дешифраторов, управление которыми в свою очередь позволяет получать на выходе БИС АЦП различные формы представления двоичного кода - инвертированный, дополнительный.

Кроме АЦП общего применения выпускаются специализированные преобразователи аналоговых сигналов, к которым относится преобразователь напряжение-частота и частота-напряжение БИС К1108ПП1. Частотный диапазон определяется внешней RС - цепью. Линейность преобразования, равная 0,01 % сохраняется до частоты 10 кГц и равна примерно 0,2 % при частоте входного сигнала, равной 0,5 мГц.

В последнее время все чаще выпускаются серии АЦП, ориентированные на конкретные сферы применения - телевидение, бытовая аппаратура, автомобильная промышленность и т.д.