2015-06-04
766
Бесспорно, что будущее преобразователей связано с повышением их точности, быстродействия, производительности. Очевидно, что это будет достигаться комплексным использованием каких-то структурных и технологических приемов.
Кроме этого, при рассмотрении современных путей развития преобразовательной техники прослеживаются определенные тенденции и в других направлениях, и, в первую очередь, все большей функциональной специализации выпускаемых БИС АЦП и ЦАП, их функциональной насыщенности.
Когда речь заходит об интегральных преобразователях формы представления информации, можно сказать, что их форма идет вслед за содержанием. Если раньше, например, характеристики разрабатываемых АЦП определялись исключительно технологическими возможностями, то в настоящее время они диктуются преимущественно требованиями рынка. В связи с этим АЦП проектируются сейчас с расчетом на конкретное предложение. И действительно, АЦП, созданный для системы управления автомобильным двигателем, вряд ли будет похож на АЦП для видеокамеры или сканеров документов. И АЦП телевизионных систем существенно отличаются от преобразователей, применяемых в системах управления технологическими процессами. Если раньше, когда номенклатура интегральных преобразователей формы информации была невелика, выбор конкретной БИС определялся в основном такими параметрами как разрешение и пропускная способность - то теперь прежде всего удобствами ее функционального использования. Современная технология их изготовления шагнула далеко вперед и найти БИС удовлетворяющую по точности и быстродействию исходя из требований большинства практических применений сегодня не проблема.
Конечно, это не означает, что проводящиеся разработки не связаны с развитием новых технологий. Совсем напротив - большинство новых преобразователей строится на базе новых полупроводниковых технологических процессов и архитектур.
Другой интересной закономерностью создания преобразователей является то, что при современном уровне развития технологии часто параметры БИС определяются не архитектурными решениями, а именно технологией. И наоборот, применение конкретной технологии все чаще однозначно диктует применение той или иной архитектуры. Например, биполярная технология, в течении длительного времени применялась для изготовления АЦП с резистивными матрицами на тонкопленочных резисторах, развитие МОП- и БиМОП- технологий предопределила использование АЦП с коммутируемыми конденсаторами. В отличии от создателей цифровых приборов разработчики интегральных преобразователей обязаны учитывать предельные возможности используемой технологии, поэтому им приходится изобретать новые архитектуры.
Современная технология обеспечивает возможность размещения ПФИ, блоков сопряжения и специализированных или программируемых устройств предварительной цифровой обработки в одной микросхеме, реальным и целесообразным становится переход к интеграции достаточно сложных коммутируемых и программируемых гибридных вычислительных преобразователей с соответствующими блоками цифровой передачи и обработки.
В последнее время начали выпускаться интегральные преобразователи, имеющие на кристалле не только свойственные той или иной его структуре элементы, но и элементы, позволяющие проводить идентификацию погрешностей структурных элементов и их компенсацию, осуществлять управление этим процессом и производить необходимые при этом вычисления, т.е. цифровой процессора. Наибольшее распространение такие преобразователи нашли в изделиях фирмы "Crystal semiconductors" (США).
С технологической точки зрения основным направлением в развитии микроэлектронных ЦАП и АЦП является создание комбинированных технологий, сочетающих положительные свойства каждой из них.
Комбинированный БИМОП технологический процесс, например, позволяет создавать БИС преобразователей со встроенными микроконтроллерами для слежения за весом младшего разряда и автоматической калибровки. У БИМОП ЦАП и АЦП небольшая мощность потребления, невысокий уровень шумов и переходных процессов. Потребители таких микросхем имеют возможность регулировать пороги уровней сигналов и обеспечивать тем самым их сопряжение как с ТТЛ, так и с КМОП цифровыми ИС.
Применение в прецизионных быстродействующих ЦАП встроенных КМОП ППЗУ позволяет отказаться от трудоемкой операции лазерной подгонки высокоточной резистивной матрицы.
Сравнительно новым направлением развития аналого-цифровых БИС является создание специализированных функциональных базовых кристаллов (ФБК), предназначенных для использования в РЭА, близкой по функциональному составу, быстродействию, динамическому и частотному диапазонам. По сравнению с цифровыми базовыми кристаллами их преимущества проявляются за счет более рационального использования площади кристалла за счет уменьшения числа межсоединений и возможности реализации аналоговых и аналого-цифровых узлов.
Обычно ФБК содержит набор стандартных аналоговых и цифровых элементов (ОУ, ключей, ЦАП, регистров и т.д.), состав, топология и схемотехника которых отрабатывается с помощью САПР. При создании конкретной БИС элементы ФБК соединяются необходимым образом.
К ФБК можно отнести и специализированные многофункциональные БИС цифровой обработки сигналов серии К1815. В ее состав входят БИС, интегрирующие в себе функции необходимые для реализации цифровой фильтрации, дискретного преобразования Фурье, спектрального и корреляционного анализа. Например, БИС К1815ВФ3 позволяет выполнять операции сложения и умножения над 24-х разрядными кодами представленными в последовательной форме, БИС К1815ВФ2 - накапливающий сумматор 24-х разрядных кодов.
Большими перспективными возможностями по увеличению быстродействия микросхем ЦАП и АЦП на 1-1,5 порядка обладает перспективный полупроводниковый материал GaAs.
Все чаще появляются АЦП с последовательным выводом цифрового выходного кода. Это позволяет создавать компактные ИС и малогабаритные блоки преобразователей на их основе. Например, АЦП типа AD7893 и LTC1292 конструктивно оформляются в 8-контактных корпусах.
Все большее наполнение получают комплекты ИС пониженного энергопотребления с напряжением питания 3 В. Указанные выше типы АЦП выпускаются и в варианте с 3-х вольтовым питанием.
Отдельным направлением в развитии средств обработки сигналов явилось появление в США БИС 2920 (фирма Intel) и отечественного аналога БИС К1813ВЕ1. На своем кристалле такая БИС имеет АЦП, ЦАП (БИС К1813ВЕ1 дополнительно - входной четырехканальный аналоговый мультиплексор) и восьмиразрядный цифровой процессор с архитектурой и системой команд, ориентированной на выполнение операций по цифровой обработке сигналов. Такая БИС нашла широкое применение при построении фильтров, различных устройств обработки речевых сигналов.
В последние годы появилось и большое количество однокристальных микроконтроллеров общего назначения, имеющих на своем кристалле АЦП (реже и ЦАП). Примером может являться БИС микроконтроллера 80751, выпускаемая на базе семейства универсальных микроконтроллеров 8051, имеющая в своем составе восьмиразрядный АЦП с временем преобразования 10 мкс. АЦП с четырех- (восьми-) канальным коммутатором на входе имеют многие PIC-контроллеры (PIC16C71, PIC16С84 и другие).
