Электроника уч. пособие 2019

61

Рис. 55

напряжение положительное и считается логической единицей, т.е. х = 1. В противном случае х = 0. На все неинвертирующие входы АЦП подаётся входное напряжение Uвх. На инвертирущие входы подаются напряжения с резистивного делителя напряжения. Эти напряжения зависят от опорного напряжения Uоп и от точки подключения входов к делителю (чем ниже по схеме, тем меньше). Поэтому при любом мгновенном значении Uвх часть компараторов выработает 1, другая часть – 0. Происходит преобразование аналогового входного напряжения в некоторое двоичное четырёхразрядное число.

Как и в случае ЦАП, точность преобразования определяется точностью и стабильностью опорного напряжения, сопротивлений резисторов и количеством разрядов. Если рассматривать погрешность преобразования ∆ Uвх, как некоторую помеху, шум, то отношение сигнал/шум S/N в децибелах можно приближённо рассчитать по формуле:

где Z – разрядность преобразователя.

62 7.2. ИС на переключаемых конденсаторах

Из теории цепей известно, что на основе R, C элементов и усилителей можно построить аналоговые узлы с любыми амплитудно- и фазочастотными характеристиками. Однако интегральная технология не позволяет изготовить R и С элементы с большим сопротивленеием и ёмкостью, точность и стабильность их параметров очень невелика.

Указанная проблема успешно решается в ИС на переключаемых конденсаторах.

Рассмотрим цепь на рис. 56. Здесь транзисторные ключи S1и S2, изготовление которых сложности не представляет, управляются так, что их состояния поочерёдно изменяются. Конденсатор С может обладать очень маленькой ёмкостью и поэтому его изготовление в виде МДП конденсатора трудности не представляет.

Рис. 56

Когда S1 замкнут, происходит заряд емкости С. Когда S1 разомкнут, возникает некоторый ток разряда. В результате от входа к выходу протекает некоторый средний ток. Можно доказать, что если изменение состояний происходит с большой тактовой частотой fc, то такая цепь ведёт себя как активное сопротивление со средней величиной Rэкв = 1/ С ∙ fc. Эффектом квантования, непостоянства сопротивления можно пренебречь, если тактовая частота fc намного превышает частоты сигналов, подвергающихся обработке в цепях с такими R.

Сопротивление таких «резисторов» тем больше, чем меньше емкость С, и чем выше тактовая частота. То и другое облегчает изготовление ИС.

Фундаментальным свойством RC-цепей является также то, что вид и параметры их АЧХ и ФЧХ определяется не столько абсолютными

63

величинами R и С, сколько постоянными времени τ RC-цепочек. Рассмотрим, например, интегрирующую RC-цепочку, рис.57,а. Её постоянная времени

определяется выражением τ = RC. Если резистор такой цепочки заменить на эквивалентный «резистор» с переключаемым конденсатором, рис. 57,б, получим:

Таким образом, в ИС на переключаемых конденсаторах необходимые АЧХ и ФЧХ можно получить при использовании только удобных для изготовления в ИС элементов: МДП-конденсаторов с малой ёмкостью, транзисторных ключей, усилителей и генераторов тактовой частоты. Параметры таких ИС зависят от отношений ёмкостей МДП-конденсаторов, которые отличаются высокой точностью и стабильностью. Изготовление тактового генератора с точной и стабильной частотой также является типовой, успешно решаемой задачей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Власов В.П., Каравашкина В.Н. Физические основы электроники: Учебное пособие для вузов. МТУСИ, 2016.- 70 с.

2.Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. Н.Д. Фёдорова. – М.,Радио и связь, 1998.

3.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М., Сов. радио,1980. –

423 с.

4.Власов В.П., Каравашкина В.Н. Практикум по курсу «Физические основы электроники» 2015г.

5.Смирнов Ю.А., Соколов С.В., Титов Е.В., Физические основы электроники: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Лань, 2013. – 599с.

6.Шишкин Г.Г., Шишкин А. Г., Электроника. Учебник для вузов. – М.:

Дрофа, 2009. – 704с.