М.С. Енученко, Д.В. Морозов, М.М. Пилипко
DESCRIPTION
Восьмиразрядный сегментный цифро-аналоговый преобразователь с повышенной скоростью преобразования. М.С. Енученко, Д.В. Морозов, М.М. Пилипко. Варианты построения ЦАП. Бинарная архитектура. Унарная архитектура. Цель и задачи. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
М.С. Енученко, Д.В. Морозов, М.М. Пилипко
Восьмиразрядный сегментный цифро-аналоговый преобразователь с повышенной скоростью
преобразования
2
Варианты построения ЦАП
Бинарная архитектура
Унарная архитектура
Цель и задачи
3
Цель: разработка восьмиразрядного параллельного цифро-аналогового преобразователя с повышенной скоростью преобразования.
Задачи:• Разработка и моделирование ЦАП;• Разработка кристалла микросхемы ЦАП;• Экспериментальное исследование образцов микросхемы.
Бинарный сегмент
Унарный сегментТе
рмом
етри
ческ
ий
деш
ифра
тор
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
Iвых
16I015 x
4I0
I0 2I0
8I0
4
Структура сегментного восьмиразрядного ЦАП
Коммутируемый источник тока
I0
UD
UсмM1
М2
5
𝐼 1=2𝑘1·(𝑈 ЗИ 1−𝑈 0−𝑈𝐶И 1
2 )𝑈𝐶И 1
𝐼 2=2𝑘2· (𝑈 ЗИ 2−𝑈 0 )2
=
=
𝑘𝑖=12μ𝐶0
𝑊 𝑖
𝐿𝑖
𝐼 1=𝐼 2=𝐼 0
+2 (𝑈СМ−𝑈 0 )2+2 (𝑈 𝐷−𝑈СМ )√ (𝑈СМ−𝑈 0 )2−𝑘2𝑘1
( (𝑈 𝐷−𝑈 0 )2−2 (𝑈𝐷−𝑈 0 ) (𝑈СМ−𝑈 0 )))
𝐼 0=𝑘2
(1+𝑘2𝑘1 )2 ·¿
𝑌 8=𝑋 4
6
4-х разрядный термометрический дешифратор с параллельным формированием выходных
функций
𝑌 8=𝑋 4
Блок А
Блок Б
7
Блоки термометрического дешифратора
Блок А
Блок Б
8
Топология 4-х разрядного термометрического дешифратора
9
Размещение блоков дешифратора
Структура топологии ЦАП
10
Топология ЦАП
11
Топология ЦАП с кольцом защиты
12
13
Моделирование характеристик
14
Моделирование характеристик
15
Основные характеристики
Характеристика
Моделирование
Топология
Топология с кольцом
электростатической защиты
Шаг преобразования, мВ 1,27 1,26
DNL, МЗР 0,13 0,13
INL, МЗР 0,85 1,05
Ширина диапазона выходных
напряжений, мВ 323 321
Средняя потребляемая мощность, мВт 5,7 5,6
Скорость преобразования, Мвыборок/с 1000 50
Микрофотография кристалла микросхемы
16
Характеристика преобразования
17
График дифференциальной нелинейности
18
График интегральной нелинейности
19
Отклик выходного сигнала
20
Спектр гармонического сигнала
21
Результаты измерений
Характеристика Измерения
Шаг преобразования, мВ 1,21
DNL, МЗР 0,47
INL, МЗР 1,09
Ширина диапазона выходных
напряжений, мВ 307
Средняя потребляемая мощность, мВт 6,3
Скорость преобразования, Мвыборок/с 20
22
Работа [8] [9] Данная работа
Год 2011 2008 2013Разрядность 8 8 8
Сегменты6 ун. + 2 би
н.5 ун. + 3 би
н.4 ун. + 4 би
н.Скорость преобразования, Мвыборок/с 200 500 1000
INL, МЗР 0,27 0,33 1DNL, МЗР 0,08 0,14 0,47Напряжение питания, В 5,0 1,8 1,8Процесс, нм 500 180 180Потребляемая мощность, мВт 117 ‒ 6,2
23
Сравнение с другими работами
24
Сравнение с другими работами
Характеристика [19] [21] [22]Предложенное
решение
Год
200
9
200
9
200
42013
Технология 0,18 0,25 0,35 0,18
Пересчитанная активная
площадь, мкм2
440
0
900
0
800
01764
25
ЗаключениеПри разработке параллельных ЦАП целесообразно использование сегментной архитектуры.
В качестве примера разработан параллельный 8-ми разрядный сегментный ЦАП на источниках тока: 4 старших разряда - унарный сегмент, 4 младших – бинарный. Изготовлены тестовые кристаллы микросхемы.
Проведены измерения разработанного ЦАП. Получены следующие характеристики: DNL – 0,47 МЗР; INL – 1 МЗР; скорость преобразования 1000 Мотсчётов/с.
По сравнению с известными реализациями достигнуто увеличение быстродействия в 2 раза и уменьшение площади в 2,5 раза.