Микромощные АЦП для многоканальных устройств сбора данных и систем на кристалле

• Автор: Бутузов, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ АЦП

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЦП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

2.1. Проектирование конденсаторной матрицы ЦАП в составе АЦП последовательного приближения
2.1.1 Анализ влияния топологических параметров конденсаторной матрицы ЦАП в составе АЦП последовательного приближения на линейность его передаточной характеристики

2.1.1.1 Анализ погрешностей

2.1.1.2 Влияние геометрии матрицы на погрешность нелинейности АЦП

2.1.2 Методика проектирования ЦАП на переключаемых конденсаторах в составе АЦП последовательного приближения

2.1.2.1 Проектирование топологии матрицы

2.1.2.2 Тестирование ЦАП на основе конденсаторной матрицы
2.2. Проектирование компараторов
2.2.1 Компараторы в составе АЦП разрядностью 10 бит и 14 бит
2.2.2 Компараторы в составе быстродействующего АЦП разрядностью 9 бит
2.3 Выводы
3. ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АЦП
3.1. Разработка СФ-блока АЦП конвейерного типа
3.1.1 Архитектура АЦП
3.1.2 Схема удвоения частоты
3.1.3 Проектирование топологии АЦП
3.1.3.1 Технологический базис
3.1.3.2 Планирование топологии каскадов
3.1.3.3 Согласованный массив конденсаторов
3.1.3.4 Проектирование топологии ОУ
3.1.3.5 Проектирование шин
3.1.3.6 Общая топология АЦП
3.1.4 Результаты тестирования АЦП
3.2. Разработка АЦП последовательного приближения для датчика давления
3.2.1 Описание специализированной ИМС для датчика давления
3.2.2 Архитектура и принцип работы АЦП
3.2.3 Проектирование регистра последовательного приближения
3.2.4 Проектирование компаратора
3.2.5 Проектирование ЦАП на основе конденсаторной матрицы
3.2.5.1 Конденсаторная матрица
3.2.5.2 Ключи
3.2.6 Проектирование топологии АЦП
3.2.7 Тестирование изготовленного образца АЦП
3.2.7.1 Описание измерительного стенда и методики измерений
3.2.7.2 Результаты измерений
3.2.8 Проектирование матрицы для перспективной версии АЦП
3.3. Разработка АЦП для преобразования сигналов кремниевых фотоумножителей
3.3.1 Архитектура ИМС
3.3.2 Архитектура АЦП
3.3.3 Проектирование регистра последовательного приближения
3.3.4 Проектирование компаратора
3.3.5 Проектирование ЦАП на основе матрицы конденсаторов
3.3.5.1 Матрица конденсаторов
3.3.5.2 Ключи
3.3.5.3 Результат моделирования ЦАП на основе конденсаторной матрицы
3.3.6 Разработка источника опорных напряжений
3.3.7 Проектирование топологии АЦП
3.3.8 Результаты моделирования АЦП
3.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Приложение А. Свидетельство о Государственной регистрации топологии интегральной микросхемы № 2010630
Приложение Б. Акт о внедрении результатов диссертации в ФГУП ВНИИА им. Н. Л. Духова
Приложение В. Свидетельство о Государственной регистрации топологии интегральной микросхемы № 2012630
Приложение Г. Акт о внедрении результатов диссертации в SARAD GmbH

Число каналов в микросхемах, содержащих сигма-дельта АЦП также как и АЦП последовательного приближения может достигать 100 и более (до 256). Они реализуются с использованием смешанной архитектуры: в состав БИС входит несколько АЦП, каждый из которых через аналоговый коммутатор исключается к нескольким входам микросхемы [47 - 49].
Микросхемы АЦП с числом каналов 16 и более производятся как устройства общего применения [50], но чаще, как специализированные устройства, ориентированными на решение достаточно узкого круга задач, например, в области медицины и экспериментальной физики. Они могут содержать дополнительные блоки предварительной аналоговой обработки сигналов и отличаются от микросхем общего применения по некоторым параметрам. В частности, из-за высокой степени функциональной интеграции они характеризуются минимальной рассеиваемой мощностью одного канала и обычно имеют несколько меньшее быстродействие по сравнению с аналогичными АЦП общего применения, выполненными по той же технологии [51].
Одной из проблем, связанных с созданием микросхем, содержащих большое число каналов, является ограничение по числу контактных площадок на кристалле и количеству внешних выводов корпуса для каждого из каналов. Для решения задачи консолидации данных всех или групп каналов применяют буферные запоминающие устройства [52], а в качестве носителей кристаллов иногда используют гибкие пленочные платы с большим числом контактов [47].
Характеристики АЦП
В таблицах 1.1 - 1.3 приведены сведения об основных параметрах многоканальных АЦП ведущих зарубежных производителей, а также данные об АЦП отечественной разработки и АЦП, спроектированных при выполнении диссертационной работы.