Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1978 года по МПК H03K13/20 

ны с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов; соответствующие участки эмиттерной области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема АЦП; на фиг. 2 - топология АЦП; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2.

АЦП состоит (см. фиг. 1) из входного многоколлекторного транзистора 1, эмиттер которого соединен с источником входного аналогового сигнала, т триггеров 2 компараторов для /и-разрядного преобразователя (триггера на транзисторах с непосредственными связями), опорного многоколлекторного транзистора 3, эмиттер которого соединен с клеммой 4 источника опорного тока, и клеммы 5 входного сигнала. Выходной сигнал в цифровом коде снимается с коллекторов триггеров компараторов разрядов АЦП.

ilpH отсутствии входного тока аналогового сигнала левые по схеме на фиг. 1 транзисторы триггеров 2 насыщены, так как в их базы задается ток от транзистора 3, в эмиттер которого задается огюриый ток. Поэтому при нулевом сигнале на входе АЦП на выходах получаем код О0.

При подаче тока аналогового сигнала в эмиттер транзистора 1 через его коллекторы в базы правых по схеме на фиг. 1 транзисторов триггеров 2 задается ток, величина которого пропорциональна входному току. Анализ, проведенный с использованием модифицированной модели Эберса-Молла, показывает, что при сравнении токов баз транзисторов триггера и превышении тока базы, например, левого транзистора триггера 2 током базы правого транзистора происходит иереключение триггера 2, в результате чего левый транзистор выключается, а нравый - включается. Па выходе разряда можно фиксировать напрял :еиие логической единицы (оно близко к напряжению на прямосмещенном р-«-переходе: для кремния 60U-800 мВ).

Из анализа следует, что переключение компаратора происходит при условии

/ РХП - а / , «уут/эоП схр адгт вОТг Р

где ал- - приведенный к одному коллектору нормальный коэффициент передачи тока транзисторов 1 и 2; УЭОТ - начальный ток эмиттера транзисторов 1, 2; Va. - напряжение на эмиттериом переходе транзистора 1 (аналоговый сигнал); Von - напряжение на эмиттерном переходе опорного транзистора.

Транзистор 1 выполняется с одинаковыми коэффициентами передачи тока ко всем коллекторам (см, фиг. 2), и, следовательно, в ба зы правых транзисторов по схеме на фиг. 1 триггеров задаются равные токи, величина которых пропорциональна входному току.

Транзистор 3 выполнен так, что в левые транзисторы триггеров задается опорный ток различной величины для триггеров разных разрядов АЦП. Поэтому при подаче входного сигнала происходит последовательное сравнеыие и переключение компараторов от разряда с меньшим опорным током до разряда с большим опорным током. При увеличении входного тока на выходе АЦП получим последовательно коды:

0000

1000

11000

т разрядов

11100

11111;

Эксперимент показал хорошие пороговые свойства АЦП: гистерезис используемых компараторов незначителен.

Из схемы на фиг. 2 ясно, что АЦП предназначен для выполнения в составе интегральных схем с инжекционным нитанием. Известно, что структуры с инжекционным питанием имеют минимальное произведение нотребляемой мощности на время нереключения, обеспечивают высокую степень интеграции элементов на кристалле (сравнимую с МОП ИС). Изготовить компаратор можно по технологии биполярных ИС без формирования изолированных областей, проводя только две диффузии примесей в полупроводниковую подложку.

Формула изобретения

1.Апалого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного тока, соединенный с компараторами, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, улучшения его технологичности и снижения потребляемой мощности, в него введены входной многоколлекторный транзистор и многоколлекторный транзистор в цепи опорного тока, а компараторы выполнены на триггерах с непосредственными связями, причем эмиттер входного многоколлекторпого транзистора соединен с клеммой источника входного аналогового сигнала, каледый из коллекторов этого транзистора соединен с базой первого транзистора триггера с непосредственными связями соответствующего разряда преобразователя,

с базой второго транзистора триггера с непосредственными связями каждого разряда соединены соответствующие коллекторы многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока, эмиттер которого соединен с клеммой

источника опорного тока, а базы обоих многоколлекторных транзисторов и эмиттеры транзисторов триггеров с непосредственными связями соединены с общей шиной.

2.Преобразователь по п. 1, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения степени

интеграции, быстродействия и снижения потребляемой мощности, коллекторные полупроводниковые области входного многоколлекторного транзистора конструктивно совмещены с соответствующими базовыми областями транзисторов триггеров с непосредственными связями, коллекторные области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока также совмещены с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения различных пороговых токов компараторов, соответствующие участки эмиттерной области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., 1970, рис. 1-6, 1-7. 2. Там же, стр. 52-53, рис. 1-8.

чХ

5 Ь

-.; -ч

.

Т