Моделювання впливу струмів витікання компонентів на точність рекурентних ЛАЦП

Abstract

Досліджено похибки рекурентних логарифмічних аналого-цифрових перетворювачів (ЛАЦП). Наведено узагальнену структурну схему рекурентних ЛАЦП зі змінною основою логарифма. Викладено особливості їх реалізації та принципу дії. Розроблено моделі рекурентних ЛАЦП, які враховують вплив струмів витікання компонентів схем перетворювачів. У моделях враховано зміну структури рекурентних ЛАЦП під час перетворення. Для збільшення швидкодії ЛАЦП використано аналогові ключі, в яких за рахунок введення операційного підсилювача зменшено опір ключа у ввімкненому стані. Цим було збільшено тактову частоту до 500 кГц, але водночас збільшилися струми витікання. Показано, що рекурентні ЛАЦП за рахунок збільшення циклів перетворення забезпечують точність їх вихідного коду, більшу від номінальної на два – чотири двійкові розряди, однак час перетворення зростає у 1,5–3 рази. Тому подальше підвищення точності за рахунок збільшення циклів перетворення недоцільне.This work is dedicated to the investigation of errors in the recurrent logarithmic analog-to-digital converters (LADC). A generalized structural diagram of the recurrent LADC with a variable logarithmic base is provided. The implementation features and operating principles are explained. Models of the recurrent LADCs that account for the influence of component leakage currents in the converter circuits have been developed. The models consider changes in the structure of the recurrent LADCs during the conversion process. To improve the speed of LADCs, analog switches with an operational amplifier have been used, reducing the switch resistance in the ON state. This increased the clock frequency to 500 kHz, but also increased leakage currents. For the developed 8-bit the recurrent LADCs operating with 10- and 12-bit output code precision, errors from leakage currents do not exceed (0.45 and 1.37)×10-3 % for conversion times not exceeding (28 and 78) µs (14 and 39 conversion cycles). Increasing the resolution of the LADCs and their output code results in an increase in these mentioned errors, but they remain significantly smaller than the corresponding quantization errors. However, with each 2 bits of increased precision, the conversion time of the recurrent LADCs increases by 1.5 times. Therefore, increasing precision by more than 2–4 bits is not practical.