Генератори однакових струмів із високими вихідними опорами для багаторозрядних ЦАП

Abstract

У статті наведено принципи побудови генераторів однакових струмів із високими вихідними опорами для використання у багаторозрядних ЦАП. Розглянуто підходи щодо побудови генераторів однакових струмів для багаторозрядних ЦАП з первинними генераторами струмів, підключеними до вихідних каскадів за допомогою струмових дзеркал. Показано варіанти схем із використанням додаткового генератора струмів зміщення і з автозміщенням у вихідному каскаді генераторів однакових струмів. Проаналізовано джерела похибок, що виникають під час змінення вихідної напруги і впливають на вихідний опір генератора струму. Виведено аналітичні співвідношення для розрахунку значення вихідного опору. Проведено комп'ютерне моделювання цих генераторів однакових струмів для багаторозрядних ЦАП за допомогою інтегрального пакета програм для аналогового і цифрового моделювання електричних та електронних кіл MicroCap 11 і підтверджено адекватність виведених співвідношень. Розглянуто підходи щодо побудови генераторів однакових струмів для багаторозрядних ЦАП із первинними генераторами струмів, підключеними безпосередньо до вихідних каскадів. Наведено також варіанти цієї схеми з використанням додаткового генератора струмів зміщення і з автозміщенням у вихідному каскаді генераторів струмів. Проаналізовано джерела похибок, що виникають під час змінення вихідної напруги, і що впливають на вихідний опір генератора струму. Виведено аналітичні співвідношення для розрахунку значення вихідного опору і здійснено комп'ютерне моделювання цих генераторів однакових струмів за допомогою програми для моделювання електричних та електронних кіл і доведено коректність виведених співвідношень. Розглянуто варіанти побудови вказаних вище схем з надвеликим вихідним опором, для яких також виведено аналітичні співвідношення для розрахунку значення вихідного опору і проведено комп'ютерне моделювання за допомогою програми і також підтверджено справедливість виведених співвідношень. Виконано порівняння параметрів розглянутих генераторів однакових струмів для багаторозрядних ЦАП, оцінено їхні переваги й недоліки, надано рекомендації щодо їх використання.

В статье рассмотрены принципы построения генераторов одинаковых токов с высокими выходными сопротивлениями для использования в многоразрядных ЦАП. Рассмотрены подходы к построению генераторов одинаковых токов для многоразрядных ЦАП с первичными генераторами токов, подключенными к выходным каскадам посредством токовых зеркал. Показаны варианты схем с использованием дополнительного генератора токов смещения и с автосмещением в выходном каскаде генераторов одинаковых токов. Проанализированы источники погрешностей, возникающих при изменении выходного напряжения и влияющих на выходное сопротивление генератора тока. Выведены аналитические соотношения для расчета значения выходного сопротивления. Проведено компьютерное моделирование данных генераторов одинаковых токов для многоразрядных ЦАП с помощью интегрального пакета программ для аналогового и цифрового моделирования электрических и электронных цепей MicroCap 11 и подтверждена правильность выведенных соотношений. Рассмотрены подходы к построению генераторов одинаковых токов для многоразрядных ЦАП с первичными генераторами токов, подключенными к выходным каскадам напрямую. Также показаны варианты данной схемы с использованием дополнительного генератора токов смещения и с автосмещением в выходном каскаде генераторов токов. Проанализированы источники погрешностей, возникающих при изменении выходного напряжения и влияющих на выходное сопротивление генератора тока. Выведены аналитические соотношения для расчета значения выходного сопротивления и проведено компьютерное моделирование данных генераторов одинаковых токов с помощью программы для моделирования электрических и электронных цепей и подтверждена правильность выведенных соотношений. Рассмотрены модификации вышеперечисленных схем с особо большим выходным сопротивлением, для которых также выведены аналитические соотношения для расчета значения выходного сопротивления и проведено компьютерное моделирование с помощью программы и также подтверждена правильность выведенных соотношений. Выполнено сравнение параметров рассмотренных генераторов одинаковых токов для многоразрядных ЦАП, оценены их достоинства и недостатки, предоставлены рекомендации по их использованию.

The article discusses the principles of construction of generators of the identical currents with high output resistances for use in multi-bit DACs. Approaches to the construction of generators of the identical currents for multi-bit DACs with primary current generators connected to the output stages by means of current mirrors are considered. Variants of circuits using an additional generator of bias currents and with auto bias in the output stage of generators of the identical currents are shown. The sources of errors that occur when the output voltage changes and affect the output resistance of the current generator are analyzed. Analytical relations are derived for calculating the output resistance value. Computer simulation of identical current generators for multi-bit DACs was carried out using the integrated software package for analog and digital simulation of electrical and electronic circuits MicroCap 11 and the correctness of the derived relations was confirmed. The approaches to the construction of generators of the identical currents for multi-bit DACs with primary current generators connected directly to the output stages are considered. Variants of this scheme using an additional bias current generator and with auto-bias in the output stage of current generators are also shown. The sources of errors that occur when the output voltage changes and affect the output resistance of the current generator are analyzed. Analytical relationships are derived for calculating the output impedance values and computer simulation of generators of identical currents is carried out using a program for modeling electrical and electronic circuits and the correctness of the derived relationships is confirmed. Modifications of the above mentioned schemes with extremely large output impedance are considered. For these schemes analytical relationships for calculating the output impedance values are also derived and computer simulation is carried out and the correctness of the derived relationships is also confirmed. The parameters of the considered generators of the identical currents for multi-digit DACs are compared, their advantages and disadvantages are evaluated, and recommendations for their use are provided.