The Output Noise Reduction of the R-2R Resistor Ladder Digital-Analog Converter - Babajanyan, H. A. («Պոլիտեխնիկ» տպ.)
A new method for reducing output noises in the R-2R resistor ladder digital-analog converter (DAC) is presented. The main reason for the output noises in R-2R resistor ladder DAC is the disadvantages and non-ideal features of the operational amplifier (Op-Amp). In case of the low numbers of the input combination there can be an output voltage without noises, because the voltage-error for the OpAmp in case of low output voltage is very small. But the low output voltage can be not the exact voltage because many times the 0 voltage on the negative input of the OpAmp forms is not clear. The high output voltage of the OpAmp can be more exact, but it will have noises because of the conflict between the voltage corresponding to the difference of the input voltages and the voltage corresponding to the current coming from the R-2R ladder. Using the new method, the output voltage of the R-2R resistor ladder DAC will be exactly in the full input combination range, and it will have almost no noise. In the primary 4-bit R-2R DAC designed in the 32 nm technology the INL (integral nonlinearity error) in case of 0000 input combination is 0.2 V, and the noiseerror in case of 0101 input combination is 0.065 V. In the optimized R-2R DAC, the maximum INL error is 0.02 V at 0010 input combination and the maximum noise-error is 0.005 V at 0001 input combination. Using the method, the area of the circuit increases by 7%. As this disadvantage is very small the new approach is very preferable to use for accurate output signal in the R-2R resistor ladder DAC. Ներկայացված է R-2R ռեզիստորային սանդուղքով թվաանալոգային փոխարկիչում (ԹԱՓ) ելքային աղմուկները նվազեցնելու նոր մեթոդ: R-2R ռեզիստորային սանդուղքով ԹԱՓ-ում ելքային աղմուկների հիմնական պատճառը օպերացիոն ուժեղարարի թերություններն ու ոչ իդեալական հատկանիշներն են: Մուտքային կոմբինացիայի ցածր թվերի դեպքում կարող է լինել ելքային լարում՝ առանց աղմուկների, քանի որ օպերացիոն ուժեղարարի լարման սխալանքը ցածր ելքային լարման դեպքում շատ փոքր է: Բայց ցածր ելքային լարումը կարող է լինել մուտքային կոմբինացիային ոչ համարժեք լարում, քանի որ շատ անգամ օպերացիոն ուժեղարարի բացասական մուտքի լարումը տատանվում է 0 արժեքի շուրջը։ Օպերացիոն ուժեղարարի բարձր ելքային լարումը կարող է ավելի ճշգրիտ լինել, բայց այն կունենա աղմուկներ՝ մուտքային լարումների տարբերությանը համապատասխանող ելքային լարման և R-2R սանդուղքից եկող հոսանքի լարման միջև հակասության պատճառով: Նոր մեթոդն օգտագործելու դեպքում, R-2R ռեզիստորային սանդուղքով ԹԱՓ-ի ելքային լարումը ճշգրիտ կլինի մուտքային կոմբինացիայի ամբողջ տիրույթում և գրեթե չի ունենա աղմուկ: Սկզբնական 4-բիթանոց, R-2R ԹԱՓ-ում, որը նախագծված է 32 նմ տեխնոլոգիայով, ինտեգրալ ոչ գծային սխալանքը 0000 մուտքային կոմբինացիայի դեպքում 0,2 Վ է, իսկ 0101 մուտքային կոմբինացիայի դեպքում աղմուկի սխալանքը՝ 0,065 Վ: Օպտի- մալացված R-2R ԹԱՓ-ում առավելագույն ինտեգրալ ոչ գծային սխալանքը 0.02 Վ է 0010 մուտքային կոմբինացիայի դեպքում, իսկ աղմուկի առավելագույն սխալանքը 0001 մուտ- քային կոմբինացիայի դեպքում՝ 0.005 Վ: Օգտագործելով այս մեթոդը՝ սխեմայի մակերեսը մեծանում է 7%-ով: Քանի որ այս թերությունը շատ փոքր է, նոր մոտեցումը շատ նախընտրելի է օգտագործել R-2R ռեզիստորային սանդուղքով ԹԱՓ-ում՝ ճշգրիտ ելքային ազդանշան ստանալու համար: Представлен новый метод минимизации выходных шумов в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) с R-2R резисторной цепочкой. Основной причиной выходных шумов в ЦАПе с R-2R резисторной цепочкой являются недостатки и неидеальные характеристики операционного усилителя (ОУ). В случае низких цифр входной комбинации вероятно, что выходное напряжение может быть без шумов, так как погрешность напряжения для ОУ в случае низкого выходного напряжения очень мала. Но низкое выходное напряжение может быть неточным, потому что в общих случаях напряже- ние 0 на отрицательном входе ОУ формируется нечетко. Высокое выходное напряжение ОУ может быть более точным, но оно будет иметь шумы из-за конфликта между напряжением, соответствующим разнице входных напряжений, и напряжением, соответствующим току, поступающему от цепочки R-2R. Используя новый метод, выходное напряжение ЦАП с резисторной цепочкой R-2R будет точным во всем диапазоне комбинаций входных сигналов и почти не будет иметь шумов. В первичном 4-разрядном ЦАП R-2R, разработанном в технологии 32 нм, интегральная ошибка нелинейности при входной комбинации 0000 составляет 0,2 В, а шумовая ошибка при входной комбинации 0101 составляет 0,065 В. В оптимизированном ЦАП R-2R максимальная интегральная ошибка нелинейности составляет 0,02 В в случае 0010 входных комбинаций, а максимальная шумовая ошибка составляет 0,005 В в случае 0001 входных комбинаций. При использовании метода площадь схемы увеличивается на 7%. Поскольку этот недостаток очень мал, новый подход весьма предпочтителен для использования в ЦАП с резисторной цепочкой R-2R для получения точного выходного сигнала.
Keywords: Microelectronics