Bộ chuyển đổi tuần hoàn N bit cần N chu kỳ xung nhịp để hoàn thành một sự chuyển đổi. Thay vì đƣa đầu ra trở lại đầu vào mỗi lần, chúng ta có thể mở rộng bộ chuyển đổi tuần hồn thành N tầng, trong đó mỗi tầng thực hiện một bit của sự chuyển đổi. Sự mở rộng của bộ chuyển đổi tuần hoàn tạo nên bộ DAC đƣợc gọi là DAC đƣờng ống [9,10]. Sơ đồ của bộ chuyển đổi đƣợc vẽ ở hình 2.7-1
Hình 2.7-1 Bộ chuyển đổi số - tương tự đường ống
Ở đây tín hiệu đƣợc đƣa xuống "đƣờng ống" và trong khi mỗi tầng làm việc trên một sự chuyển đổi, tầng trƣớc có thể bắt đầu xử lý sự chuyển đổi tiếp theo. Vì thế một sự trễ N chu kỳ khởi tạo đƣợc trải qua khi tín hiệu tạo con đƣờng xuống đƣờng ống ở lần đầu tiên. Tuy nhiên, sau sự trễ N chu kỳ đầu tiên này, mỗi sự chuyển đổi chỉ xảy ra ở một chu kỳ xung nhịp.
2 1 REF OUT n OUT
Hoạt động của mỗi tầng trong đƣờng ống có thể đƣợc tóm tắt nhƣ sau: nếu bit vào là 1, cộng VREF tới đầu ra của tầng trƣớc, chia cho 2, và đƣa tới tầng thứ hai. Nếu bit vào là 0, đơn giản chia đầu ra của tầng trƣớc cho 2 và đƣa tới tầng tiếp theo.
Ví dụ hoạt động của bô DAC đƣờng ống 3 bit cho 3 trƣờng hợp từ mã DA 001, 110
B
D và DC 101. Giả sử VREF = 5V.
Tầng đầu tiên sẽ làm việc với các bit LSB của mỗi từ mã, tầng thứ hai sẽ làm việc với các bit ở giữa và tầng cuối cùng sẽ làm việc với các bit MSB. Dựa trên nguyên tắc đƣờng ống, khi bit LSB của từ mã đầu tiên,DA, đƣợc xử lý xong thì bit LSB của từ mã thứ hai,DB, có thể bắt đầu đƣợc xử lý. Tƣơng tự, khi bit LSB của tầng thứ hai đƣợc xử lý xong, bit LSB của từ mã thứ ba,DC, có thể bắt đầu đƣợc xử lý. Chu kỳ chuyển đổi cho tất cả các từ mã sẽ tạo ra ở đầu ra nhƣ thể hiện ở bảng 2.7-1. Những con số đƣợc in đậm thuộc về từ mã đầu tiên,DA, những con số in nghiêng thuộc về từ mã thứ hai, DB, và những con số đƣợc gạch dƣới thuộc về từ mãDC.
Quá trình chuyển đổi của từ mã đầu tiên,DA, cần 3 chu kỳ xung nhịp 1, 2 và 3 để hoàn thành, vOUT cho từ mã DA là 0,625V. Ở chu kỳ xung nhịp thứ 4 ta có vOUT cho từ mã
B
D , vOUT(DB)= 3,75V. Và ở chu kỳ xung nhịp thứ 5 ta có vOUT cho từ mã DC,
) ( C
OUT D
v = 3,125V.
Chu kỳ xung nhịp vOUT(1) vOUT(2) vOUT(3) D0 D1 D2
1 2,5 0 0 1 0 0
2 0 1,25 0 0 0 0
3 2,5 2,5 0,625 1 1 0
4 1,25 3,75 0 1
5 3,125 1
Chƣơng 3 – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CMOS
Hai cơng nghệ mạch tích hợp silíc (cơng nghệ bán dẫn sử dụng chất bán dẫn silíc) phổ biến nhất là cơng nghệ MOS và công nghệ lƣỡng cực (bipolar). Bên trong mỗi họ này là các nhóm con nhƣ đƣợc minh họa ở hình 3-1[9]. Trong nhiều năm, cơng nghệ mạch tích hợp silicon chiếm ƣu thế là công nghệ lƣỡng cực, đƣợc minh chứng với sự phát triển nở rộ của các IC khuếch đại thuật toán và họ IC số TTL (transistor- transistor logic). Đến đầu những năm 1970, công nghệ NMOS (n-channel MOS: transistor kênh n) là công nghệ đƣợc chọn cho phần lớn các thiết kế mạch MOS tƣơng tự và số. Đến đầu những năm 1980, thế giới mạch tích hợp VLSI chuyển sang sử dụng công nghệ CMOS gate silicon và công nghệ này đã trở thành công nghệ chiếm ƣu thế cho các thiết kế tín hiệu trộn (mixed-signal design) và mạch số VLSI suốt từ đó đến nay. Gần đây, công nghệ kết hợp cả công nghệ CMOS và công nghệ lƣỡng cực, đƣợc gọi là công nghệ BiCMOS, đƣợc phát triển. Nó có đƣợc ƣu điểm của cả hai cơng nghệ đó là tốc độ cao của công nghệ lƣỡng cực và mật độ tích hợp lớn của cơng nghệ CMOS. Công nghệ BiCMOS đƣợc xác nhận là thành công cả về mặt công nghệ và mặt thị trƣờng.
Hình 3-1 Phân loại cơng nghệ mạch tích hợp sử dụng chất bán dẫn silíc