всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ*

* Значения, превышающие приведенные здесь цифры, могут при вести к необратимым повреждениям ИС. Это только оценочные значен ия; никоим образом не подразумевается правильная работа ИС при этих или любых других значениях, превышающих приведенные в параметрах. В оздействие этих максимальных значений в течение длительного времен и может ухудшить надежность ИС.

ТИПОНОМИНАЛЫ

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

ИС чувствительна к электростатическим разрядам. Электростатические заряды до 4000 В легко накапливаются на т еле человека или на оборудовании и их разряд может произойти незаметно. Хотя AD876 имеет внутреннюю защиту от электростатических разрядов, она все же может быть повреж дена мощными разрядами. Чтобы избежать ухудшения характерист ик ИС или ее полного выхода из строя рекомендуются соответствующие меры защиты.

Рис.3. Типовой график дифференциальной нелинейности (DNL)

DNL, ÌÇÐ

AD876 использует многокаскадную конвейерную архитектуру, что позволяет достичь высокой скорости преобразований при небольшом энергопотреблении. В AD876 преобразование распределено по нескольким внутренним АЦП с меньшим разрешением, и по мере того как отсчет сигнала проходит от

Рис.6. Зависимость THD (2-ая и 3-я гармоники) от частоты входного сигнала

äÁ

Рис.7. Зависимость S/(N+D) от тактовой частоты (AIN = –0.5 дБ)

S/(N+D), äÁ

60

55

50

fIN = 3.58 ÌÃö

45

40

35

30

5 10 15 20 25 30

Рис.8. Зависимость энергопотребления от тактовой частоты

каскада к каскаду результат преобразования обновляется, достигая все большей точности. Вследствие этой распределенной схемы преобразования AD876 использует несравнимо меньше компараторов чем традиционный параллельный АЦП, для кото рого необходимо 1023 компаратора. Kаждый каскад имеет устройство выборки-хранения, что позволяет первому каскаду начинать работать над новым входным отсчетом пока второй и третий каскады еще обрабатывают предыдущие два отсчета.

Рис.9. Типовой график БПФ для AD876JR-8 (fIN = 3.58 ÌÃö,

Рис.10. Типовой график БПФ для AD876 (fIN = 3.58 ÌÃö,

ПРИМЕНЕНИЕ AD876

ПОДKЛЮЧЕНИЕ СИГНАЛА K АНАЛОГОВОМУ ВХОДУ

Íà ðèñ.11 приведена эквивалентная схема аналогового входа AD876 – устройства выборки-хранения (УВХ). При переключении тактового сигнала CLK в 0 ключи 1 и 2 замыкаются, а ключ 3 размыкается. В течение последующего полупериода CLK источн ик входного сигнала, подключенный ко входу AIN, должен зарядить конденсатор CH. Kогда CLK переключается из 0 в 1 (момент выборки), то прежде всего размыкается ключ 1, что переводит УВХ в режим хранения. Затем размыкается ключ 2. Наконец замыкае тся ключ 3, замыкая петлю обратной связи вокруг ОУ, что заставляет выходное напряжение ОУ быть равным напряжению, сохраненному на CH. Kогда CLK переключается из 1 в 0, то прежде всего размыкается ключ 3. Затем замыкается ключ 2, заново подсоеди няя аналоговый вход к CH. Последним замыкается ключ 1, что переводит УВХ в режим выборки сигнала.

Рис.11. Эквивалентная схема входного каскада AD876

AD876

3

1

AIN 2

CP CH

A1305P06

Структура входного УВХ предъявляет определенные требов ания к источнику входного сигнала. Kомбинация емкости вывода CP и емкости CH (на которой хранится отсчет сигнала) как правило не превышает 5 пФ. Источник входного сигнала должен быть спос обен зарядить или разрядить эту емкость до 10-разрядной точност и за половину тактового периода. Kогда УВХ переходит в режим выборки, источник сигнала должен зарядить или разрядить конденсатор CH от напряжения, сохраненного на CH от предыдущего отсчета, до нового напряжения. В самом критичном случае, ко гда со времени предыдущего отсчета входной сигнал изменился на полную шкалу (т.е. на максимально возможную величину), источник сигнала должен обеспечить ток заряда через проходное сопротивление RON (50 Ом) ключа 2 и быстро установиться (в пределах 1/2 периода CLK). Эта ситуация соответствует запитыванию входа с низким импедансом. С другой стороны, к огда напряжение на входе равно напряжению, сохраненному на CH в предыдущем отсчете, какого–либо входного тока для переза рядки конденсатора хранения не требуется, и эквивалентный вход ной импеданс очень велик.

Установка последовательного сопротивления между выходом источника сигнала и входом AIN ослабляет требования по нагрузочной способности, предъявляемые к источнику. Эта конфигурация приведена на ðèñ.12. Ширина полосы частот в конкретной системе ограничивает сопротивление этого ре зистора. Для соответствия приведенным характеристикам, это сопротивление не должно превышать 200 Ом. Если ширина полосы частот сигнала менее 10 МГц, то можно пропорционально увеличить сопротивление этого последовательного резистора. Друго й подход заключается в установке шунтирующей емкости между AIN и аналоговой землей, что может снизить импеданс источника п о переменному току. Величина этой емкости зависеть от сопротивления источника сигнала и от требуемой полосы ча стот.

Рис.12. Резистор ослабляет требования к нагрузочной способности источника сигнала

VS

A1305P07

Ширина входного диапазона AD876 зависит от опорных напряжений. Более подробно это рассматривается в следующ ем пункте “Подключение опорных напряжений”.

Во многих случаях, особенно при работе от одного напряжен ия питания, связь по переменному току является удобным спосо бом смещения уровня входного аналогового сигнала для его соответствия входному диапазону АЦП.

Íà ðèñ.13 приведена типовая схема, в которой аналоговый сигнал подается на развязанный по постоянному току вход AD876. Чтобы обеспечить нормируемые характеристики, необходим тщате льный подбор номиналов компонентов. Особое внимание следует уд елять частоте f–3äÁ этого ВЧ–фильтра, которая зависит от R2 и от емкости параллельного включения C1 и C2. Частота f–3äÁ приближенно выражается формулой

f–3äÁ = 1/[2π(R2)Ceq]

где Ceq – это емкость соединенных параллельно C1 и C2. Отметим, что C1 – это обычно электролитический или танталовый конденсатор большой емкости, индуктивность которого вно сит заметный вклад на высоких частотах. Установленный параллельно C1–небольшой керамический или полистироловый конденсато р емкостью порядка 0.01 мкФ, индуктивность которого на рассматрехваемых нами частотах практически не проявляе тся, сохраняет низкий импеданс в широкой полосе частот.

Рис.13. Емкостная развязка входа по переменному току

AD876

A1305P08

При выборе номиналов резисторов следует учитывать следу ющее. Kонденсаторы, осуществляющие связь по переменному току, интегрируют переходные токи, присутствующие на входе AD876 к ак следствие внутренних переключений, что приводит к появле нию суммарного постоянного выходного тока IB, который втекает в AIN. Величина этого тока увеличивается с увеличением постоян ного уровня сигнала а также с увеличением частоты дискретизац ии. Этот выходной ток приводит к погрешности смещения, равной (R1 + R2) x IB. Если необходимо компенсировать эту погрешность, то можно или уменьшить R2, или изменить VBIAS на величину погрешности смещения.

Âкачестве примера предположим, что входной сигнал должен иметь постоянное смещение 3 В, а ожидаемая минимальная частота сигнала равна 20 кГц. При частоте отсчетов 20 МГц и постоянном смещении 3 В постоянный входной ток равен прим ерно 30 мкА. Если мы выберем R2 = 1 кОм, R1 = 50 Ом, то емкость Ceq должна быть не менее 0.008 мкФ, чтобы избежать ослабления сигнала на частотах, близких к 20 кГц. Отметим, что входной ток вызовет дополнительное смещение 31.5 мВ относительно главного смещения 3 В.

Âсхемах, где необходима связь по постоянному току, следует использовать ОУ для сдвига уровня входного сигнала, изменяющегося вокруг уровня земли, до уровня, соответству ющего входному диапазону AD876. Схема Ðèñ. 14 использует ОУ AD817, включенный в инвертирующем режиме с коэффициентом усиле ния переменного сигнала –1. Постоянное напряжение на неинвертирующем входе ОУ управляет величиной сдвига уровня. Резистивный делитель делит напряжение REFBF. Затем ОУ умножает полученное напряжение в 2 раза. Например, если REFBF = 1.6 В, то постоянный уровень сигнала на выходе ОУ будет 2.6 В. AD817 – это недорогой быстродействующий ОУ, работающий от одного напряжения питания, с шириной полосы частот при G = – 1 равной 29 МГц. AD818 аналогичен AD817, но у него полоса частот равна 50 МГц. Среди других подходящих ОУ можно назвать AD8011, AD812 (сдвоенный) и AD8001.

Рис.14. Сдвиг биполярного сигнала по уровню