всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа

Таблица I. Режимы работы AD7882

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ_______________________

АНАЛОГОВЫЙ ВХОД

Аналоговый входной каскад включает два устройства выбор кихранения (УВХ), работающих поочередно, см. Ðèñ. 8. Эти два УВХ поочередно принимают входной аналоговый сигнал и удержи вают на своем выходе постоянное напряжение (отсчет входного с игнала) в течение цикла преобразования АЦП. Во время преобразован ия одно из УВХ находится в режиме хранения, а другое — в режиме выборки входного сигнала. В следующем цикле преобразован ия эти два УВХ меняются ролями. Такая архитектура позволяет обойтись без дополнительного интервала между преобразованиями для приема сигнала. Время между отсчета ми теперь фактически равно времени преобразования, которое равно 2.5 мкс. Входной диапазон может быть или униполярным, или биполярным, в зависимости от значения на входе BIP/UP. Для униполярного диапазона выходной код — прямой двоичный, а для биполярного диапазона — дополненный до 2-х, см. Ðèñ. 9 è 10.

Рис. 8. Входные устройства выборки-хранения

Рис. 9. Передаточная функция для униполярного диапазона

1ÌÇÐ = FS/216

0000...011

0000...010

0000...001

0000...000

Рис. 10. Передаточная функция для биполярного диапазона

KАЛИБРОВKА

Аналого-цифровое преобразование в AD7882 основано на алгоритме последовательного приближения. Для достижени я 16-разрядного разрешения большое значение имеет точность отдельных компонентов, таких как ЦАП и компаратор. В компараторе используется метод автозануления (autozero technique) для компенсации как внутренних, так и внешних смещений. Еще одним преимуществом этой схемы является то, что она устраняет шум 1/f. Автозануляющее переключение (autozero switching) происходит выше граничной частоты шума 1/f (1/f roll-off frequency), таким образом, шум проявляется как постоянное смещение, которое впоследствии компенсируется.

Во внутреннем ЦАП используются двоично-взвешенные конденсаторы вместо трациционной резистивной матрицы R-2R . Это позволяет использовать в AD7882 алгоритм калибровки, который корректирует погрешности индивидуальных сегмен тов ЦАП наряду с погрешностьми смещения и усиления. Kаждый сегмент этого емкостного ЦАП содержит целый ряд конденса торов, которые используются для подстройки до необходимой абсолютной точности. Во время последовательности калибр овки сегменты ЦАП сравниваются с другими сегментами и подстраиваются до точности ±МЗР. Затем устраняются погрешности смещения и усиления — эта калибровка выполня ется или по уровням AGND и VREFIN, или по двум внешним ”опорным” напряжениям, последовательно подаваемым на вход AIN.

ЦИKЛ KАЛИБРОВKИ

AD7882 имеет два режима калибровки — системную калибровку и внутреннюю. В обоих случаях калибруется внутренний ЦАП (линейность характеристики) и компенсируются погрешност и усиления и смещения. При системной калибровке AD7882 калибрует полную шкалу и смещение по внешним напряжениям , подаваемым на аналоговый вход. При внутренней калибровке полная шкала и смещение калибруются по уровням VREFIN и AGND. Отметим, что калибровку следует выполнять всякий раз посл е включения питания, чтобы точность преобразования 1 соответствовала спецификациям.

Kалибровка может быть инициирована аппаратно — при помощи импульса на входе CAL, или программно — путем записи соответствующего слова в управляющий регистр. При аппара тном старте калибровки AD7882 всегда выполняет полный цикл калибровки. Однако, если использовать программное управл ение калибровкой, то можно выполнить неполный цикл — например, калибровку только смещения и усиления. Все возможные вари анты приведены в Таблице III.

ВНУТРЕННЯЯ KАЛИБРОВKА

Внутренняя калибровка инициируется импульсом CAL = 0; см. Ðèñ. 6. Смещение и усиление калибруются относительно уровней AGND и VREFIN соответственно. Длительность этого цикла калибровки равна 928 мс (при тактовой частоте 10 МГц).

СИСТЕМНАЯ KАЛИБРОВKА

Системная калибровка инициируется нарастающим фронтом сигнала CAL, как показано на Ðèñ. 7. Выходной сигнал BUSY переключается в 0 три раза в течение всего этого цикла кали бровки, что соответствует последовательным калибровкам ЦАП, зат ем смещения и, наконец, усиления. Первый нарастающий фронт BUSY (конец 1-го импульса BUSY = 0) указывает на завершение калибровки ЦАП и на готовность AD7882 к калибровке смещения. Для калибровки смещения следует подать внешнее напряжен ие ”0” В на вход AIN, а затем подать импульс CONVST = 0. Отметим, что внешнее напряжение ”0” В должно отличаться от AGND не более чем на ±1.5%. Второй нарастающий фронт BUSY указывает на готовность AD7882 к калибровке полной шкалы. На этот раз на аналоговый вход должно быть подано напряжение,

соответствующее полной шкале, а затем должен быть подан е ще один импульс CONVST. Напряжение полной шкалы должно отличаться от опорного напряжения VREFIN не более чем на ±1.5%. Общая длительность системной калибровки равна 928 мс плюс длительность двух стартовых импульсов CONVST (при тактовой частоте 10 МГц).

ÂÕÎÄ M/S

Уровень на входе M/S вместе с сигналом CAL определяет тип калибровки, инициируемой когда CAL переключается в 0. M/S также определяет, будут ли преобразования асинхронными (инициируются входным сигналом CONVST) или синхронными (следуют непрерывно и синхронно с тактовым сигналом CLKIN). В целом может быть 4 различных конфигурации, как показано в таблице Ðèñ. 11. Kалибровка запускается нарастающим фронтом на входе CAL. Если, например, необходим синхронный режим работы и внутренняя калибровка, то M/S подключается к CAL. Отметим, что между выводами CAL и M/S можно установить инвертор, если необходим асинхронный режим работы и систе мная калибровка.

Если CAL = 1, то можно запустить калибровку программно — через управляющий регистр.

УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ AD7882

Обмен данными с AD7882 управляется четырьмя сигналами: CS, RD, WR и ADD0. Обмен данными заключается в чтении или записи управляющего регистра или регистров калибровочных коэффициентов и чтении результата преобразования из регистра выходных данных.

УПРАВЛЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ И ЧТЕНИЕ ДАННЫХ

Преобразование может быть инициировано аппаратно при по мощи сигнала CONVST (асинхронный режим), или же AD7882 может быть переведен в синхронный режим, когда преобразования непрерывно

следуют друг за другом. Установка режимов осуществляется при помощи входа M/S, как изложено выше. В синхронном режиме включение питания, а также сигналы CAL или CONVST инициируют работу схемы.

Выходные линии данных управляются сигналами CS и RD. Различные временные диаграммы приведены на Ðèñ. 3, 4 è 5. Если подать на CS и RD постоянный низкий уровень, то шина данных всегда будет активной. Однако в конце преобразования (см. время t17) на шину данных выводится новый результат преобразования и шина данных меняет свое состояние. Следует избегать чтени я данных в этот момент.

УПРАВЛЯЮЩИЙ РЕГИСТР

Управляющий регистр выполняет двойную функцию — он управ ляет работой AD7882 и одновременно отражает статус AD7882. Этот регистр можно считывать или записывать непосредственно через шину данных, когда установлен адрес ADD0 = 1. Одна из возможностей, предоставляемых через управляющий регист р, это установка режима чтения или записи содержимого регистро в калибровочных коэффициентов. В этих регистрах хранятся коэффициенты, определяемые в ходе калибровки AD7882. Для загрузки всех коэффициентов в эти регистры необходимо записать 40 16-разрядных слов. Почти при любом типе используемого процессора для этого потребуется значите льно меньше времени, чем для полной калибровки AD7882. Таким образом, можно реализовать следующий алгоритм: считывать все коэффициенты после калибровки, записывать их в энергонезависимую память и при последующем включении пи тания переписывать их обратно в AD7882. Чтение калибровочных коэффициентов заключается в 40 операциях чтения из AD7882. При этом в микропроцессор будут считаны 40 16-разрядных слов.

ЗАПИСЬ В AD7882

Данные могут записываться или в управляющий регистр, или в регистры калибровочных коэффициентов. На Ðèñ. 12 приведена типичная временная диаграмма.

Рис. 12. Временная диаграмма записи в регистры

ANALOG DEVICES

AD7892

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

ÑЧАСТОТОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ 600 kSPS,

ÈОДНОПОЛЯРНЫМ ПИТАНИЕМ + 5 В

ОСОБЕННОСТИ

ω12-разрядов при времени преобразования 1.3 мкс

ωЧастота дискретизации до 600 kSPS (AD7892-3)

ω Частота дискретизации до 500 kSPS (AD7892-1, AD7892-2)

ωОдин источник питания + 5 В

ωВстроенное УВХ

ωВходные диапазоны:

±10 Â èëè ±5 Â äëÿ AD7892-1 0 Â ... +2.5 Â äëÿ AD7892-2 ±2.5 Â äëÿ AD7892-3

ωБыстрые последовательный и параллельный интерфейсы

ωНизкая потребляемая мощность 60 мВт

ωЗащита по входу (AD7892-1 è AD7892-3)

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

AD7892 – это быстродействующий 12-разрядный АЦП с малым потреблением мощности, работающий от одного источника +5 В . ИС содержит собственно АЦП, работающий по алгоритму последовательного приближения, с временем преобразован ия 1,3 мкс, устройство выборки-хранения (УВХ), источник опорного напряжения +2.5 В и многофункциональный интерфейс, позволяющий передавать данные как в последовательном, та к и в параллельном виде.

Различные модификации имеют следующие входные диапазоны: ±10 В или ±5 В (AD7892-1), 0...+2.5 В (AD7892-2) и ±2.5 В (AD7892-3). Защита от перенапряжения на аналоговых входах AD7892-1 и AD7892-3 позволяет входному напряжению повышаться до ±17 В или ±7 В соответственно, не повреждая при этом входные цепи.

Малые времена обмена с шиной и стандартные уровни позволя ют легко организовывать параллельный интерфейс с

REF OUT/REF IN VDD MODE STANDBY

микропроцессорами и цифровыми сигнальными процессорами. Быстрый последовательный интерфейс допускает непосредственное соединение с последовательными портам и микроконтроллеров и сигнальных процессоров.

Помимо обычных статических и динамических параметров нормируются такие параметры, как уровень нелинейных искажений и отношение сигнал-шум.

AD7892 изготовлен по фирменной технологии LC2MOS, которая позволяет объединять на одном кристалле прецизионные биполярные схемы с маломощной КМОП логикой.

AD7892