всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

AD7892 - это быстрый 12-разрядный АЦП, работающий от одного источника питания. На одном кристалле расположены схемы масштабирования сигнала, устройство выборки-хранения, источник опорного напряжения, АЦП и многофункциональный цифровой интерфейс. Масштабирование сигнала в AD7892-1 позволяет ИС работать с входными сигналами в диапазонах ± 5 В или ±10 В, при этом питание ИС осуществляется от одного источника +5 В. AD7892-2 имеет входной диапазон 0...+2.5 В, а AD7892-3, которая также работает от одного источника питания, благодаря масштабированию сигнала имеет входной диапаз он ±2.5 В. Для ИС требуется опорное напряжение +2.5 В, которое может быть обеспечено или собственным внутренним источн иком, или может быть подано от внешнего источника опорного напряжения.

Аналого-цифровое преобразование в AD7892 инициируется импульсом на входе CONVST. На нарастающем фронте импульса CONVST УВХ переходит из режима слежения в режим хранения и запускается последовательность преобразования. В конце преобразования (спадающий фронт EOC) УВХ возвращается в режим слежения, и начинается интервал приема входного сиг нала. Время преобразования равно 1.3 мкс (AD7892-3), а время выборки УВХ равно 350 нс (AD7892-3). Это позволяет AD7892-3 работать с частотой отсчетов до 600 ksps. AD7892-1 и AD7892-2 имеют время преобразования 1.6 мкс и время выборки сигнала 400 нс, что дает частоту дискретизации до 500 ksps.

УСТРОЙСТВО ВЫБОРКИ–ХРАНЕНИЯ

УВХ AD7892 позволяет этому АЦП правильно оцифровывать входную синусоиду с амплитудой, равной полной шкале, с точностью до 12 разрядов. Ширина полосы пропускания УВХ превышает частоту Найквиста АЦП, даже когда АЦП работает с максимальной частотой отсчетов 600 ksps (т.е. УВХ может пропускать частоты выше 300 кГц).

УВХ принимает входной сигнал с точностью до 12 бит за время менее 350 нс. Работа УВХ для разработчика в основном невидима. УВХ переходит из режима слежения в режим хранения на нарастающем фронте сигнала CONVST. Апертурное время для УВХ (т.е. задержка от нарастающего фронта внешнего сигнала CONVST до момента, когда УВХ фактически переходит в режим хранения) обычно равна 15 нс. В конце преобразования ИС возвращается в режим слежения. В этот момент начинается отсчет времени приема входного сигнала УВХ.

ОПОРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

AD7892 имеет один вывод, REF OUT/REF IN связанный с опорным напряжением, который или дает доступ к внутреннему опорно му напряжению +2.5 В, или к которому может быть подсоединен внешний источник опорного напряжения, который будет тогда задавать опорный уровень для ИС. Номинальное опорное напр яжение равно +2.5 В. Погрешности опорного напряжения приведут к ошибкам усиления в передаточной функции AD7892 и внесут дополнительную погрешность на концах шкалы. Для AD7892-1 и AD7892-3 это также приведет к ошибке смещения, вносимой в цепях схем масштабирования.

AD7892 содержит внутренний источник опорного напряжения

+2.5 В. Чтобы использовать именно его в качестве опорного 1 источника для AD7892, следует просто подсоединить керамический конденсатор 0.1 мкФ между REF OUT/REF IN и AGND.

Если необходимо использовать это опорное напряжение в ка кихлибо внешних схемах помимо AD7892, то оно должно буферироваться, так как внутри ИС последовательно с выход ом источника опорного напряжения включен ключ на полевом транзисторе, в результате чего выходной импеданс составляет 5.5 кОм. Погрешность внутреннего опорного напряжения равна ±10 мВ при 25 °С, с температурным коэффициентом около 25 ppm/°C и максимальной погрешностью во всем температурном диапазоне ±25 мВ.

Если требуется опорное напряжение с меньшей погрешность ю, или если AD7892 должен работать с системным опорным напряжением, то разработчик имеет возможность подсоедин ить внешний источник опорного напряжения к выводу REF IN/REF OUT. Внешний источник “подавит” внутренний источник, и таким образом будет задавать опорное напряжение для АЦП.

Опорное напряжение подается на внутренний буфер, прежде ч ем поступить на АЦП, причем максимальный входной ток составл яет ±100 мкА. Для AD7892 подходят такие прецизионные источники опорного напряжения +2.5 В, как AD680, AD780 и REF43.

ИНТЕРФЕЙС

AD7892 предоставляет возможность выбора двух различных интерфейсов: 12-разрядный параллельный интерфейс или трехпроводной последовательный интерфейс. Необходимый режим интерфейса выбирается при помощи входа MODE..

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

Режим параллельного интерфейса устанавливается подачей логической “1” на вход MODE. На Ðèñ. 2 приведена временная диаграмма работы параллельного интерфейса AD7892 . На нарастающем фронте сигнала CONVST УВХ переходит в режим хранения и инициируется последовательность преобразова ния. Когда преобразование завершено, на выходную линию EOC выводится “отрицательный” импульс (т.е. “1” → “0” → “1”), что указывает на то, что в выходном регистре AD7892 находится новый результат. Эту линию EOC можно использовать для генерации прерывания (синхронизуемого по фронту) микропроцессора. Операция чтения должна быть завершена за 200 нс до следующег о нарастающего фронта сигнала CONVST. Кода CS и RD переходят в “0”, на выходные линии выводится 12-разрядный результат преобразования. В схемах, в которых AD7892 подключен к матрице логических элементов или к какой-либо специализированно й ИС, можно подавать импульс EOC прямо на входы CS и RD, чтобы вывести данные из AD7892 и зафиксировать их в ИС - приемнике данных. Это устраняет необходимость в специальных логиче ских схемах для распознавания конца преобразования и генерац ии сигнала чтения для AD7892. Чтобы характеристики преобразования были наилучшими, не рекомендуется подава ть постоянный “0” на входы CS и RD, так как при этом трехстабильные линии будут активными во время преобразования.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

AD7892 переключается в режим последовательного интерфейса подачей логического “0” на вход MODE. В этом режиме мы имеем трехпроводной последовательный канал связи AD7892 со стандартными микропроцес-сорами, микроконтроллерами и цифровыми сигнальными процессорами. SCLK и RFS являются входными сигналами AD7892. Последовательный интерфейс AD7892 предназначен для непосредственной связи с системами, в которых обмен последовательными данными синхронизован с последовательным тактовым сигналом, в том числе с такими микроконтроллерами как 80C51, 87C51, 68HC11 и 68HC05, и с большинством сигнальных процессоров.

Íà Ðèñ. 3 приведена временная диаграмма чтения из AD7892 в режиме последовательного интерфейса. Cигнал RFS переходит в “0” чтобы разрешить вывод данных из AD7892. Входной последовательный тактовый сигнал не обязательно должен быть непрерывным. Последовательные данные могут быть выведен ы несколькими порциями. Однако RFS должен оставаться равным “0” на протяжении всей операции чтения. Передаются 16 бит данны х с четырьмя подготовительными нулями, за которыми следует 12 - битный результат преобразования начиная со старшего бита (СЗР). Последовательные биты данных выводятся на выходные линии на передних фронтах SCLK. Гарантируется, что в течение 5 нс после этого фронта сохраняется правильное значение предыдущего бита данных. Это может быть полезным в тех случаях, когда частота тактового сигнала довольно высока, и из-за ограниченного быстродействия последовательного интерф ейса AD7892 выводимые данные не успевают установиться к приходу заднего фронта SCLK и не могут быть считаны на заднем фронте. В этом случае следует позаботиться о том, чтобы RFS не отключался перед передним фронтом SCLK. Если частота последовательного тактового сигнала не слишком велика, мы будем иметь прави льные данные на задних фронтах SCLK. В конце операции чтения линия SDATA переводится в отключенное состояние по переднему фронту или SCLK, или RFS, в зависимости от того, какой из них будет раньше. Последовательные данные не могут быть считаны во время преобразования, чтобы избежать искажения результата преобразования вследствие наводок от SCLK. Для достижения максимальных характеристик следует также избегать чтен ия данных за 400 нс до нарастающего фронта CONVST, чтобы избежать наводок на УВХ во время приема входного сигнала. Следовательно, последовательное чтени е должно происходить между окончанием преобразования (спадающий фронт EOC) и моментом за 400 нс до следующего нарастающего фронта CONVST. Это ограничивает максимально достижимую частоту отсчетов в режиме последовательного интерфейса до 400 ksps для AD7892-3 и до 357 ksps для AD7892-1 и AD7892-2 (при тактовой частоте 20 MГц).

АНАЛОГОВЫЙ ВХОД

Выпускается три модификации AD7892, которые имеют четыре различных входных диапазона. AD7892-1 имеет входные диапазоны ±5 В или ±10 В. Входной диапазон AD7892-2 составляет 0...+2.5 В, а входной диапазон AD7892-3 составляет ±2.5 В.

AD7892 - 1

Íà Ðèñ. 4 показана схема аналогового входного каскада AD7892-1. Диапазон входных напряжений на входе VIN1 устанавливается или равным ±5 В, или равным ±10 В (путем коммутации вывода VIN2). Когда VIN2 подсоединен к AGND, то входной диапазон для входа VIN1 равен ±10 В, а входное сопротивление входа VIN1 равно 15 кОм.

Когда VIN2 под-соединен к VIN1, то входной диапазон равен ±5 В, а вход-ное сопротивление входа VIN1 равно 8 кОм. Как следствие

этого, входы VIN1 è VIN2 должны подключаться к источникам с низким импедансом. После резистивного аттеньюатора следует вхо дной каскад УВХ с высоким входным импедансом. Наличие этого резистивного аттеньюатора позволяет входному напряжени ю повышаться до ±17 В, не повреждая при этом AD7892-1.

Рис. 4. Схема аналоговых входных цепей AD7892-1

13 ê VIN2 3

6.5 ê

AGND 6

A1409P02

Переключения кода (в идеале) происходят при входных напряжениях, равных средним значениям двух последовател ьных целых кратных МЗР (т.е. при 1/2 МЗР, 3/2 МЗР, 5/2 МЗР,...). Выходной код – дополненный до 2-х; 1 МЗР = VFS/4096 = 20 Â/4096

=4.88 мВ для входного диапазона ±10 В и 1 МЗР = VFS/4096

=10 В/4096 = 2.44 мВ для диапазона ±5 В (VFS - напряжение полной шкалы). Идеальная передаточная функция AD7892-1 приведена в

Òàáë. 1.

Таблица 1. Идеальная зависимость выходного кода от входного напряжения для AD7892-1

Примечания:

1.REF IN = +2.5 Â, VFS – напряжение полной шкалы; VFS = 20 В для диапазона ±10 В, VFS = 10 В для диапазона ±5 В.

2.1 ÌÇÐ = VFS/4096 = 4.88 мВ (диапазон ±10 В), 1 МЗР = 2.44 мВ (диапазон ±5 В) для REF IN = +2.5 В.

3.Для диапазона ±10 В или ±5 В.

Публикуется с разрешения фирмы Analog Devices

ÀD7892-2

Аналоговый входной каскад AD7892-2 не содержит смещающих резисторов. Аналоговый вход прямо подсоединен к входному каскаду УВХ. Входной диапазон на аналоговом входе VIN1 равен 0 В...+2.5 В относительно напряжения на входе VIN2. Обычно VIN2 подсоединяется к AGND. Однако можно варьировать VIN2 до ±50 мВ, чтобы несколько сместить входной диапазон на входе VIN1. Это может быть полезным в схемах, работающих от одного питани я, для небольшого смещения входного диапазона вверх относительно земли системы (AGND). Вход VIN1 непосредственно подсоединен к запоминающему конденсатору УВХ AD7892-2. Номинальная величина емкости этого конденсатора равна 10 пФ.

Переключения кода (в идеале) происходят при входных напряжениях, равных средним значениям двух последовател ьных целых кратных МЗР (т.е. при 1/2 МЗР, 3/2 МЗР, 5/2 МЗР,...).Выходной код – прямой двоичный; 1 МЗР = VFS/4096 = 2.5 В/4096 = 0.61 мВ. Идеальная передаточная функция AD789-2 приведена в Òàáë. 2.

Таблица 2. Идеальная зависимость выходного кода от входного напряжения для АD7892-2

Примечания:

1.REF IN = +2.5 Â; VFS - напряжение полной шкалы +2.5 В.

2.1 ÌÇÐ = VFS/4096 = 0.61 ì äëÿ REF IN = +2.5 Â.

аттеньюатора позволяет входному напряжению повышаться до ±7 В, не повреждая при этом АD7892-3.

Рис. 5. Схема аналоговых входных цепей AD7892-3

2 ê

ОПОРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

+2.5 Â

REF OUT /REF IN 5

к опорному входу АЦП

3.25 ê

3.25 ê

к высокоомному VIN1 4 входу УВХ

VIN2 3

AGND 6

Переключения кода (в идеале происходят при входных напряжениях, равных средним значениям двух последовател ьных целых кратных МЗР ,т. е. при1/2 МЗР, 3/2МЗР, 5/2 МЗР,). Выходной код – дополненный до 2-х; 1 МЗР = VFS/4096 = 5 В/4096 = 2.22 мВ при REF IN = + 2.5 В. Идеальная передаточная функция AD7892 - 3 приведена в Òàáë. 3.

173

Таблица 3. Идеальная зависимость выходного кода от входного напряжения для AD7892-3

IN = +2.5 Â; VFS – напряжение полной шкалы 5 В. 2. 1 МЗР = VFS/4096 =1.22 ì äëÿ REF IN = +2.5 Â.

CОЕДИНЕНИЕ С МИКРОПРОЦЕССОРАМИ

AD7892 имеет как быстрый параллельный, так и быстрый последовательный интерфейсы, что предоставляет широкие возможности организации интерфейса с микропроцессорным и системами. Чтобы характеристики аналого-цифрового преобразования были наилучшими, данные не должны считываться во время преобразования, что ограничивает максимальную частоту дискретизации в режиме с последовательным выводом значением 400 ksps для AD7892-3.

Íà Ðèñ. 6-8 приведены схемы типичных соединений AD7892 с распространенными сигнальными процессорами (DSP). На Ðèñ. 9 приведена схема соединения AD7892 с матрицей логических элементов или со специализированной ИС типа ASIC (Application Specific IC), в которой AD7892 сам записывает данные в ASIC в конце преобразования. Во всех случаях сигнал CONVST генерируется внешним таймером, чтобы обеспечить заданну ю периодичность отсчетов.

СОЕДИНЕНИЕ AD7892 С ADSP-2101

Íà Ðèñ. 6 приведена схема параллельного интерфейса между AD7892 и сигнальным процессором ADSP-2101. Сигнал CONVST запускает преобразование, а в конце преобразования спада ющий фронт на выходе EOC генерирует запрос прерывания для ADSP-2101.

174

фронт на выходе EOC генерирует запрос прерывания для DSP56000.

Рис. 7. Схема соединения AD7892 c DSP56000

DSP56000 ТАЙМЕР AD7892

CONVST

IRQA EOC

SCK SCLK

SRD SDATA

SC1 RFC

A1409P05

СОЕДИНЕНИЕ AD7892 С TMS320C25

Íà Ðèñ. 8 приведена схема параллельного интерфейса между AD7892 и сигнальным процессором TMS320C25. Сигнал CONVST запускает преобразование, а в конце преобразования спада ющий фронт на выходе EOC генерирует запрос прерывания для TMS320C25.

Рис. 8. Схема соединения AD7892 c TMS320С25

A15 - A0 Шина адреса

TMS320C25

A1409P06

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСА EOC В КАЧЕСТВЕ СИГНАЛОВ CS И RD

Íà Ðèñ. 9 приведена схема параллельного интерфейса между AD7892 и матрицей логических элементов или специализированной ИС типа ASIC. Сигнал CONVST запускает преобразование, а в конце преобразования импульс на выход е EOC, который подается на входы CS и RD, выводит данные из AD7892 и фиксирует их в матрице логических элементов или ASIC. В такой схеме AD7892 работает с максимально возможной скоростью, так как не тратится время на обслуживание прерывания, и как только результат преобразования получен, он сразу же выводится из AD7892.

ANALOG DEVICES

AD7893

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

ÑВРЕМЕНЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 6 мкс

ÈПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВЫХОДОМ

ОСОБЕННОСТИ

ω12-разрядный АЦП с временем преобразования 6 мкс

ωВыпускается в 8-выводных корпусах мини-DIP и SOIC

ωРаботает от одного напряжения питания +5 В

ωБыстродействующий последовательный интерфейс

ñпростым протоколом обмена

ωВстроенное устройство выборки - хранения

ωВходные диапазоны:

±10 Â äëÿ AD7893-10,

0 Â...+2.5 Â äëÿ AD7893-2

ω Низкое энергопотребление: 25 мВт (тип.)

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

AD7893 – это быстродействующий 12-разрядный АЦП, работающий от одного источника питания +5 В. AD7893 выпускается в малогабаритных 8-выводных корпусах мини-DIP и SOIC. Эта ИС содержит собственно аналого-цифровой преобразователь (в зависимости от контекста под “АЦП” мы будем понимать как всю ИС AD7893, так и ту ее часть, что непосредственно выполняет аналого–цифровое преобразование), работающий по алгорит му последовательного приближения, с временем преобразован ия 6 мкс, устройство выборки–хранения (УВХ), собственный тактовый генератор и быстродействующий последовательный интерфе йс.

Выходные данные выводятся из AD7893 через быстродействующий последовательный интерфейс. Этот двухпроводной интерфе йс состоит из входной линии “последовательного” (т.е. предназначенного для вывода данных через последователь ный порт) тактового сигнала и выходной линии последовательны х данных; этот внешний тактовый сигнал служит для последовательного вывода битов данных из AD7893.

Помимо обычных параметров статической точности, таких ка к линейность, погрешностей смещения и полной шкалы, среди параметров AD7893 приводятся также динамические характеристики, в том числе нелинейные искажения и отноше ние сигнал/шум (SNR).

Выпускаются две модификации этого АЦП с различными входн ыми диапазонами: ±10 В (AD7893-10) и 0 В...+2.5 В (AD7893-2). AD7893

работает от одного питания +5 В, энергопотребление – пример но 25 мВт.

AD7893 изготовляется по фирменной технологии LC2MOS (Linear Compatible CMOS) – это комбинированная технология, позволяющая размещать на одном кристалле как прецизионн ые биполярные схемы, так и KМОП логику с малым энергопотреблением. AD7893 выпускается в малогабаритных 8- выводных корпусах мини-DIP (как в пластмассовых, так и в керамических) и SOIC.

РЕЗЮМЕ

1.Быстродействующий 12-разрядный АЦП в 8-выводном корпусе:

AD7893 содержит собственно АЦП с временем преобразования 6 мкс, устройство выборки–хранения, управляющую логику и быстродействующий последовательный интерфейс – все это размещено в 8-выводном корпусе, что дает значительную экономию места на плате.

2.Низкое энергопотребление и однополярное питание: AD7893 работает от одного источника питания, потребляя при этом всего лишь 25 мВт. Малая рассеиваемая мощность и работа от одного питания делают этот АЦП идеально подходящим для применен ия в переносных устройствах с батарейным питанием.

3.Áыстродействующий последовательный интерфейс: Интерфейс состоит из входной линии тактового сигнала и выходной лин ии последовательных данных, что позволяет использовать про стые двухпроводные схемы для интерфейса с другими устройства ми.

AD7893

7CONVST Запуск (старт преобразования)