Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа

.pdf
Источник:
Скачиваний:
262
Добавлен:
07.01.2022
Размер:
20.04 Mб
Скачать

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7893

AD7893–2

Входной каскад AD7893-2 не содержит каких-либо резисторов для сдвига и масштабирования сигнала, т.е. сигнал с входа VIN непосредственно подается на вход устройства выборки-хра нения. Входной диапазон составляет 0 В...+2.5 В; аналоговый сигнал подается на высокоимпедансный входной каскад, при этом вх одной ток не превышает 500 нA. Это “мягкий” вход без каких-либо реактивных токов заряда. Переключения кода в идеале проис ходят при входных уровнях, кратных 1 МЗР (т.е. 1 МЗР, 2 МЗР, 3 МЗР,..., FS

– 1 МЗР). Выходной код – прямой двоичный; 1 МЗР = FS/4096 = 2.5 В/4096 = 0.61 мВ. Идеальная передаточная функция приведена в

таблице 2.

Таблица 2. Идеальная передаточная функция AD7893–2.

Напряжение на аналоговом входе1

Переключение выходного кода

 

 

 

 

 

 

+FSR – 1 ÌÇÐ (2.499390

Â)

111...

110

íà 111...

111

 

 

 

 

 

 

 

+FSR – 2

ÌÇÐ (2.498779

Â)

111...

101

íà 111...

110

 

 

 

 

 

 

 

+FSR – 3

ÌÇÐ (2.498169

Â)

111...

100

íà 111...

101

 

 

 

 

 

 

AGND + 3

ÌÇÐ (0.001831 Â)

000...

010

íà 000...

011

 

 

 

 

 

 

AGND + 2

ÌÇÐ (0.001221 Â)

000...

001

íà 000...

010

 

 

 

 

 

AGND + 1 ÌÇÐ (0.000610 Â)

000...

000

íà 000...

001

 

 

 

 

 

 

 

Примечания:

1.FSR – полная шкала; FSR = 2.5 В при REF IN = +2.5 В.

2.1 ÌÇÐ = FSR/4096 = 0.61 ì ïðè REF IN = +2.5 Â.

УСТРОЙСТВО ВЫБОРKИ – ХРАНЕНИЯ

Устройство выборки-хранения (УВХ), установленное на аналог овом входе AD7893, позволяет АЦП преобразовывать входную синусоид у с размахом, равным полной шкале, с точностью до 12 разрядов.

Входная полоса частот УВХ превышает частоту Найквиста АЦ П даже тогда, когда АЦП работает с максимальной частотой дискретизации 117 кГц (т.е. УВХ может работать с входными сигналами, частоты которых превышают 58 кГц).

УВХ принимает входной сигнал с точностю до 12 разрядов за вр емя менее чем 1.5 мкс. УВХ фактически ”невидимо” для разработчик а. УВХ переключается из режима выборки входного сигнала в ре жим хранения в момент старта преобразования (т.е. по фронту CONVST). Апертурная задержка УВХ (задержка от внешнего сигнала CONVST до того момента, когда УВХ фактически переходит в режим хранения) равна примерно 15 нс. По завершении преобразовани я (6 мкс после фронта CONVST) УВХ переключается в режим выборки. С этого момента УВХ начинает прием сигнала (т.е. с этого момента должно отсчитываться время 1.5 мкс).

ВХОД ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Вход опорного напряжения буферируется внутри AD7893, при этом максимальный входной ток по этому входу примерно равен 1 м кA). Параметры AD7893 приводятся для опорного напряжения +2.5 В.

Погрешности опорного напряжения приведут к погрешностя м усиления в передаточной функции AD7893 а также к большим погрешностям на концах шкалы по сравнению с приведенными в параметрах значениями. При работе с AD7893 погрешности опорного напряжения приведут также к ошибке смещения, возникающей в цепи аттеньюатора. Среди источников опорно го напряжения, подходящих для AD7893, можно отметить прецизионные источники AD780 и AD680 на напряжение +2.5 В.

ТАKТИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Íà Ðèñ. 3 приведены временные диаграммы управляющих сигналов, требуемых для работы AD7893 в оптимальном режиме (с максимальной точностью). В приведенной последовательнос ти преобразование запускается фронтом CONVST, а через 6 мкс в выходной регистр AD7893 записываются новые данные – результат этого преобразования. После окончания чтения из AD7893 нужно выждать еще 600 нс прежде чем подавать очередной фронт CONVST, чтобы выходное напряжение УВХ установилось с максимальной точностью к моменту старта следующего преобразования. При максимальной частоте тактового сигн ала SCLK (8.33 МГц) минимальный интервал между отсчетами равен: 6 мкс (длительность собственно преобразования) плюс 1.92 мкс (длительность чтения данных из AD7893) плюс 0.6 мкс (время приема сигнала усилителем УВХ). В сумме получаем минималь ный интервал между отсчетами 8.52 мкс, что эквивалентно максимальной частоте дискретизации 117 кГц.

Операция чтения данных состоит из 16-ти импульсов тактовог о сигнала SCLK, подаваемых на выходной сдвиговый регистр AD7893. После 16-го импульса SCLK AD7893 сбрасывает этот регистр сдвига и отключает линию SDATA (переводит ее в высокоимпедансное состояние). Если после 16-го импульса SCLK будут подаваться другие импульсы по линии SCLK, то регистр сдвига выйдет из состояния сброса. Однако он будет снова сброшен на спаде сигнала CONVST, чтобы обеспечить возвращение AD7893 в известное состояние в каждом цикле преобразования. Вследствие этого нужно следить, чтобы в момент прихода сп ада CONVST чтение из выходного регистра не происходило, так как в противном случае во время чтения выходной регистр сдвига будет сброшен, и считанные в микропроцессор данные будут неправильными.

Быстродействие AD7893 может быть увеличено, если считывать данные во время преобразования или во время приема сигнал а. Если данные считываются во время преобразования, то можно снизить интервал между отсчетами до 6 мкс (время преобразования) плюс 1.5 мкс. Этот минимальный интервал меж ду отсчетами, равный 7.5 мкс, достигается за счет некоторого ухудшения характеристик AD7893. Отношение S/(N+D) скорее всего ухудшится примерно на 1.5 дБ, а флуктуации выходного к ода

Рис.3. Временные диаграммы для оптимального режима работы AD7893

CONVST

 

 

t1

 

 

 

 

Операция считывания последовательного кода

 

 

600 íñ min

SCLK

 

 

tCONVERT

A1411Z01

 

Время

Сброс сдвигового регистра

преобразования

последовательного кода

Начало преобразования,

Конец

Операция считывания

УВХ переходит в режим

преобразования

должна заканчиваться

хранения

через 6 мкс

за 600 нс до начала

 

 

следующего преобразования

180

 

Публикуется с разрешения

 

 

фирмы Analog Devices

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

 

 

 

 

 

 

AD7893

 

 

 

 

Рис.4. Использование CONVST в качестве сигнала состояния (статусного)

 

 

 

 

CONVST

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCLK

 

 

 

 

 

 

600 íñ min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t CONVERT

 

 

 

 

A1411Z02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Начало преобразования,

 

Конец

Внутренняя

Операция

Операция считывания

 

 

 

 

УВХ переходит в режим

преобразования

подготовка

считывания

должна заканчиваться

 

 

 

 

хранения

 

 

микропроцессора последовательного

за 600 нс до начала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

êîäà

следующего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразования

 

(при постоянном входном сигнале) увеличатся (см.

В другом варианте на CONVST может подаваться обычный короткий

 

“Характеристики AD7893”).

 

 

 

 

импульс. Фронт CONVST может использоваться как сигнал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прерывания (инициируемого высоким уровнем или фронтом

 

Так как AD7893 выпускается в 8-выводных корпусах (чтобы

сигнала). Далее можно ввести программную задержку 6 мкс пре жде

 

максимально уменьшить площадь, занимаемую ИС на плате), то

чем считывать данные из AD7893.

 

число линий, остающихся для интерфейса, крайне ограничено .

 

 

 

 

Вследствие этого AD7893 не имеет сигнала статуса, сообщающего

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

 

о завершении преобразования. В большинстве случаев это не

Последовательный интерфей AD7893 состоит всего лишь из двух

 

приведет к затруднениям, так как данные могут быть считан ы из

линий: вход тактового сигнала (SCLK) и последовательный выход

 

AD7893 во время преобразования или после него. Однако если

данных (SDATA). Это позволяет построить несложный интерфейс с

 

необходимо достичь максимальной точности, то нужно следи ть,

большинством микроконтроллеров, сигнальных процессоров (DSP)

 

чтобы данные не считывались из AD7893 во время преобразования

и регистров сдвига.

 

 

или в течение 600 нс до фронта CONVST. Это можно сделать двумя

 

 

 

 

способами. Первый способ – программно следить за тем, чтоб ы

Íà Ðèñ. 5 приведена временная диаграмма операции чтения из

 

чтение не начиналось ранее чем через 6 мкс после фронта CONVST.

AD7893. На вход SCLK подается внешний тактовый сигнал для

 

Это возможно только в том случае, если программа знает, когда

последовательного интерфейса. По фронту этого тактового сигнала

 

выдается команда CONVST. Второй способ состоит в

AD7893 выводит на линию SDATA очередной разряд данных,

 

использовании сигнала CONVST как для старта преобразования,

правильное значение которого устанавливается к приходу

 

так и в качестве сигнала прерывания. В простейшей реализа ции

следующего спада SCLK. Чтобы полностью считать результат

1

этой схемы можно было бы подать на вход CONVST сигнал типа

преобразования, на AD7893 должны быть поданы 16 тактовых

меандра

ñ

полупериодами

CONVST = 0

è

CONVST = 1)

импульсов. AD7893 сначала выводит 4 нулевых бита, а затем 12 бит

длительностью по 6 мкс, см. Ðèñ. 4. Kак обычно, по фронту CONVST

результата преобразования, начиная с СЗР, т.е. со старшего бита

 

начинается преобразование. Через 6 мкс следует спад CONVST,

(DB11). По фронту последнего тактового импульса выводится

 

который можно использовать как сигнал прерывания (по низ кому

младший бит данных – МЗР (DB0). На 16-ом спаде SCLK линия

 

уровню или по спаду сигнала), сообщающий процессору, что можно

SDATA отключается (переводится в высокоимпедансное

 

считывать данные из AD7893. Если операция чтения будет

состояние). После того как был считан последний бит данных , на

 

завершена ранее чем за 600 нс до фронта CONVST то точность

входе SCLK должен быть установлен низкий уровень, который

 

преобразования будет соответствовать нормируемым парам етрам

должен удерживаться до следующей операции последовател ьного

 

AD7893.

 

 

 

 

 

 

 

чтения. Если после 16-го тактового импульса последуют други е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

импульсы, то AD7893 снова начнет выводить данные из выходного

 

Такая схема ограничивает минимальный интервал между отсч етами

регистра, а шина данных больше не будет отключена, даже когда

 

значением 12 мкс. Однако если учесть время реакции

тактовые импульсы прекратятся. Если тактовые импульсы SCLK

 

микропроцессора на сигнал прерывания и время, за которое

закончатся до прихода спада CONVST, то на этом спаде CONVST

 

процессор считывает данные, то может оказаться, что это ка к раз

выходной регистр сдвига будет сброшен, и AD7893 будет

 

будет минимальным интервалом, с которым может работать

продолжать работать корректно. Тем не менее, на входе SCLK

 

система. В любом случае, сигнал CONVST не обязательно должен

должен быть низкий уровень в момент переключения CONVST в 0,

 

иметь рабочий цикл 50:50 (т.е. длительности полупериода

чтобы выходной регистр сдвига был сброшен корректно.

 

CONVST = 1 и полупериода CONVST = 0 составляют по 50% от всего

 

 

 

 

периода). Рабочий цикл может быть изменен с целью повышени я

Тактовые импульсы SCLK не обязательно должны следовать

 

производительности AD7893 в данной системе.

 

 

 

непрерывно во время операции последовательного чтения. 16 бит

 

 

 

 

 

 

Рис.5. Операция чтения данных

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

SCLK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(âõîä)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t3

 

t4

t5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SDATA

3-е состояние

 

 

 

 

 

 

3-е состояние

 

 

(выход)

 

Четыре предварительных нуля

 

DB11

DB10

DB0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1411Z03

 

Публикуется с разрешения

 

 

 

 

 

 

181

 

фирмы Analog Devices

 

 

 

 

 

 

 

 

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7893

данных (4 начальных нуля и 12 бит результата преобразования) могут быть считаны из AD7893 двумя байтами. Однако между чтениями этих двух байтов на входе SCLK должен быть низкий уровень.

В обычном режиме выходной регистр обновляется в конце преобразования. Однако если в момент завершения преобразования идет чтение из выходного регистра, то обно вление выходного регистра будет отложено. В этом случае выходной регистр будет обновлен после завершения последовательн ого чтения. Если же чтение не будет завершено до прихода очере дного спада CONVST, то на этом спаде CONVST выходной регистр будет обновлен, а счетчик выходного регистра сдвига будет сброш ен. В тех случаях, когда чтение данных начинается, но не завершается до прихода спада CONVST, длительность импульса CONVST должна превышать 1.5 мкс, чтобы обеспечить корректное установлени е AD7893 к началу следующего преобразования. В тех случаях, когда обновление выходного регистра происходит в момент завер шения преобразования или в момент завершения чтения данных, и п ри этом интервал между обновлением выходного регистра и фро нтом CONVST превышает 1.5 мкс, импульс CONVST может иметь обычную длительность (50 нс (мин.)).

AD7893 подсчитывает фронты тактового сигнала SCLK чтобы знать, какой именно бит из выходного регистра должен быть выведе н на линию SDATA. Чтобы исключить возможность потери синхронизации, этот счетчик сбрасывается спадом CONVST при условии что SCLK = 0. Разработчик должен предусмотреть, чтобы CONVST не переключался в 0 в ходе операции последовательного чтения данных.

CОЕДИНЕНИЕ С МИKРОПРОЦЕССОРАМИ / МИKРОKОНТРОЛЛЕРАМИ

AD7893 имеет двухпроводной последовательный интерфейс, который может быть использован для подключения к последовательным портам сигнальных процессоров и микроконтроллеров. На Ðèñ. 6...9 приведены схемы подключения AD7893 к некоторым микроконтроллерам и сигнальным процессорам. На AD7893 должен подаваться внешний тактовый сигнал, поэтому во всех приведенных здесь схемах интерфей сов процессор/контроллер конфигурирован как ведущий (master), т.е. он задает тактовый сигнал для последовательной передачи данных, а AD7893 выступает как ведомый в системе (slave).

ИНТЕРФЕЙС AD7893 – 8051

Íà Ðèñ. 6 приведена схема интерфейса между AD7893 и микроконтроллером 8XC51. 8XC51 конфигурирован в Режим 0 – последовательного интерфейса. На рис.6 приведен простейши й вариант интерфейса, в котором AD7893 является единственным устройством, подключенным к последовательному порту 8XC51, поэтому не требуется никакого декодирования операций последовательного чтения. В этой схеме также нет никаких средств для отслеживания момента завершения преобразования в AD7893.

Рис.6. Интерфейс AD7893 – 8XC51.

8XC51

AD7893

P3.0 SDATA

P3.1 SCLK

A1411P03

Обе эти задачи могут быть решены путем небольших изменени й в схеме интерфейса. Если к последовательному порту 8XC51 подключены несколько устройств (более одного), то для выбо ра AD7893 можно использовать один из битов параллельного порта 8XC51, конфигурировав его как выходной, и используя его для стробирования тактового сигнала, подаваемого на AD7893. Это можно реализовать при помощи простой логической функции И над этим битом параллельного порта и тактовым сигналом, поступающим от 8XC51. Чтобы выбрать AD7893 этот бит должен быть равен 1, а когда AD7893 не выбирается, этот бит следует установить в 0.

Чтобы следить за моментом завершения преобразования в AD7893 , можно использовать схему с сигналом CONVST, которая была рассмотрена выше. Такая схема может быть реализована двумя способами. Первый способ – подключить сигнал CONVST к другому биту параллельного порта, который конфигурирован как вхо дной. Далее можно опрашивать этот бит чтобы определить момент завершения преобразования. Другой способ – система, реагирующая на прерывания; в этом случае сигнал CONVST должен быть подан на вход INT1 8XC51.

Максимальная частота последовательного тактового сигна ла, генерируемого 8XC51, намного ниже чем максимальная допустимая частота сигнала SCLK, с которой может работать AD7893. Поэтому длительность операции чтения данных из AD7893 будет на самом деле больше чем длительность преобразован ия. Это означает, что AD7893 не может работать с максимальным быстродействием при подключении к 8XC51.

ИНТЕРФЕЙС AD7893 – 68HC11

Íà Ðèñ. 7 приведена схема интерфейса между AD7893 и микроконтроллером 68HC11. В этой схеме используется порт SPI 68HC11. 68HC11 конфигурирован как ведущий в системе: его бит CPOL установлен в 0, а бит CPHA установлен в 1. Kак и в предыдущем примере, на рис.7 приведен простейший вариант интерфейса, в котором AD7893 является единственным устройством, подключенным к последовательному порту 68HC11, поэтому не требуется никакого декодирования операций последовательного чтения. В этой схеме также нет никаких средств для отслеживания момента завершения преобразования в AD7893.

Рис. 7. Интерфейс AD7893-68HC11

68HÑ11

AD7893

SCKSCK

SCLKSCLK

MISOMISO

SDATASDATA

 

A1411P04A1411P04

Kак и в предыдущем примере, обе эти задачи могут быть решены путем небольших изменений в схеме интерфейса. Если к последовательному порту 68HC11 подключены несколько устройств, то для выбора AD7893 можно использовать один из битов параллельного порта 68HC11, конфигурировав его как выходной, и используя его для стробирования тактового сиг нала, подаваемого на AD7893. Это можно реализовать при помощи простой логической функции И над этим битом параллельног о порта и тактовым сигналом, поступающим от 8XC51. Чтобы выбрать AD7893 этот бит должен быть равен 1, а когда AD7893 не выбирается, этот бит следует установить в 0.

Чтобы следить за моментом завершения преобразования в AD7893 , можно использовать схему с сигналом CONVST которая была

182

Публикуется с разрешения

 

фирмы Analog Devices

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7893

рассмотрена в предыдущем примере. Такая схема может быть реализована двумя способами. Первый способ – подключить сигнал CONVST к другому биту параллельного порта, который конфигурирован как входной. Далее можно опрашивать этот б ит чтобы определить момент завершения преобразования. Друг ой способ – система, реагирующая на прерывания; в этом случае сигнал CONVST должен быть подан на вход IRQ 68HC11.

Максимальная частота последовательного тактового сигна ла, генерируемого 68HC11, намного ниже чем максимальная частота сигнала SCLK, с которой может работать AD7893. Поэтому длительность операции чтения данных из AD7893 будет на самом деле больше чем длительность преобразования. Это означае т, что AD7893 не может работать с максимальным быстродействием при подключении к 68HC11.

ИНТЕРФЕЙС AD7893 – ADSP-2105

Íà Ðèñ. 8 приведена схема интерфейса между AD7893 и сигнальным процессором ADSP-2105. В приведенной схеме выходной сигнал RFS1 последовательного порта SPORT1 ADSP2105 используется для стробирования тактового сигнала SCLK1, генерируемого ADSP–2105, прежде чем этот сигнал подается на вход SCLK AD7893. Для выхода RFS1 установлена конфигурация с активным высоким уровнем. Эта схема дает прерывающийся тактовый сигнал на входе SCLK AD7893, т.е. подает по 16 тактовых импульсов, а в паузах между передачами данных на входе SCLK AD7893 устанавливает низкий уровень. Выход SDATA AD7893 подключен ко входу DR1 последовательного порта ADSP–2105.

Рис.8. Интерфейс AD7893 – ADSP–2105.

ADSP-2105

AD7893

RFS1

&

SCLK

SCLK1

DR1 SDATA

A1411P05

Временное соотношение между выходными сигналами SCLK1 и RFS1 ADSP-2105 таково, что задержка от фронта SCLK1 до фронта RFS1 (для которого задан активный высокий уровень) может достигать 25 нс. Требуется также, чтобы данные были предустановлены не менее чем за 10 нс до спада SCLK1, чтобы они были правильно считаны в ADSP-2105. Время доступа к данным для AD7893 составляет 50 нс от переднего фронта импульса SCLK. Предполагая, что задержка распространения сигнала в логи ческом элементе И составляет 10 нс, получаем, что длительность полупериода с высоким уровнем сигнала SCLK1, генерируемого ADSP-2105, должна превышать (50 + 25 + 10 + 10) нс, т.е. ³ 95 нс. Это означает, что частота последовательного тактового сигнала в схеме Ðèñ. 8 ограничена значением 5.26 МГц.

Другой вариант – конфигурировать ADSP-2105 таким образом, чтобы он работал с внешним последовательным тактовым сигналом. В этом случае внешний прерывающийся тактовый си гнал (т.е. подаваемый группами по 16 импульсов) подается на входы последовательного тактового сигнала как ADSP-2105 (SCLK1), так и AD7893 (SCLK). В этой схеме частота последовательного тактового сигнала ограничивается процессором ADSP-2105 значением 5 МГц.

Чтобы следить за моментом завершения преобразования в AD7893 , можно использовать схему с сигналом CONVST аналогичную рассмотренным в предыдущих примерах. Такая схема может быть реализована путем прямого подключения линии CONVST ко входу IRQ2 ADSP-2105.

ИНТЕРФЕЙС AD7893 – DSP56000

Íà Ðèñ. 9 приведена схема интерфейса между AD7893 и сигнальным процессором DSP56000. В этой схеме DSP56000 конфигурирован для асинхронной работы в нормальном режи ме со стробированным тактовым сигналом; установлена также 16разрядная длина слова, SCK конфигурирован как выход, а SRD – как вход. В этом режиме DSP56000 генерирует 16 тактовых импульсов для операции последовательного чтения из AD7893. DSP56000 принимает правильные данные по первому спаду SCK, поэтому интерфейс состоит просто из двух линий как показано на Ðèñ. 9.

Рис.9. Интерфейс AD7893 – DSP56000.

DSP56000

AD7893

SRD SDATA

SCK SCLK

A1411P06

Чтобы следить за моментом завершения преобразования в AD7893 , можно использовать схему с сигналом CONVST аналогичную рассмотренным в предыдущих примерах. Такая схема может быть реализована путем прямого подключения линии CONVST ко входу IRQA DSP56000.

ХАРАKТЕРИСТИKИ AD7893

ЛИНЕЙНОСТЬ

Линейность AD7893 определяется внутренним 12-разрядным ЦАП. Это сегментированный ЦАП, который в ходе изготовления ИС калибруется при помощи лазера до 12-разрядной интегрально й и

дифференциальной линейности. Типовые значения интегральной 1 нелинейности AD7893 лежат в пределах ±1/4 МЗР, а типовая погрешность дифференциальной линейности составляет ±1/2 М ЗР.

ØÓÌ

Шум АЦП проявляется как неопределенность выходного кода при оцифровке постоянных входных сигналов и как некоторый ур овень собственных шумов (например, в БПФ) при оцифровке переменн ых сигналов. При оцифровке сигнала дискретизирующим АЦП – AD7893 или аналогичным ему АЦП – вся информация об аналоговом входном сигнале содержится в полосе частот от 0 Гц до половины частоты дискретизации fS. Входная полоса частот устройства выборки-хранения превышает частоту Найквиста, следовате льно, следует использовать предварительные фильтры (НЧ–фильтры для устранения эффектов наложения краев спектра входного аналогового сигнала при его дискретизации), чтобы устран ить нежелательные компоненты входного сигнала на частотах в ыше fS/2, если такие компоненты присутствуют.

Íà Ðèñ. 10 приведена гистограмма результатов 8192 преобразований постоянного входного сигнала, выполненн ых AD7893. Входное напряжение было установлено в центре кода (т.е. точно посередине между двумя уровнями, соответствующими двум соседним переключениям кода). Управляющие сигналы соответствовали Ðèñ. 3 – в этом случае AD7893 работает в оптимальном режиме, с максимальной точностью. Видно, что п очти все преобразования дают один и тот же код, что говорит об оч ень хороших шумовых рактеристиках АЦП. Для AD7893-2 среднеквадратическое значение шума, соответствующее эт ой гистограмме, равно 87 мкВ. Так как для AD7893-10 ширина входного диапазона, а следовательно и величина МЗР, в 8 раз больше чем для AD7893-2, то то же самое распределение выходных кодов в

Публикуется с разрешения

183

фирмы Analog Devices

 

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7893

случае AD7893–10 соответствует среднеквадратическому значению выходного шума 700 мкВ.

Рис.10. Гистограмма результатов 8192 преобразований входного напряжения постоянного уровня.

Частота появления кода

9000 fS = 102.4 êÃö

8000 TA = +25°C

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0 4) (Õ3) (Õ2) (Õ1) Õ (Õ+1) (Õ+2) (Õ+3) (Õ+4)

Êîä

A1411G01

 

Íà Ðèñ. 11 приведены аналогичные данные, только в этом случае чтение выходных данных из AD7893 происходило во время преобразования. Такое чтение вносит дополнительный шум в аналоговую часть AD7893, который проявляется в моменты сравнений, тем самым увеличивя шум, вносимый AD7893. Гистограмма результатов 8192 преобразований того же самого постоянного входного сигнала теперь свидетельствует о г ораздо большем разбросе кодов, при этом среднеквадратичное знач ение шума AD7893-2 увеличилось до 210 мкВ. Этот эффект будет зависеть от того, как расположены фронты и спады тактовог о сигнала относительно моментов сравнения в ходе преобраз ования. При чтении во время преобразования теоретически можно до стичь того же самого уровня точности, что и при чтении после преобразования, если фронты тактового сигнала SCLK будут “хорошо” расположены относительно моментов сравнения .

Рис.11. Гистограмма результатов 8192 преобразований входного напряжения постоянного уровня с чтением данных из AD7893 во время преобразования.

Частота появления кода

7500

7000

fS = 102.4 êÃö

6500

TA = +25°C

6000

5500

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 4) (Õ3) (Õ2) (Õ1) Õ (Õ+1) (Õ+2) (Õ+3) (Õ+4)

Êîä

A1411G02

 

ДИНАМИЧЕСKИЕ ХАРАKТЕРИСТИKИ

Имея суммарное время преобразования и выборки сигнала 7.5 м кс, AD7893 идеально подходит для обработки широкополосных сигналов. Для таких применений требуется информация о вли янии АЦП на спектральный состав входного сигнала. Среди характеристик AD7893 приведены такие параметры как отношение

сигнал/(шум+искажение), суммарный коэффициент гармоник, максимальная гармоника или паразитный шум, а также уровен ь интермодуляционных искажений. На Ðèñ. 12 приведен типовой график результата БПФ преобразования входной синусоиды с частотой 10 кГц и размахом от 0 В до +2.5 В, выполненной AD7893- 2 с частотой дискретизации 102.4 кГц. Здесь S/(N+D) = 71.5 дБ, THD = –83 дБ.

Рис.12. График БПФ синусоиды, преобразованной AD7893-2

0

30

60

90

120

160

0 25.6 51.2

f, êÃö

A1411O01

 

ЭФФЕKТИВНОЕ KОЛИЧЕСТВО РАЗРЯДОВ

Формула для S/(N+D) выражает это отношение через разрешение (т.е. число разрядов) АЦП. Если переписать эту формулу как показано ниже, то мы получим характеристику точности АЦП, называемую эффективным количеством разрядов (N):

N = (SNR – 1.76)/6.02

где SNR – отношение сигнал/(шум+искажения).

Эффективное количество разрядов АЦП может быть вычислен о по измеренному значению SNR. На Ðèñ. 13 приведена типовая зависимость эффективного количества разрядов от частот ы входного сигнала в диапазоне от 0 Гц до fS/2 = 51.2 кГц для AD7893-2. Частота дискретизации равна 102.4 кГц. Из графика видно, что AD7893 преобразует входную синусоиду, частота которой равна 51.2 кГц, с эффективным количеством разрядов равным11, что соответствует значению SNR = 68 дБ.

Рис.13. Зависимость эффективного количества разрядов от частоты входного сигнала

Количество эффективных разрядов

12.0

11.5

11.0

10.5

10.0

0 25.6 51.2

f, êÃö

A1411G03

 

184

Публикуется с разрешения

 

фирмы Analog Devices

ANALOG DEVICES

AD7896

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

ÑВРЕМЕНЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 8 мкс

ÈПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВЫХОДОМ

ОСОБЕННОСТИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Частота дискретизации

äî 100 êÃö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

. . . . . . . . . . .ω Питание от одного источника с напряжением

...2.7

5.5 Â

 

 

 

 

AD7896

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Простой быстродействующий последовательный интерфейс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Встроенное устройство выборки-хранения (УВХ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Входной диапазон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0. . ...

VDD Â

VIN

 

1

 

 

 

ÓÂÕ

 

 

 

 

 

12 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗРЯДНЫЙ

 

 

 

 

ω Высокий входной импеданс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÀÖÏ

 

 

 

 

 

 

ω Низкая потребляемая мощность

около 9 мВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Отсутствие пропущенных кодов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫХОДНОЙ

 

 

 

 

ω 8-выводные корпуса

 

 

 

CONVST

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕГИСТР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

6

 

8

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1412B01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AD7896 — это быстродействующий 12-разрядный АЦП,

 

 

 

 

AGND DGND BUSY

SCLK SDATA

 

...работающий от одного источника питания +2.7 +5.5 В.

AD7896 выпускается в малогабаритных 8-выводных пластмассовых

Выпускается в малогабаритных 8-выводных корпусах типа мин и-DIP

и SOIC. ИС содержит собственно АЦП с временем преобразования

и керамических корпусах типа мини-DIP шириной 0.3 дюйма и в 8-

8 мкс, действующий по методу последовательного приближени я, а

выводных корпусах типа SOIC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

также устройство выборки-хранения, тактовый генератор и быстродействующий последовательный интерфейс.

Выходные данные AD7896 выводятся через быстродействующий последовательный интерфейс (порт). Этот двухпроводной интерфейс имеет вход предназначенного для последовател ьной передачи данных, тактового сигнала и выход последователь ных данных. Данные выводятся из ИС внешним последовательным тактовым сигналом.

В характеристиках AD7896 помимо обычных параметров статической точности, таких как линейность и погрешности полной шкалы и смещения, указаны также динамические характерист ики, в том числе суммарный коэффициент гармоник (THD) и отношение сигнал/(шум+искажения) (S/(N+D)).

AD7896 имеет аналоговый входной диапазон 0...VDD В и работает от одного источника питания с напряжением от +2.7...+5.5 В; энергопотребление составляет как правило всего лишь 9 мВт. Напряжение VDD используется также и в качестве опорного напряжения для ИС, так что отдельного внешнего источника опорного напряжения не требуется.

AD7896 может работать в двух режимах: в режиме дискретизации с значительной частотой отсчетов или в режиме с автоматиче ским снижением энергопотребления (дежурный), который предназ начен для маломощных схем, в котором ИС по завершении преобразования автоматически снижает потребляемую мощн ость и ”просыпается” перед следующим циклом преобразования.

РЕЗЮМЕ

1.Законченная схема 12-разрядного АЦП. AD7896 содержит АЦП с временем преобразования 8 мкс, устройство выборки-хранени я, управляющую логику и быстродействующий последовательны й интерфейс — все это находится в 8-выводном корпусе типа DIP

или SOIC. Напряжение VDD используется также и в качестве опорного напряжения для АЦП, так что внешнего источника

опорного напряжения не требуется. Это позволяет значител ьно сократить площадь, занимаемую (и необходимыми для его работы компонентами) на плате по сравнению с другими моделями АЦП.

2.Однополярное питание и низкое энергопотребление. AD7896 работает от одного источника питания напряжением от 2.7...5.5 В; энергопотребление составляет как правило около 9 мВт. Режим с автоматическим снижением энергопотребления, в котором ИС по завершении преобразования автоматически перходит в дежурный режим а затем ”просыпается” перед следующим циклом преобразования, делает AD7896 идеально пригодным для переносных устройств и других схем с батарейным питанием.

3.Быстродействующий последовательный интерфейс. AD7896 имеет простой и удобный в работе двухпроводной последовательный интерфейс, состоящий из входной линии тактового сигнала и выходной линии последовательных дан ных.

ЦОКОЛЕВКА КОРПУСОВ

Аналоговый вход

VIN

Напряжение питания

VDD

Аналоговая земля AGND

Вход тактового сигнала

SCLK

 

вид сверху

 

 

1

 

AD7896

8

BUSY

Выход сигнала состояния

2

 

7

CONVST

Запуск (старт преобразования)

 

 

3

 

 

6

DGND

Цифровая земля

4

 

 

5

SDATA

Выход последовательного кода

 

 

 

 

 

 

 

 

A1412C01

 

 

 

186

Публикуется с разрешения

 

фирмы Analog Devices

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

 

 

 

 

 

 

AD7896

 

ЭЛЕKТРИЧЕСKИЕ ПАРАМЕТРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ïðè VDD= 2.7...5.5 В, AGND = DGND = 0 В, REF IN = +2.5 В, рабочий диапазон температур, если не ука зано иначе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÏАРАМЕТРЫ

 

Версия A1

 

Версия B

Версия S

Единица

Режим измерения/Примечания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измерения

 

 

 

 

 

 

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ2

 

 

 

 

Отношение

ïðè +25°Ñ

 

70

 

70

70

äÁ (ìèí.)

fIN = 10 кГц (синусоида), fSAMPLE = 100 êÃö

 

 

Сигнал/(Шум+Искажения)3

Ò(ìèí.)...Ò(ìàêñ.)

 

 

 

70

 

äÁ (ìèí.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарный коэффициент гармоник3 (THD)

–80

 

–80

–80

äÁ (ìàêñ.)

fIN = 10 кГц (синусоида), fSAMPLE = 100 êÃö

 

 

Максимальная гармоника или паразитный шум

–80

 

–80

–80

äÁ (ìàêñ.)

fIN = 10 кГц (синусоида), fSAMPLE = 100 êÃö

 

 

Интермодуляционные искажения3

Члены 2-го порядка

–80

 

–80

–80

äÁ (ìàêñ.)

fa = 9 êÃö, fb = 9.5 êÃö, fSAMPLE = 100 êÃö

 

 

(IMD)

Члены 3-го порядка

–80

 

–80

–80

äÁ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТАТИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разрешение

 

 

12

 

12

12

Разряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нелинейность3

 

 

±1

 

±1/2

±1

ÌÇÐ (ìàêñ.)

 

 

 

Дифференциальная нелинейность3

 

 

±1

 

±1

±1

ÌÇÐ (ìàêñ.)

 

 

 

Погрешность конца шкалы3

 

 

±3

 

±1.5

±3

ÌÇÐ (ìàêñ.)

 

 

 

Погрешность униполярного смещения

±4

 

±4

±4

ÌÇÐ (ìàêñ.)

VDD = 5 Â ± 10%

 

 

±4

 

±3

±4

ÌÇÐ (ìàêñ.)

VDD = 2.7 Â äî 3.6 Â

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АНАЛОГОВЫЙ ВХОД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диапазон входных напряжений

 

 

0...+VDD

 

0...+VDD

0...+VDD

Â

 

 

 

Входной ток

 

 

±2

 

±2

±5

ìêÀ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛОГИЧЕСКИЕ ВХОДЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение, соответствующее логической ”1”, VINH

2.0

 

2.0

2.0

 (ìèí.)

VDD = 2.7 Â...3.6 Â

 

 

2.4

 

2.4

2.4

 (ìèí.)

VDD = 5 Â ± 10%

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение, соответствующее логическому ”0”, VINL

0.8

 

0.8

0.8

 (ìàêñ.)

 

 

 

Входной ток, IIN

 

 

±10

 

±10

±10

ìêÀ (ìàêñ.)

VIN = 0 Â... VDD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Входная емкость4, CIN

 

 

10

 

10

10

ïÔ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛОГИЧЕСКИЕ ВЫХОДЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение логической ”1” на выходе, VOH

2.4

 

2.4

2.4

 (ìèí.)

ISOURCE = 2 ìÀ

 

 

 

Напряжение логического ”0” на выходе, VOL

0.4

 

0.4

0.4

 (ìàêñ.)

ISINK = 2 ìÀ

 

1

Kодирование выходных данных

 

 

прямой двоичный код

 

 

 

 

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время преобразования:

В режиме 1

 

8

 

8

8.5

ìêñ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В режиме 25

 

14

 

14

14.5

ìêñ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время выборки УВХ3

 

 

1.5

 

1.5

1.5

ìêñ (ìàêñ.)

 

 

 

 

 

 

 

ПИТАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDD

 

 

+2.7/+5.5

 

+2.7/+5.5

+2.7/+5.5

 (ìèí.)/(ìàêñ.)

 

 

 

IDD

 

 

4

 

4

4

ìÀ (ìàêñ.)

Цифровые входы = DGND, VDD = 2.7 Â...3.6 Â

 

 

 

 

5

 

5

5

ìÀ (ìàêñ.)

Цифровые входы = DGND, VDD = 5 Â ± 10%

 

 

Потребляемая мощность

 

 

10.8

 

10.8

10.8

ìÂò

VDD = 2.7 В, Типовое значение 9 мВт

 

 

Дежурный режим (с пониженным энергопотреблением)

 

 

 

 

 

Цифровые входы = DGND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΙDD ïðè ÒÀ = +25°Ñ

 

 

5

 

5

5

ìêÀ (ìàêñ.)

VDD = 2.7 Â...3.6Â

 

 

ΙDD ïðè ÒÀ = Ò(ìèí.)...Ò(ìàêñ.)

 

 

15

 

15

75

ìêÀ (ìàêñ.)

VDD = 2.7 Â...3.6 Â

 

 

ΙDD ïðè ÒÀ = +25°Ñ

 

 

50

 

50

50

ìêÀ (ìàêñ.)

VDD = 5 Â ± 10%

 

 

ΙDD ïðè ÒÀ = Ò(ìèí.)...Ò(ìàêñ.)

 

 

150

 

150

500

ìêÀ (ìàêñ.)

VDD = 5 Â ± 10%

 

 

ΙDD ïðè ÒÀ = +25°Ñ

 

 

13.5

 

13.5

13.5

ìêÂò (ìàêñ.)

VDD = 2.7 Â

 

 

Примечания

1. Температурные диапазоны для различных модификаций: A, B: –40...+85° C; S: –55...+125°C. 2. При работе в режиме 1. См. описание режимов работы.

3. См. ”Термины и определения”.

4. Выборочное тестирование при +25°С для обеспечения соответ ствия.

5. Эти 14 мкс включают время восстановления из дежурного реж има. Это время восстановления отсчитывается от переднего фронта сигнала CONVST, тогда как преобразование инициируется по спаду CONVST (подробнее см. соответствующую часть описания). Для коротк их импульсовCONVST эффективное время преобразования равно сумме времени восстановления и соб ственно времени преобразования, что дает 14 мкс. СмÐèñ. . 3. Отметим, что если длительность импульса CONVST превышает 6 мкс, то эффективное время преобразования буде т больше 14 мкс.

fSAMPLE (fS) — частота дискретизации

ΙSOURCE — вытекающий ток ΙSINK — втекающий ток

Публикуется с разрешения

187

фирмы Analog Devices

 

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7896

ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ1

ïðè VDD = 2.7...5.5 Â, AGND = DGND = 0 Â, REF IN = +2.5 Â

Параметр

Версии А,В

Версия S

Единицы измерения

Режим измерения/Примечания

 

t1

40

40

íñ (ìèí.)

Длительность импульса CONVST

 

t2

402

452

íñ (ìèí.)

Длительность полупериода SCLK = ”1”

 

t3

402

452

íñ (ìèí.)

Длительность полупериода SCLK = ”0”

 

t4

 

 

 

Время доступа к данным (Задержка относительно спада SCLK до у становления на выходной линии

 

 

 

 

правильного значения очередного бита)

 

 

 

 

 

 

 

603

703

íñ (ìàêñ.)

VDD = 5 Â ±10%

 

 

1003

1103

íñ (ìàêñ.)

VDD = 2.7 Â...3.6 Â

 

t5

10

10

íñ (ìèí.)

Время удержания предыдущего бита данных на выходной лини и после спада SCLK

 

 

 

 

 

 

 

t6

504

504

íñ (ìàêñ.)

Задержка отключения выходной линии после последнего спа да SCLK

 

Примечания:

1.Выборочное тестирование при +25 С для обеспечения соответ ствия. Все входные сигналы имеют длительности фронтов и с падов tr tf= = 1 нс (по пересечению уровней 10% и 90% от VDD), а их временная привязка осуществляется по моменту перес ечения уровня +1.4 В.

2.Максимальная частота сигнала SCLK равна 10 МГц. При организации интерфейса следует учитывать время дос тупа к данным (t) и время предустановки, необходимое для устройства, считывающего данные из AD7896. Эти два времени будут определять максимальную возможную для 4конкретной системы частоту SCLK. Подробнее см. пункт ”Последовательный интерфейс”.

3.Измеряется с нагрузочной схемой Ðèñ. 1 и определяется как время до пересечения выходным сигнало м уровня 0.8 В или 2.0 В.

4.Выводится из измеренного времени, за которое напряжение на выходной линии изменяется на 0.5 В при нагрузке по схемеÐèñ. 1. Измеренное время

экстраполируется, чтобы устранить эффекты заряда или раз ряда конденсатора 50 пФ. Это означает, что время t6, приведенное во временных спецификациях, является истинным временем отключения выходной линии AD7896, и как таковое не зависит от емкости внешней нагрузки на ли нии.

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ*

TA = +25°С, если не указано иначе

VDD...AGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

–0.3

...+7 Â

VDD...DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

–0.3...

+7 Â

Напряжение на аналоговом входе

 

 

 

 

относительно AGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

–0.3...

(VDD +0.3) Â

Напряжение на логических входах

 

 

 

 

относительно DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

–0.3...

(VDD +0.3) Â

Напряжение на логических выходах

 

 

 

 

относительно DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

–0.3...

VDD +0.3 Â

Рабочий диапазон температур

 

 

 

 

Kоммерческий (модификации A, B) . . . . . . . . . . .

. . . .

–40

...

+85°Ñ

Расширенный (модификация S) . . . . . . . . . . . . . .

. . . –55...

+125°Ñ

Температура хранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . –65...

+150°Ñ

Температура перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . .

+150°Ñ

Пластмассовый корпус DIP:

 

 

 

 

Рассеиваемая мощность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . 450 ìÂò

Тепловое сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. +125°Ñ/Âò

Тепловое сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . +50°Ñ/Âò

Температура вывода (пайка, 10 с) . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . .

+260°Ñ

Kорпус SOIC:

 

 

 

 

Рассеиваемая мощность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . 450 ìÂò

Тепловое сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

.+160°Ñ/Âò

Тепловое сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. .+75°Ñ/Âò

Температура вывода:

 

 

 

 

при пайке в паровой фазе (60 с) . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . .

+215°Ñ

инфракрасная пайка (15 с) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . .

+220°Ñ

Устойчивость к электростатическим разрядам . . .

. . . . .

. . >4000 Â

*При превышении или длительном воздействии этих абсолютн ых максимальных значений ИС может быть повреждена. Не подраз умевается правильная работа ИС при этих значениях, как и при любых др угих значениях, превышающих номинальные.

Рис.1. Нагрузочная схема для измерений времени доступа к данным и времени отключения выходной линии

2.0 ìÀ

К выходу

+ 1.6 Â

ÈÌÑ

 

50 ïÔ

2.0 ìÀ

ОПИСАНИЕ ВЫВОДОВ

Вывод

Мнемоник

 

Описание

 

 

 

 

 

1

VIN

Аналоговый вход. Диапазон входных напряжений — 0...VDD.

2

VDD

Положительное питание, +2.7...5.5 В.

 

 

3

AGND

”Аналоговая” земля. Земля для УВХ, компаратора и ЦАП.

 

 

 

 

 

Вход тактового сигнала. Чтобы вывести результат

 

 

преобразования из AD7896 на этот вход подается внешний

 

 

тактовый сигнал. Биты данных выводятся по спадам этого

 

 

тактового сигнала. Гарантируется, что в течение 10 нс после

4

SCLK

спада этого сигнала на выходной линии остается правильно е

 

 

значение предыдущего бита данных, так что данные могут

 

 

считываться по спадам, если частота используемого SCLK

 

 

слишком велика. По окончании передачи слова данных, на вхо де

 

 

SCLK должен быть установлен ”0”.

 

 

 

 

 

 

 

Выход последовательных данных. По этой линии из AD7896

 

 

выводятся

последовательные

данные

(результат

 

 

преобразования). Последовательные биты данных выводятся по

 

 

спадам SCLK, но можно также и считывать данные на спадах

 

 

SCLK. Это возможно вследствие того, что на выходной линии в

 

 

течение определенного времени после спада SCLK (t5 — время

 

 

удержания данных) сохраняется правильное значение бита N

5

SDATA

которое может быть считано, прежде, чем через определенно е

время (t4 — время доступа к данным) после этого же спада SCLK

 

 

 

 

установится правильное значение бита N+1 (см. Ðèñ. 4).

 

 

Выводятся 16 бит последовательных данных — четыре

 

 

подготовительных нуля, за которыми следуют 12 бит результа та

 

 

преобразования. После 16-го спада SCLK сигнал на линии SDATA

 

 

удерживается в течение определенного времени, после чего

 

 

линия SDATA отключается (переводится в высокоимпедансное

 

 

состояние). Kодирование выходных данных — прямое двоичное .

6

DGND

Цифровая земля — земля цифровой части ИС.

 

 

 

 

 

 

Старт преобразования. Логический вход, синхронизованный по

 

 

фронтам. На спаде этого сигнала УВХ переходит в режим

7

CONVST

хранения и инициируется преобразование. Если в конце

преобразования CONVST = ”0”, то AD7896 переходит в режим с

 

 

пониженным энергопотреблением. В этом случае обратный

 

 

переход в нормальный режим инициируется фронтом CONVST.

 

 

 

 

 

”Занято”. Выходной сигнал BUSY указывает на то, что AD7896

8

BUSY

выполняет преобразование. BUSY переходит в ”1” по спаду

 

 

CONVST, а обратно в ”0” — когда преобразование завершено.

A1412P01

188

Публикуется с разрешения

 

фирмы Analog Devices

12-РАЗРЯДНЫЙ АЦП

AD7896

ТИПОНОМИНАЛЫ

Модель

Температурный

Нелинейность

SNR

Kорпус*

диапазон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AD7896AN

–40°C...+85°C

±1 ÌÇÐ

70 äÁ

N-8

 

 

 

 

 

AD7896BN

–40°C...+85°C

±1/2 ÌÇÐ

70 äÁ

N-8

 

 

 

 

 

AD7896AR

–40°C...+85°C

±1 ÌÇÐ

70 äÁ

SO-8

 

 

 

 

 

AD7896BR

–40°C...+85°C

±1/2 ÌÇÐ

70 äÁ

SO-8

 

 

 

 

 

AD7896SQ

–55°C...+125°C

±1 ÌÇÐ

70 äÁ

Q-8

 

 

 

 

 

*– N — пластмассовый DIP-корпус; Q — керамический DIP-корпус; SO — корпус типа SOIC

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО АРХИТЕKТУРЕ AD7896

Таблица I. Идеальная передаточная функция AD7896

Напряжение на аналоговом входе1

 

Смена кода

 

 

 

 

 

 

 

+FSR – 1

ÌÇÐ2 (3.299194

Â)

111...

110 íà 111...

111

 

 

 

 

 

+FSR – 2

ÌÇÐ (3.298389 Â)

111...

101 íà 111...

110

 

 

 

 

+FSR/2 – 3 ÌÇÐ (3.297583 Â)

111...

100 íà 111...

101

 

 

 

 

 

AGND + 3 ÌÇÐ (0.002417

Â)

000...

010 íà 000...

011

 

 

 

 

 

AGND + 2 ÌÇÐ (0.001611

Â)

000...

001 íà 000...

010

 

 

 

 

 

AGND + 1 ÌÇÐ (0.000806

Â)

000...

000 íà 000...

001

 

 

 

 

 

 

1.FSR — размах полной шкалы, составляет 3.3 В при VDD = 3.3 Â

2.ÌÇÐ = FSR/4096 = 0.81 ìÂ, ïðè VDD = 3.3 Â

УСТРОЙСТВО ВЫБОРKИ-ХРАНЕНИЯ (УВХ)

AD7896 — это быстродействующий 12-разрядный АЦП,

УВХ, установленное на входе AD7896, позволяет АЦП

 

работающий от одного

источника

питания напряжением

преобразовывать входную синусоиду с амплитудой, равной п олной

 

+2.7...+5.5 В. На одном кристалле расположены устройство

шкале, с точностью до 12 разрядов. Входная полоса частот УВХ

 

выборки-хранения, собственно АЦП и логика последовательн ого

превышает частоту Найквиста АЦП, даже когда АЦП работает с

 

интерфейса. АЦП AD7896 построен по обычной схеме

максимальной частотой дискретизации 100 кГц (т.е. УВХ может

 

последовательных приближений на основе R-2R матрицы.

принимать сигналы с частотами выше 50 кГц).

 

Внутреннее опорное напряжение AD7896 получается из

УВХ принимает входной сигнал с точностью 12 разрядов менее чем

 

напряжения VDD, что позволяет ИС работать с аналоговыми

 

напряжениями в диапазоне 0 В...VDD. AD7896 имеет два рабочих

за 1.5 мкс. УВХ фактически ”невидимо” для разработчика. Kогда

 

режима — режим дискретизации (1) и режим с автоматическим

AD7896 работает в режиме дискретизации (режим 1) УВХ переходит

 

отключением (2), в котором ИС автоматически снижает

из режима выборки в режим хранения в момент запуска

 

энергопотребление по завершении преобразования. Эти реж имы

преобразования (т.е. по фронту CONVST). Апертурная задержка УВХ

 

подробно рассматриваются в пункте ”Тактирование и управление”.

(т.е. время от спада внешнего сигнала CONVST до момента, когда

 

Серьезным преимуществом AD7896 является то, что ИС со всем

УВХ фактически переходит в режим хранения) составляет, как

 

правило, 15 нс. В конце преобразования (на спаде выходного

 

этим набором функций реализована в 8-выводном корпусе тип а

сигнала BUSY) ИС переходит в режим выборки. С этого момента

 

мини-DIP или SOIC. Это дает разработчику значительную экономию

начинается отсчет интервала приема сигнала в УВХ. В режим е с

 

места по сравнению с другими моделями АЦП. Потребляемая

автоматическим снижением энергопотребления (режим 2) фро нт

 

AD7896 мощность составляет как правило лишь 9 мВт, что делает

CONVST ”возвращает” AD7896 в нормальное состояние, и через

 

AD7896 идеально подходящим для систем с батарейным питанием.

6 мкс после этого фронта CONVST (при условии что длительность

1

Преобразование запускается импульсом на входе CONVST. По

импульса CONVST=”1” не превышает 6 мкс) УВХ переходит из

режима выборки в режим хранения. Kак и ранее, AD7896

фронту CONVST внутреннее УВХ переходит из режима выборки в

возвращается в режим выборки по завершении преобразован ия,

 

режим

хранения

è

 

запускается

последовательность

 

 

когда BUSY переходит в ”0”.

 

преобразования. Тактовый сигнал для управления ходом

 

 

 

преобразования генерируется внутренним тактовым генера тором,

ТАKТИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

 

откалиброванным при помощи лазера в процессе изготовлен ия.

 

 

Время преобразования для AD7896 равно 8 мкс в режиме 1 (14 мкс

Íà Ðèñ. 2 приведены временные диаграммы управляющих

 

в режиме 2), а время выборки сигнала устройством выборки-

 

сигналов, обеспечивающих оптимальные характеристики AD7896.

 

хранения составляет 1.5 мкс. Чтобы точность преобразования была

 

В приведенной последовательности преобразование иниции руется

 

максимальной, чтение из ИС не должно происходить во время

фронтом CONVST, а новые данные, полученные в ходе этого

 

преобразования или во время интервала 400 нс перед следующи м

преобразования, помещаются в выходной регистр AD7896 спустя

 

преобразованием. Это позволяет ИС работать с частотой отс четов

8 мкс. После завершения операции чтения следует ввести заде ржку

 

до 100 кГц, укладываясь в приведенные в характеристиках значения

400 нс до следующего фронта CONVST, чтобы не вносить помех в

 

(см. пункт ”Тактирование и управление”).

 

 

 

 

 

процесс установления УВХ непосредственно перед началом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следующего преобразования. Kогда последовательный тактовый

 

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

 

 

 

 

сигнал имеет максимально возможную частоту — 10 МГц (при

 

 

 

 

 

питании +5 В), то ИС может работать с минимальным интервалом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

между отсчетами, равным 8 мкс (время преобразования) плюс

 

АНАЛОГОВЫЙ ВХОД

 

 

 

 

 

1.6 мкс (время чтения) плюс 0.4 мкс (задержка для точного

 

 

 

 

 

 

установления сигнала). В сумме это дает минимальный интер вал

 

AD7896 имеет аналоговый входной диапазон 0...VDD В. Сигнал со

 

между отсчетами 10 мкс (что эквивалентно частоте отсчетов 1 00

 

входа VIN подается непосредственно на вход УВХ. Это позволяет

 

кГц). Можно использовать тактовый сигнал SCLK с частотой меньше

 

подключить аналоговый вход от источника сигнала с высоки м

 

выходным

импедансом до

1 кОм. При этом обеспечивается

10 МГц, но при этом минимальный интервал между отсчетами

 

увеличится.

 

установление внутренних сигналов AD7896 с точностью 12

 

 

 

разрядов за время выборки сигнала 1.5 мкс. Это ”мягкий” вход без

Для операции чтения необходимо 16 тактовых импульсов SCLK,

 

реактивных токов заряда. Переключения кода в идеале должн ы

 

происходить при входных напряжениях, равных величинам кр атным

которые выводят данные из выходного регистра сдвига AD7896.

 

1 МЗР (т.е. 1 МЗР, 2 МЗР, 3 МЗР,..., FS — 1 МЗР). Результат

После 16-и тактовых импульсов этот регистр сдвига сбрасыва ется и

 

 

 

кодируется в прямом двоичном коде; 1 МЗР = FS / 4096 = 3.3 В /

линия SDATA переводится в высокоимпедансное состояние. Если

после 16-го тактового импульса на вход SCLK будут поступать

4096 = 0.81 мВ. Идеальная передаточная функция АПЦ приведена в

очередные импульсы, то содержимое регистра сдвига будет

Òàáë.I.

 

Публикуется с разрешения

189

фирмы Analog Devices