всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа
.pdf
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
|
|
|
AD677 |
|||||||||
ЭЛЕKТРИЧЕСKИЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО СИГНАЛА |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
Параметр |
|
|
|
AD677J/A |
|
|
|
|
AD667K/B |
|
Единицы |
||
|
|
|
Ìèí. |
|
Òèï. |
|
Ìàêñ. |
|
|
Ìèí. |
Òèï. |
Ìàêñ. |
измерения |
|
|
|
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Версии J, K |
|
0 |
|
— |
|
+70 |
|
|
0 |
— |
+70 |
°C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Версии A, B |
|
–40 |
|
— |
|
+85 |
|
|
–40 |
— |
+85 |
°C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТОЧНОСТЬ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Разрешение |
|
|
16 |
|
— |
|
— |
|
16 |
— |
— |
Разряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ 83 kSPS, TMIN...TMAX |
— |
|
±1 |
|
— |
|
— |
±1 |
±1.5 |
ÌÇÐ |
|
Интегральная нелинейность (INL) |
|
@ 100 kSPS, +25°C |
— |
|
±1 |
|
— |
|
— |
±1 |
±1.5 |
ÌÇÐ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ 100 kSPS, TMIN...TMAX |
— |
|
±2 |
|
— |
|
— |
±2 |
— |
ÌÇÐ |
|
Дифференциальная нелинейность (DNL) |
|
|
16 |
|
|
|
|
16 |
|
|
Разряд |
||
– нет пропущенных кодов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Биполярная погрешность нуля2 |
|
— |
|
±2 |
|
±4 |
|
|
— |
±1 |
±3 |
ÌÇÐ |
|
Погрешности на положительном, |
|
@ 83 kSPS |
— |
|
±2 |
|
±4 |
|
|
— |
±1 |
±3 |
ÌÇÐ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ 100 kSPS, +25°C |
— |
|
±2 |
|
±4 |
|
|
— |
±1 |
±3 |
ÌÇÐ |
|
отрицательном концах шкалы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ 100 kSPS |
— |
|
±4 |
|
— |
|
— |
±4 |
— |
ÌÇÐ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДРЕЙФ3 |
|
|
|
|
|
|
||||
Биполярный ноль |
|
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Положительный конец шкалы |
|
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Отрицательный конец шкалы |
|
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон опорных напряжений4 |
|
5 |
|
— |
|
10 |
|
|
5 |
— |
10 |
 |
|
|
|
|
|
АНАЛОГОВЫЙ ВХОД5 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Входной диапазон (VIN) |
|
— |
|
— |
|
±VREF |
|
— |
— |
±VREF |
 |
||
Входное сопротивление |
|
|
— |
|
X5 |
|
— |
|
— |
X5 |
— |
|
|
Время установки входа |
|
— |
|
2 |
|
— |
|
— |
2 |
— |
ìêñ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Входная емкость во время выборки |
— |
|
— |
|
505 |
|
|
— |
— |
505 |
ïÔ |
||
Апертурная задержка |
|
— |
|
6 |
|
— |
|
— |
6 |
— |
íñ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Апертурная неопределенность (неопределенность момента |
— |
|
100 |
|
— |
|
— |
100 |
— |
ïñ |
|||
выборки) |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПИТАНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режекция по напряжению |
|
VCC = +12 Â ± 5% |
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
|
|
VEE = –12 Â ± 5% |
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
||
6 |
|
|
|
|
|||||||||
питания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VDD = +5 Â ± 10% |
— |
|
±0.5 |
|
— |
|
— |
±0.5 |
— |
ÌÇÐ |
||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
ICC |
— |
|
14.5 |
|
18 |
|
|
— |
14.5 |
18 |
ìÀ |
Рабочий ток VREF = +5 Â |
|
IEE |
— |
|
14.5 |
|
18 |
|
|
— |
14.5 |
18 |
–ìÀ |
|
|
IDD |
— |
|
3 |
|
5 |
|
|
— |
3 |
5 |
ìÀ |
|
|
VREF = +10 Â |
— |
|
360 |
|
480 |
|
|
— |
360 |
480 |
ìÂò |
Потребляемая мощность |
|
ICC |
— |
|
18 |
|
24 |
|
|
— |
18 |
24 |
ìÀ |
|
IEE |
— |
|
18 |
|
24 |
|
|
— |
18 |
24 |
–ìÀ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
IDD |
— |
|
3 |
|
5 |
|
|
— |
3 |
5 |
ìÀ |
Потребляемая мощность |
|
— |
|
450 |
|
630 |
|
|
— |
450 |
630 |
ìÂò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания
1.VREF = 10.0 В, частота преобразований = 100 kSPS если не оговорено особо. Вс е значения получены после калибровки.
2.Приведенные значения применимы к любой температуре от T( мин.) до T(макс.) после калибровки при этой температуре при н оминальных напряжениях питания.
3.Приведенные значения получены после калибровки при +25°С без дополнительной калибровки при другой температуре. Пр иведенныеначенияз — типичные отклонения от значений при 25°С.
4.Рекомендуемая схема подачи опорного напряжения приведе на в разделе “Опорное напряжение”, динамические характер истики при других значениях опорного напряжения – см. Ðèñ. 11.
5.Рекомендуемая схема входного буфера см. раздел “Аналого вый вход”.
6.Типичные отклонения биполярного нуля, положительного и от рицательного концов шкалы.
ТИПОНОМИНАЛЫ
Модель |
Температурный диапазон |
S/(N + D) |
INL (ìàêñ.) |
Kорпус |
|
|
|
|
|
AD677JN |
0...+70°C |
89 äÁ |
Тип. только |
Пластмассовый 16-выводной DIP (N-16) |
|
|
|
|
|
AD677KN |
0...+70°C |
90 äÁ |
±1.5 ÌÇÐ |
Пластмассовый 16-выводной DIP (N-16) |
|
|
|
|
|
AD677JD |
0...+70°C |
89 äÁ |
Тип. только |
Kерамический 16-выводной DIP (D-16) |
|
|
|
|
|
AD677KD |
0...+70°C |
90 äÁ |
±1.5 ÌÇÐ |
Kерамический 16-выводной DIP (D-16) |
|
|
|
|
|
AD677JR |
0...+70°C |
89 äÁ |
Тип. только |
Пластмассовый 28-выводной DIP (R-28) |
|
|
|
|
|
AD677KR |
0...+70°C |
90 äÁ |
±1.5 ÌÇÐ |
Пластмассовый 28-выводной DIP (R-28) |
|
|
|
|
|
AD677AD |
–40...+85°C |
89 äÁ |
Тип. только |
Kерамический 16-выводной DIP (D-16) |
|
|
|
|
|
AD677BD |
–40...+85°C |
90 äÁ |
±1.5 ÌÇÐ |
Kерамический 16-выводной DIP (D-16) |
|
|
|
|
|
60 |
Публикуется с разрешения |
|
фирмы Analog Devices |
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
|
|
|
AD677 |
|||
ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Символ |
Параметр |
|
Mèí. |
Tèï. |
Màêñ. |
Единицы |
|
|
измерения |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
tC |
Период преобразования2,3 |
|
10 |
— |
1000 |
ìêñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCLK |
Период тактового сигнала CLK4 |
|
480 |
— |
— |
íñ |
|
tCT |
Продолжительность калибровки |
|
— |
— |
85532 |
tCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tS |
Длительность приема сигнала и выборки (длительность сигн ала SAMPLE) |
|
2 |
— |
— |
ìêñ |
|
tLCS |
Задержка от прихода последнего импульса CLK до заднего фрон та SAPLE (до следующей выборки) |
|
2.1 |
|
|
ìêñ |
|
tSL |
Время удерживания SAMPLE на низком уровне |
|
100 |
— |
— |
íñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tSB |
Задержка от SAMPLE до установки BUSY (занято) |
|
— |
30 |
75 |
íñ |
|
tFCD |
Задержка подачи 1–ого тактового периода CLK |
|
50 |
— |
— |
íñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCL |
Длительность низкого полупериода тактового сигнала |
|
50 |
— |
— |
íñ |
|
tCH |
Длительность высокого полупериода тактового сигнала |
|
50 |
— |
— |
íñ |
|
tCB |
Задержка от прихода последнего тактового импульса CLK до сн ятия сигнала BUSY (занято) |
|
— |
180 |
300 |
íñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCD |
От переднего фронта CLK до установки правильного значения р азряда данных на SDATA |
|
50 |
100 |
175 |
íñ |
|
tCSH |
От переднего фронта CLK до переднего SCLK |
|
100 |
180 |
300 |
íñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tSCL |
Длительность низкого уровня в периоде сигнала SCLK |
|
50 |
80 |
— |
íñ |
|
tDSH |
От установки разряд а данных на SDATA до переднего фронта SCLK |
|
50 |
80 |
— |
íñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCALH |
Длительность высокого уровня сигнала калибровки CAL |
|
50 |
— |
— |
íñ |
|
tCALB |
Задержка от переднего фронта сигнала калибровки CAL до уста новки BUSY (занято) |
|
— |
15 |
50 |
íñ |
|
Примечания:
1.См. “Управление преобразованием” и “Автокалибровка” дл я подробных объяснений временных параметров.
2.Зависит от внешней тактовой частоты, включает время прие ма сигнала и время преобразования. Указанный максимальны й период преобразования отражает нежелательный разряд внутренних емкостей. При р аботе на более низких частотах характеристики могут ухуд шиться.
4.Рекомендуется период 580 нс для лучшей точности в рабочем д иапазоне температур (во время цикла калибровки необязате льно).
5.Если SAMPLE перейдет в 1 до прихода 17–го тактового импульса CLK, то ИС начнет прием сигнала примерно через 100 нс после переднего фронта 17–го импульса CLK.
6. tCH + tCL = tCLK и должно быть больше, чем 480 нс.
ОПИСАНИЕ ВЫВОДОВ
Номер |
Номер |
|
|
|
1 |
вывода |
вывода |
Мнемоника |
Òèï |
Описание |
|
â DIP |
â SOIC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вход, управляющий приемом входного напряжения VIN. Активный ВЫСОКИЙ уровень. Во время преобразования SAMPLE управляет |
|
1 |
1 |
SAMPLE |
DI |
состоянием внутреннего усилителя выборки-хранения, и его задний фронт инициирует преобразование. Во время калибро вки на |
|
SAMPLE должен быть НИЗКИЙ уровень. Если во время калибровки SAMPLE = 1, то на выходе SDATA появит ся диагностическая |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
информация. |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
CLK |
DI |
Вход главного тактового сигнала. Для выполнения преобраз ования AD677 нужно 17 тактовых импульсов. CLK используется также |
|
для получения сигнала SCLK. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
SDATA |
DO |
Последовательный выход данных, управляемый SCLK. |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
6, 7 |
DGND |
P |
”Цифровая” земля (для цифровой части ИС). |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
8 |
VCC |
P |
Напряжение питания +12 В, для аналоговой части ИС. |
|
8 |
12 |
AGND |
P |
”Аналоговая” земля (для аналоговой части ИС). |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
15 |
AGND SENSE |
AI |
”Чистая земля” для аналогового входного каскада. |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
16 |
VIN |
AI |
Аналоговое входное напряжение |
|
11 |
17 |
VREF |
AI |
Вход внешнего опорного напряжения |
|
12 |
21 |
VEE |
P |
”Аналоговое” напряжение питания –12 В. |
|
13 |
22, 23 |
VDD |
P |
“Цифровое” напряжение питания +5 В. |
|
14 |
26 |
SCLK |
DO |
Выходной тактовый сигнал для чтения данных из ИС, получае тся из CLK. |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
27 |
BUSY |
DO |
Выход статуса АЦП. Активный уровень – ВЫСОКИЙ, он указывает на выполнение преобразования или калибровк и. |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
28 |
CAL |
DI |
Вход управления калибровкой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
4, 5, 9, 10, |
|
|
|
|
6, 7 |
11, 13, 14, |
NC |
– |
Не подсоединено |
|
18, 19, 20, |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
24, 25 |
|
|
|
|
AI — Аналоговый вход
DI — Цифровой вход
DO — Цифровой выход
P — Питание
Публикуется с разрешения |
61 |
фирмы Analog Devices |
|
|
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AD677 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Временная диаграмма калибровки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Âõîä |
CAL |
|
|
|
|
tCALH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
tCALB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Выход |
BUSY |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
CLK* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tFCD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Âõîä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
85530 |
|
85531 |
|
|
85532 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
Выход |
SCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602Z01 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Временная диаграмма преобразования. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
Âõîä SAMPLE* |
|
|
|
|
|
|
|
tSB |
|
|
tSL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tS |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Выход |
BUSY |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tFCD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCB |
|
|
|
tLCS |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
CLK* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Âõîä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
tCL 3 |
|
|
|
15 |
16 |
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Выход |
SCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCSH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tSCL |
|
|
|
tDSH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tCD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Áèò 16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Áèò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Выход |
SDATA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ÑÇÐ |
|
|
Áèò |
Áèò |
|
Áèò |
Áèò |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
(предыдущий) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
13 |
14 |
|
15 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602Z02 |
||
* Заштрихованные части входных сигналов произвольны. Для достижения наилучших характеристик рекомендуется, чтоб ы эти сигналы имели НИЗКИЙ уровень в заштрихованных интервалах, если только явно не указан ВЫСОКИЙ уровень.
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ
VCC...VEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .–0.3...+26.4 Â VDD...DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .–0.3...+7 Â VCC...AGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .–0.3...+18 Â VEE...AGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18...+0.3 Â AGND...DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .±0.3 Â
Цифровые входы...DGND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0...+5.5 В
Аналоговые входы, VREF...AGND . . . . . . . . . .(VCC + 0.3)...(VEE – 0.3) В Температура при пайке (10 с) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+300°C
Температура хранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .–65...+150°C
Значения, превышающие приведенные здесь цифры, могут вызв ать необратимые повреждения ИС. Эти цифры — только экстремаль ные оценки, и ни в коем случае не подразумевают работу ИС при этих или л юбых других значениях, превышающих номинальные. Воздействие этих мак симальных значений в течение длительного времени может ухудшить на дежность ИС.
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ
AD677 — это многоцелевой 16-разрядный АЦП, который имеет схемы, реализующие функции выборки-хранения входного сиг нала, вход ”чистой земли” и автокалибровку. Эти функции разделены между двумя кристаллами — аналоговым процессором сигнал ов (А) и цифровым (D) контроллером. Оба кристалла размещены в одно м корпусе AD677.
Для определения величины аналогового входного напряжен ия AD677 использует метод последовательных приближений. Однако , во внутреннем ЦАП, вместо традиционной резистивной цепоч ки, откалиброванной при помощи лазера, эта ИС использует мето д перераспределения зарядов в массиве конденсаторов. Двоичновзвешенные конденсаторы делят входной отсчет и тем самым выполняют фактическое аналого-цифровое преобразование. Применение массива конденсаторов устраняет изменение линейности АЦП, вызванное несогласованностью сопротивлений резисторов вследствие изменений температуры. Так как для выполнения преобразования используется массив емкостей , то функция выборки-хранения выполняется естественным обра зом, нет необходимости подключать дополнительные внешние сх емы.
62 |
Публикуется с разрешения |
|
фирмы Analog Devices |
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
AD677 |
Начальные погрешности рассогласования емкостей устраняются внутренней схемой автокалибровки AD677. Эта схема использует расположенные на кристалле микроконтроллер и калиброво чный ЦАП для измерения и компенсации погрешностей рассогласования емкостей. По мере того, как определяется значение каждой погрешности, оно записывается во внутреннюю память (ОЗУ). При последующих преобразованиях эти значения из ОЗУ использ уются для улучшения точности преобразования. Программа автокалибровки может быть вызвана в любой момент. Автокалибровка обеспечивает высокое качество АЦП и устр аняет необходимость каких-либо подстроек со стороны пользоват еля, она подробно описана ниже.
Микроконтроллер управляет всеми внутренними схемами AD677. Он управляет собственно алгоритмом последовательных приближений, программой автокалибровки, операцией выбор ки - хранения и внутренним выходным регистром данных.
АВТОKАЛИБРОВKА
Паспортные характеристики AD677 достигаются посредством внутренней автокалибровки АЦП, без необходимости подстр ойки или регулировки со стороны пользователя.
В последовательности автокалибровки сначала смещение с хемы выборки-хранения корректируется путем внутреннего подк лючения входной схемы к цепи ”чистой земли”. Получающееся при это м напряжение смещения измеряется и сохраняется в ОЗУ для дальнейшего использования. Затем конденсатор, соответствующий старшему разряду, заряжается до опорного напряжения. Затем этот заряд переносится на конденсатор р авной емкости, составленный из суммы остальных разрядов с меньш им весом. Результирующее напряжение представляет величину несогласованности емкостей. Kалибровочный ЦАП добавляет соответствующее корректирующее напряжение, чтобы устра нить это рассогласование. Эта корректирующая величина также записывается в ОЗУ. Эта процедура повторяется для каждого из восьми остальных конденсаторов, представляющих старшие 9 разрядов. Записанные в ОЗУ величины используются затем в ходе последующих преобразований для соответствующей корректировки результатов преобразования.
Kак показано на Ðèñ. 1, когда CAL переводится в 1, внутренние схемы AD677 сбрасываются, вывод BUSY переводится в 1, и АЦП готовится к калибровке. Это асинхронный аппаратный сброс , который прерывает любые преобразования или калибровку, идущие в данный момент. Фактически калибровка начинается, когда CAL переводится в 0 и заканчивается через 85532 тактовых периода, на ее завершение указывает переход BUSY в 0. Во время калибровки предпочтительно, чтобы на SAMPLE был низкий уровень. Если же на SAMPLE будет 1, то на выход SDATA будет выводиться диагностическая информация. Пользователю эта информация не нужна.
В большинстве применений достаточно откалибровать AD677 только после включения питания, в этом случае нужно позаб отиться о том, чтобы напряжения питания и опорное напряжение успе ли стабилизироваться. Если калибровка не будет сделана, AD677 может или оказаться в неопределенном состоянии, или его точность может ухудшиться до 10 разрядов.
УПРАВЛЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
AD677 управляется двумя сигналами: SAMPLE и CLK, как показано на Ðèñ. 2. Предполагается, что ИС уже была откалибрована, и что цифровые входы/выходы имеют уровни, показанные в начале временных диаграмм.
Преобразование состоит из приема входного сигнала, за кот орым следуют 17 тактовых импульсов, которые выполняют процедур у 16разрядного последовательного приближения. Аналоговый в ходной сигнал принимается путем установки на входе SAMPLE логическо й 1 в течение минимального времени выборки tS. Фактическим значением выборки будет напряжение на входе VIN через время одной апертурной задержки после перехода SAMPLE в 0, при условии, что предыдущее преобразование уже завершилось ( на что указывает переход BUSY в 0). В применениях, связанных с переменными сигналами, следует позаботиться о том, чтобы этот спадающий фронт был четко определенным и не было его дрожания, чтобы уменьшить неопределенность (шум) при прие ме сигнала. Kогда SAMPLE переходит в 0, начинается преобразование в AD677 — вход VIN отсоединяется от внутреннего массива конденсаторов, BUSY переходит в 1, и вход SAMPLE будет игнорироваться до тех пор, пока преобразование не заверши тся (когда BUSY перейдет в 0). На SAMPLE должен удерживаться низкий уровень в течение как минимум интервала tSL. Через интервал времени tFCD после перевода SAMPLE в 0 подаются 17 тактовых импульсов CLK; импульсы CLK, начинающиеся до этого момента игнорируются. Через время tSB после перехода SAMPLE в 0 на выходе BUSY устанавливается 1, что означает выполнение преобразования, высокий уровень на BUSY остается до тех пор, пока преобразование не завершится. Kак показано на Ðèñ. 2, выходные данные в двоичном дополнительном коде выводятс я начиная со старшего разряда. Эти данные могут быть считан ы или по передним фронтам SCLK или по задним фронтам CLK, начиная со второго импульса. AD677 игнорирует импульсы CLK после того, как BUSY переходит в 0, и выходы SDATA и SCLK не будут меняться до следующей выборки.
НЕПРЕРЫВНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Максимальная производительность достигается, когда AD677 |
1 |
работает в режиме непрерывных преобразований. При этом |
|
используется тот факт, что после того как BUSY переходит в 0, |
сигнал SAMPLE уже не игнорируется, поэтому прием входного сигнала можно начать уже во время высокого уровня 17-го тактового импульса CLK, достигая тем самым максимальной частоты преобразований и предоставляя при этом достаточ ное время для полной установки схемы выборки-хранения. Если в момент прихода переднего фронта 17-го импульса CLK на вход SAMPLE уже подан высокий уровень, то прием сигнала начнется примерно через 100 нс после переднего фронта 17-го тактового импульса.
Следует позаботиться о том, чтобы были выполнены максимальные/минимальные временные ограничения, чтобы точность преобразования была сохранена.
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Во время приема сигнала и преобразования нужно обращать особое внимание на логические входы, чтобы избежать проникновения цифрового шума. В принципе, возможен непрерывный сигнал CLK, даже во время приема входного сигнал а. Однако, фронты CLK во время интервала выборки, и особенно в момент перехода SAMPLE в 0, могут внести шум в процесс выборки. AD677 тестируется без импульсов CLK во время выборки. Можно использовать сигнал BUSY, чтобы остановить тактовый сигнал во время выборки, как показано на Ðèñ. 3. В этой схеме BUSY используется для сброса схемы, которая делит системный тактовый сигнал для получения тактового сигнала CLK AD677. При этом тактовый сигнал останавливается до того момента, когда BUSY перейдет в 1, т.е. до того момента, когда выборка уже будет
Публикуется с разрешения |
63 |
фирмы Analog Devices |
|
|
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
|
|
|
AD677 |
|
|||||||||||||||||
|
сделана. Kогда преобразование завершается и BUSY переходит в 0, |
Таблица 1. Формат сигнала на последовательном выходе |
|||||||||||||||||||||
|
схема Ðèñ. 3 обрезает 17-й импульс CLK по длине, что однако |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
VIN |
|
|
Выходной код (Twos Complement) |
|
|||||||||||||||||
|
допустимо, так как нужен только его передний фронт. |
< Полная шкала |
|
|
|
|
011...11 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полная шкала |
|
|
|
|
011...11 |
|
|
|
Íà Ðèñ. 3 показано также использование счетчика (74HC393) для |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Полная шкала – 1 МЗР |
|
|
|
011...10 |
|
|
||||||||||||||||
|
получения импульса SAMPLE AD677 из системного тактового |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Середина шкалы + 1 МЗР |
|
|
|
000...01 |
|
|
||||||||||||||||
|
сигнала, когда нужен режим непрерывных преобразований. При |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Середина шкалы |
|
|
|
|
000...00 |
|
|
|||||||||||||||
|
использовании вывода 9 (2QC) и системного тактового сигнала |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Середина щкалы – 1 МЗР |
|
|
|
111...11 |
|
|
||||||||||||||||
|
12.288 МГц частота дискретизации AD677 будет 96 кГц. Можно |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
–Полная шкала + 1 МЗР |
|
|
|
100...01 |
|
|
||||||||||||||||
|
использовать вывод 8 (2QD), что дает частоту дискретизации 48 кГц. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–Полная шкала |
|
|
|
|
100...00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<–Полная шкала |
|
|
|
|
100...00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Рис. 3. Схема получения сигнала SAMPLE из тактовых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
импульсов |
|
ПИТАНИЕ И РАЗВЯЗKИ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AD677 имеет три вывода для подключения питания. Выводы VCC è VEE |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
11 |
3Q |
2Q |
7 |
|
|
|
|
|
служат для запитывания |
аналоговой |
части AD677, |
включая |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
12 |
|
|
|
|
|
емкостный ЦАП, входные буферы и компаратор. Через вывод VDD |
|||||||||
|
|
|
|
|
1D |
3D |
|
|
|
|
|
запитывается цифровая часть AD677, включая выходные буферы |
|||||||||||
|
12.288 ÌÃö |
|
|
|
9 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
данных и контроллер автокалибровки. |
|
|
|
||||||
|
Системный |
|
|
|
CLK |
CLR |
|
BUSY |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
тактовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигнал |
|
|
|
|
|
|
|
1Q |
|
CLK |
|
|
|
Kак и в большинстве прецизионных линейных схем, изменения в |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2D |
|
|
|
|
|
напряжениях питания могут вызвать нежелательные измене ния |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристик |
ÈÑ. |
Следует |
использовать |
хорошо |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
74HC175 |
|
|
AD677 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стабилизированные источники питания с пульсациями мене е 1%. |
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
Выходной импеданс источника питания по переменному току |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
1CLK |
2QC |
|
SAMPLE |
|
|
|
сложным образом зависит от частоты, и в общем |
случае |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
13 |
8 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
2CLK |
2QD |
|
|
|
|
|
увеличивается с частотой. Другими словами, высокочастотн ые |
|||||||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
A1602P01 |
переключения, |
такие как |
переключения в цифровых |
схемах, |
|
||||||||
|
|
|
|
|
1QD |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
требуют быстрых переходных токов, которые не могут быть п оданы |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2CLR |
|
|
|
|
|
|
|
большинством источников питания. Это приводит к выбросам |
||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1CLR |
|
|
|
|
|
|
|
напряжения питания. Если эти выбросы превышают допустимы й |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
предел ±5% для питания ±12 В или ±10% для питания +5 В, то |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
74HC393 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристики АЦП ухудшатся. Kроме того, выбросы на часто тах |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
выше 100 кГц также приведут к ухудшению характеристик. Для |
||||||
|
компенсации конечного импеданса источников по переменн ому |
||||||
Если используется непрерывный тактовый сигнал, то пользо ватель |
току необходимо ”запасать” заряд в развязывающих |
||||||
должен избегать фронтов CLK в момент отсоединения VIN, ò.å. íà |
конденсаторах. Эти конденсаторы могут существенно снизи ть |
||||||
заднем фронте SAMPLE (см. спецификации tFCD). Длительности |
импеданс по переменному току, ”подключенный” ко входам питания |
||||||
высокого и низкого уровней в периоде CLK (tCH è tCL) могут меняться, |
AD677, что в свою очередь значительно снизит амплитуду выброс ов |
||||||
но они должны соответствовать значениям, приведенным в |
напряжения. Чтобы эта развязка была эффективной, нужно |
||||||
спецификациях. Внутренний компаратор принимает решения на |
следовать |
определенным |
принципам |
|
проектирования. |
||
передних фронтах CLK. Чтобы задний фронт CLK не вносил |
Развязывающие конденсаторы, обычно 0.1 мкФ, должны |
||||||
искажения в процесс установления компаратора, tCL должно |
размещаться как можно ближе к каждому выводу питания AD677. |
||||||
превышать как минимум половину tCLK. Не рекомендуется менять |
Важно, чтобы эти конденсаторы были расположены физически |
||||||
состояние входа SAMPLE близко к концам периодов CLK, чтобы |
близко к ИС, чтобы снизить до минимума индуктивность доро жки |
||||||
переходные процессы не мешали установке внутреннего |
печатной платы между конденсатором и выводом питания. |
||||||
компаратора. |
Цифровое питание (VDD) должно быть развязано на цифровую |
||||||
Во время преобразования регистрируются внутренние вели чины, |
землю, а аналоговые питания (VCC è VEE) — на аналоговую землю. |
||||||
Вход опорного напряжения |
также рассматривается в этом |
||||||
являющиеся причиной погрешностей по постоянному сигнал у, |
отношении как вход питания и должен быть развязан аналоги чным |
||||||
такие как напряжение смещения компаратора; они сохраняют ся на |
|||||||
образом. Все это показано на Ðèñ. 4. |
|
|
|||||
внутренних конденсаторах и используются для корректиро вки |
|
|
|
|
|
|
|
вызванных ими погрешностей, когда это необходимо. Так как эти |
Рис. 4. Схема развязки выводов питания |
||||||
напряжения хранятся на конденсаторах, то они спадают со |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
временем вследствие утечек, и поэтому необходимо их |
|
|
|
|
|
|
|
периодическое обновление. По этой причине указывается |
+5 Â |
VDD |
|
AD677 |
|
|
|
максимальное время преобразования tC (1000 мкс). С момента |
|
DGND |
AGND |
VCC |
VEE |
VREF |
|
перехода SAMPLE в 1 до завершения 17-го импульса CLK должно |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||
пройти не более 1000 мкс, чтобы точность соответствовала |
0.1 ìêÔ |
|
|
0.1 ìêÔ |
|
|
|
паспортным данным. С другой стороны, максимальное время |
|
|
|
0.1 ìêÔ |
|||
|
|
|
|
||||
между отдельными преобразованиями не ограничено. |
|
|
|
0.1 ìêÔ |
|
A1602P02 |
|
|
|
|
|
|
|||
Выход AD677 кодируется в двоичном дополнительном формате, ка к |
|
|
|
+12 Â |
–12 Â |
||
показано в Òàáë. I. Схемой AD677 предусмотрено ограничение |
|
Системная |
Системная |
|
|
||
выходного кода в случае, когда входной сигнал выходит за пределы |
|
цифровая |
аналоговая |
|
|
||
|
земля |
земля |
|
|
|||
шкалы. |
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
Публикуется с разрешения |
|||
|
|
|
|
|
фирмы Analog Devices |
||
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
AD677 |
В дополнение к этому полезно расположить большие емкости (>47 мкФ) в точке подсоединения шин питания к плате и емкости 10 мкФ недалеко от АЦП, чтобы еще сильнее ослабить низкочастотные пульсации. В системах, которые будут работ ать в условиях особо сильных внешних наводок, могут оказаться необходимыми дополнительные развязки. RC-фильтры на каждой шине питания вместе со специальной стабилизацией напряж ения могут существенно снизить влияние пульсаций напряжения питания (подробнее см. Ðèñ. 7).
РАЗВОДKА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Проектирование преобразователей высокого разрешения тр ебует пристального внимания к разводке печатной платы. Большое значение имеет сопротивление дорожек. При протекании ток а 1.22 мА по дорожке сопротивлением 0.5 Ом возникает падение напряжения 0.6 мВ, что составляет 4 МЗР при разрешении 16 разрядов и полной шкале 10 В. Помимо падения напряжения на заземляющих проводниках (ground drop) следует учитывать индуктивные и емкостные связи, особенно когда прецизионные аналоговые сигналы соседствуют с цифровыми сигналами на одной плате.
Аналоговые и цифровые сигналы не должны иметь общие обрат ные пути. Kаждый сигнал должен иметь соответствующую ”аналого вую” или ”цифровую” обратную дорожку, расположенную рядом с сигнальной дорожкой. Если следовать этой рекомендации, то сигнальные петли будут иметь малую площадь, что уменьшит индуктивные шумовые наводки. Настоятельно рекомендуетс я использовать широкие дорожки на печатных платах, толстые провода и заземляющие плоскости, чтобы сигнальные пути им ели низкий импеданс. Также желательны раздельные ”аналоговая” и ”цифровая” заземляющие плоскости с единственной общей т очкой (пересечением) на ИС ,чтобы минимизировать наводки между аналоговой и цифровой схемами. Аналоговые сигналы должны быть проведены как можно дальше от цифровых и должны пересекать их, если этого не удается избежать, только под п рямыми углами. Сплошной ”аналоговый” заземляющий слой вокруг AD677 изолирует его от больших токов переключения, протекающих по земле. По этим причинам использование соединений накрутк ой проводов при сборке схемы не обеспечивает удовлетворите льных характеристик; предпочтительна тщательно продуманная п ечатная плата.
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
При значительной длине проводника эта разность потенциа лов вполне может достигнуть нескольких МЗР (при полной шкале 10 В и разрешении 16 разрядов МЗР примерно равен 0.15 мВ). Это сразу же исказит входной сигнал АЦП, если АЦП измеряет входное напряжение по отношению к земле источника питания (AGND), как показано на Ðèñ. 5à. Чтобы справиться с этой проблемой в AD677 предусмотрен вход ”чистой земли” (AGND SENSE). На Ðèñ. 5b показано, как можно использовать AGND SENSE для устранения погрешности, возникающей в схеме Ðèñ. 5à. Íà Ðèñ. 5b также показано, как следует экранировать сигнальные провода в у словиях внешних наводок, чтобы избежать емкостных связей. Если ожидается, что будут преобладать индуктивные (магнитные) наводки, например, если рядом расположены двигатели, то до лжны использоваться витые пары.
Вывод цифровой земли — это общая точка для всех цифровых сигналов AD677. Этот вывод должен быть подсоединен к цифровой общей точке системы. Kак показано на Ðèñ. 4, цифровая и аналоговая земли, должны быть соединены в системе в одной точке, желательно на самой AD677.
Рис. 5а. Входной сигнал АЦП искажен падением напряжения IR на заземляющем проводнике: VIN = VS + V.
AD677
VIN
VS 
V
AGND
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602P03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Земля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Земляной провод |
|
|
|
|
|
IGROUND > 0 |
|
источника |
||||
|
|
|
|
|
|
питания |
||||||
(дорожка) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 5b. Использование входа AGND SENSE устраняет
погрешность, возникающую в схеме рис.5а.
1
|
|
|
Экранированный кабель |
AD677 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VIN |
VS |
|
|
|
|
|
|
|
|
AGND |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SENSE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AGND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602P04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Земля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Земляной провод |
|
|
|
|
|
IGROUND > 0 |
источника |
||||||
|
|
|
|
|
питания |
||||||||
(дорожка) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AD677 имеет три вывода заземления, обозначенные АНАЛОГОВАЯ ЗЕМЛЯ (AGND), ЦИФРОВАЯ ЗЕМЛЯ (DGND) и АНАЛОГОВАЯ ”ЧИСТАЯ ЗЕМЛЯ” (AGND SENСE). Аналоговая земля — это ”высококачественная” общая точка для ИС, и она должна быт ь подсоединена к аналоговой общей точке системы.
”Чистая земля” предназначена для подсоединения к общей т очке источника входного сигнала. Это компенсирует небольшую р азницу уровней между аналоговой общей точкой системы и общей точ кой входного сигнала. Однако для номинальной работы ИС рекомендуется, чтобы разность потенциалов между AGND и AGND SENСE не превышала 100 мВ.
Использование AGND SENСE для дистанционного слежения за потенциалом земли источника сигнала может оказаться пол езным, если сигнал должен пройти некоторое расстояние до АЦП. Так как все текущие по землям токи ИС должны вернуться к источник у питания и так как любые заземляющие проводники имеют определенное сопротивление и индуктивность, то всегда существуют некоторые разности потенциалов между разным и точками земли в системе.
ОПОРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Для AD677 необходим внешний источник опорного напряжения. Диапазон входных напряжений определяется величиной опо рного напряжения; в общем случае при опорном напряжении n вольт входной диапазон составляет ±n вольт. Опорное напряжение AD677 должно лежать в пределах от +5 В до +10 В. Для опорного напряжения +10 В обычно необходимы дополнительные цепи, запитываемые от источников ±15 В; для получения опорного напряжения +5 В могут быть использованы источники ±12 В. Отношение сигнал/шум увеличивается пропорционально диапазону входного сигнала (см. Ðèñ. 12). В присутствии определенного уровня шумов в системе, увеличение величин ы МЗР (вследствие увеличения опорного напряжения) приведет к увеличению эффективного отношения сигнал/(шум+искажения ) (S/(N+D)). На Ðèñ. 11 приведена зависимость S/(N+D) от опорного напряжения. В противоположность этому точность на постоя нных сигналах будет наилучшей при низких опорных напряжениях (таких как 5 В), вследствие нелинейности конденсаторов при больши х напряжениях.
Публикуется с разрешения |
65 |
фирмы Analog Devices |
|
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
|
|
|
|
|
AD677 |
|
||||
Во время преобразования массив переключаемых конденсат оров |
Использование AD677 со входным диапазоном ±10 В (VREF = 10 Â) |
||||||||||
AD677 представляет динамически изменяющуюся токовую нагруз ку |
обычно требует источников питания ±15 В для запитывания |
||||||||||
для источника опорного напряжения, по мере того как алгор итм |
операционных усилителей и источника опорного напряжени я. Если |
||||||||||
последовательных приближений перебирает различные вари анты |
в системе нет напряжений ±12 В, то для подачи питания на AD677 |
||||||||||
весов конденсаторов. (Детальное обсуждение характеристи к входа |
можно использовать стабилизаторы, такие как 78L12 и 79L12. |
||||||||||
VREF см. в следующем пункте ”Аналоговый вход”.) Выходной |
Стабилизаторы рекомендуются также (для любых входных |
||||||||||
импеданс схемы подачи опорного напряжения должен быть ни зким, |
диапазонов) когда система АЦП работает в жестких условиях, |
||||||||||
чтобы это напряжение оставалось в достаточной мере посто янным |
например, когда на питании присутствует шум и пички напряжения. |
||||||||||
при изменениях тока. В некоторых применениях для этого мо жет |
Íà Ðèñ. 7 приведен пример такой схемы, основанной на источнике |
||||||||||
потребоваться, чтобы выход источника опорного напряжени я |
опорного напряжения 10 В AD587, в которой величина МЗР |
||||||||||
буферировался усилителем с низким импедансом на относит ельно |
составляет 300 мкВ. Показаны также цепи дополнительной защи ты |
||||||||||
высоких частотах. При выборе источника опорного напряжен ия |
от помех от источников питания. Kонденсаторы 100 мкФ на каждо м |
||||||||||
следует отдать предпочтение источнику с низким шумом. |
стабилизаторе не дают большим пикам напряжения проникну ть в |
||||||||||
Подключение конденсатора между REF IN и AGND ослабляет разряд |
стабилизаторы. Любой шум, присутствующий на шинах питания, |
||||||||||
требования к источнику опорного напряжения вследствие |
который не смогут устранить стабилизаторы, будет далее |
||||||||||
уменьшения амплитуды высокочастотных компонент, которые |
отфильтрован RC-фильтрами (10 Ом/10 мкФ), которые дают |
||||||||||
должны быть ”запитаны” источником. |
ослабление |
–3 дБ на частоте 1.6 кГц. Для получения наилучшего |
|||||||||
Íà Ðèñ. 6 è 7 приведены типовые схемные решения. |
результата |
стабилизаторы |
должны |
располагаться |
не далее |
||||||
нескольких сантиметров от AD677. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||
Íà Ðèñ. 6 показана схема подачи опорного напряжения 5 В на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основе AD586. AD586 — это недорогой источник опорного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения на основе стабилитрона с углубленным переходом, что |
АНАЛОГОВЫЙ ВХОД |
|
|
|
|
|
|||||
обеспечивает низкий шум и дрейф. Для разновидности AD586M в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диапазоне температур 0...+70 °С отклонение выходного напряже ния |
Kак уже было сказано, диапазон аналогового входного напря жения |
||||||||||
от значения при +25°С составляет менее 1.0 мВ. Kонденсатор CN |
AD677 составляет ±V |
REF |
. |
С целью |
ослабления |
синфазной |
|||||
служит для подавления широкополосного шума на выходе AD586, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
составляющей и искажений, вызванных падением напряжения на |
|||||||||||
улучшая тем самым общие характеристики AD677. Рекомендуется |
землях, входы VIN è VREF имеют каждый свою собственную землю. |
||||||||||
подсоединить высококачественный танталовый конденсато р |
V |
REF |
привязывается к локальной аналоговой земле (AGND) системы, |
||||||||
емкостью от 10 мкФ до 47 мкФ и конденсатор 0.1 мкФ между |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
à VIN привязывается ко входу ”чистой земли” (AGND SENСE), |
|||||||||||
входом VREF AD677 и землей, чтобы снизить импеданс на линии |
который позволяет дистанционно отслеживать потенциал з емли |
||||||||||
опорного напряжения. |
источника входного сигнала. |
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 6. Схема подачи опорного напряжения 5 В
|
|
+12 Â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VIN |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
6 |
|
|
|
VREF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CN |
AD586 |
+ |
10 |
|
0.1 |
|
|
|
|
1.0 ìêÔ |
|
|
ìêÔ |
ìêÔ |
AD677 |
|
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
4 |
|
|
|
|
AGND |
|
|
|
|
A1602P05 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рис. 7. Схема питания в условиях помех |
|
|
||||||
|
10 |
|
|
2 |
AD587 |
|
|
||
|
|
|
|
VIN |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VO |
|
|
|
|
|
10 |
0.1 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
ìêÔ |
ìêÔ |
GND |
NR |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4 |
1 ìêÔ |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+15 Â |
78L12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
0.01 |
10 |
|
|
0.1 ìêÔ |
|
|
|
|
|
|
VCC |
|
|
|
|||
|
ìêÔ |
ìêÔ |
ìêÔ |
|
VREF |
|
|
||
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0.1 |
|
5 Â |
|
|
|
|
VDD |
AD677 |
|||
100 |
|
0.1 |
|
ìêÔ |
ìêÔ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ìêÔ |
10 |
ìêÔ |
VEE |
VIN |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
A1602P06 |
|
||
–15 Â |
79L12 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
100 |
0.01 |
10 |
|
|
0.1 |
|
|
|
VIN |
ìêÔ |
ìêÔ |
ìêÔ |
|
ìêÔ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристики аналоговых входов AD677 (VIN, VREF и AGND SENСE) имеют динамический характер. Kогда начинается цикл преобразования, каждый аналоговый вход подключается ко внутреннему разряженному конденсатору емкостью 50 пФ, кот орый далее заряжается до напряжения соответствующего входа. Kонденсатор отсоединяется когда SAMPLE переходит в 0, и накопленный заряд используется в последующем преобразо вании. Чтобы ослабить требования, предъявляемые ко внешнему источнику сигнала этим большим начальным током заряда, ме жду входом и этой емкостью на несколько сот наносекунд включа ется внутренний буферный усилитель. В течение этого времени вх од имеет, как правило, входное сопротивление 20 кОм, входную емкость 10 пФ и ток смещения ±40 мкА. После этого вход подключается прямо к конденсатору, уже предварительно заряженному, и далее вход окончательно устанавливается. В это время вход нагружен только на емкость 50 пФ. Kак только выбор ка сделана, происходит отключение входа внутри ИС, так что вн ешний источник входного сигнала оказывается нагруженным лишь на очень большое входное сопротивление и паразитную входну ю емкость около 2 пФ. Таким образом, главная входная характеристика, которую следует учитывать — это большие ступенчатые изменения тока, которые имеют место, когда включаются и отключаются входные буферы.
Âбольшинстве случаев такая входная характеристика треб ует использования внешнего операционного усилителя для подключения входа AD677. Следует обратить особое внимание на выбор ОУ; даже с незначительной нагрузкой многие имеющиеся ОУ не удовлетворяют требованиям низкого искажения, которое необходимо чтобы соответствовать точностным характерис тикам AD677. Приведенная на Ðèñ. 8 схема, основанная на AD845, обеспечивает отличные общие характеристики системы.
Âприменениях, в которых стремятся достичь низких искажен ий и шумов, AD845 в схеме Ðèñ. 8 может быть заменен на AD743.
66 |
Публикуется с разрешения |
|
фирмы Analog Devices |
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
AD677 |
Рис. 8. Схема подключения ОУ к входным цепям |
|
наложении не |
исказили спектр в основной полосе. Однако |
|
||||||||||||
|
широкополосный шум, вносимый AD677, не ослабляется antialias- |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 ê |
|
|
|
|
|
фильтром. Шум квантования AD677 равномерно распределен от |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 Гц до частоты Найквиста, и этот факт можно использовать для |
|
||
|
|
|
|
|
+12 Â |
|
0.1 ìêÔ |
|
|
|
|
минимизации его общего эффекта. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
AD677 |
|
|
||||||
|
|
|
1 ê |
7 |
|
|
|
|
|
Влияние шума квантования AD677 может быть уменьшено путем |
|
|||||
Âõîä ±5 Â |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
передискретизации — дискретизации с частотой, большей че м |
|
|||
|
|
|
499 |
AD845 |
|
|
|
VIN |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
частота, определяемая теоремой Найквиста. Это распределя ет |
|
||
|
|
|
|
|
4 |
|
0.1 ìêÔ |
|
|
|
|
энергию шума по более широкой полосе частот, чем интересующая |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AGND |
|
нас полоса. При тщательном подборе цифрового прореживающ его |
|
|||
|
|
|
|
|
–12 Â |
|
|
|
|
AGND |
|
фильтра можно устранить шум на частотах, лежащих за пределами |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
требуемой полосы частот. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SENSE |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602P07 |
|
|
|
|
Процесс аналого-цифрового преобразования по своей сути в носит |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шум, известный как шум квантования. Величина этого шума за висит |
|
||
ХАРАKТЕРИСТИKИ ПО ПЕРЕМЕННОМУ |
|
|
от разрешения преобразователя и проявляет себя как преде л |
|
||||||||||||
|
|
теоретически достижимого отношения сигнал/шум. Этот пред ел |
|
|||||||||||||
СИГНАЛУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дается формулой S/(N+D) = (6.02 n + 1.76 + 10 log FS/2FA) äÁ, ãäå |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n — разрешение АЦП в разрядах, FS — частота дискретизации, |
|
||
Эти характеристики, которые включают S/(N+D), THD и т.д., |
FA — ширина полосы частот сигнала. При обработке аудиосигнал ов |
|
||||||||||||||
отражают влияние AD677 на спектральный состав аналогового |
AD677 может работать с двойной частотой передискретизации |
|
||||||||||||||
входного сигнала. На Ðèñ. 11...18 приведена информация о |
(с двойным запасом по частоте), т.е. 96 kSPS, что обычно дает |
|
||||||||||||||
динамических характеристиках AD677 при различных условиях. |
|
улучшение S/(N+D) на 3 дБ по сравнению с работой с частотой |
|
|||||||||||||
Идеальный, работающий без погрешностей, n-разрядный АЦП |
дискретизации Найквиста 48 kSPS. Передискретизация имеет еще |
|
||||||||||||||
одно преимущество — ослабляются требования к antialias-фильтру. |
|
|||||||||||||||
вносит теоретический шум квантования q/Ц12, где q — вес |
Итак, характеристики системы улучшаются, если AD677 работает на |
|
||||||||||||||
младшего разряда. Это соотношение приводит к хорошо |
(или около) своей максимальной частоте дискретизации 100 кГц, а |
|
||||||||||||||
известному уравнению для теоретического отношения |
полученный в результате спектр фильтруется цифровым фильтром |
|
||||||||||||||
сигнал/(шум+искажения) S/(N+D) для синусоиды с размахом, |
для устранения нежелательных частот. |
|
||||||||||||||
равным полной шкале: S/(N+D) = 6.02 n + 1.76 дБ, где n — |
|
|
|
|
||||||||||||
разрешение АЦП, в разрядах. Разрешая это уравнение |
|
|
|
|
||||||||||||
относительно |
n |
è |
используя |
измеренное |
S/(N+D) получим |
ХАРАKТЕРИСТИKИ ПО ПОСТОЯННОМУ СИГНАЛУ |
|
|||||||||
уравнение для эффективного числа разрядов (ENOB): |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ENOB = {[S/(N+D)]ACTUAL – 1.76 dB}/6.02 |
|
|
Схема автокалибровки, используемая в AD677, компенсирует |
|
||||||||||
Kак правило, усреднение результатов нескольких преобразований |
погрешности |
весов разрядов, которые могут существовать в |
1 |
|||||||||||||
уменьшает эффекты шума и, следовательно, улучшает такие |
массиве конденсаторов. Во |
время преобразования вносится |
||||||||||||||
параметры, как S/(N+D). Характеристики AD677 могут быть |
(используя коэффициенты калибровки) коррекция этого |
|
||||||||||||||
улучшены, если АЦП будет работать с максимальной частотой |
рассогласования емкостей конденсаторов, что в результате дает |
|
||||||||||||||
дискретизации 100 kSPS, а получаемый в результате поток данных |
отличную линейность. На Ðèñ. 19 приведен график DNL типичной |
|
||||||||||||||
будет цифровым образом отфильтрован до желаемой полосы |
AD677 при температуре +25°С. Он получен с использованием |
|
||||||||||||||
частот сигнала. При таком подходе шум распределяется по б олее |
гистограмного теста — статистического метода определен ия |
|
||||||||||||||
широкой полосе частот, в результате чего уменьшается плотность |
дифференциальной нелинейности АЦП. Линейно-изменяющийся |
|
||||||||||||||
шума в требуемой полосе частот. Это подробно обсуждается в |
сигнал дискретизируется АЦП, при этом выполняется и |
|
||||||||||||||
следующем пункте. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
записывается большое число преобразований. Теоретически все |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коды должны быть одного размера и, следовательно, должны |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
появляться одинаково часто. |
Kод со средним (по всем кодам) |
|
|
ПЕРЕДИСKРЕТИЗАЦИЯ И ФИЛЬТРАЦИЯ ШУМА |
числом появлений имеет DNL равную 0. Kод с числом появлений |
|
||||||||||||||
больше или меньше среднего имеет DNL больше или, |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Частота Найквиста АЦП определяется как 1/2 его частоты |
соответственно, меньше чем 0 МЗР. DNL равная (–1 МЗР) указывает |
|
||||||||||||||
на пропущенный код (нулевое число появлений). |
|
|||||||||||||||
дискретизации. Kак доказывается в теореме Найквиста, чтоб ы |
|
|||||||||||||||
сохранить информационное содержание сигнала, необходим о, |
Íà Ðèñ. 20 приведено распределение кодов по их ширине (т.е. |
|
||||||||||||||
чтобы он был дискретизован с частотой как минимум вдвое |
распределение кодов по значениям DNL) для графика Ðèñ. 19. |
|
||||||||||||||
большей чем ширина полосы частот сигнала. Передискретиза ция |
|
|
|
|
||||||||||||
(дискретизация с запасом по частоте) — это метод |
|
|
|
|
||||||||||||
преобразования, в котором частота дискретизации более че м |
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ KОДА ДЛЯ |
|
||||||||||||||
вдвое превышает ширину полосы частот сигнала. В |
|
|||||||||||||||
ПОСТОЯННОГО СИГНАЛА |
|
|||||||||||||||
аудио–применениях AD677 может работать с частотой |
|
|||||||||||||||
передискретизации 2 x FS, ãäå FS = 48 êÃö. |
|
|
|
|
|
В идеале, при повторяющихся преобразованиях фиксированн ого |
|
|||||||||
В системах |
ñ |
квантованием |
информационное |
содержание |
|
|||||||||||
постоянного входного сигнала должен получаться один и то т же |
|
|||||||||||||||
аналогового входа представлено в полосе частот от 0 Гц до частоты |
|
|||||||||||||||
выходной код. |
Однако, вследствие неизбежного собственного |
|
||||||||||||||
Найквиста |
ÀÖÏ. |
 |
òîì |
æå |
самом |
спектре |
присутствуют |
|
||||||||
шума в широкополосных схемах AD677, есть определенный |
|
|||||||||||||||
высокочастотный шум и высокочастотные сигнальные компо ненты. |
|
|||||||||||||||
диапазон выходных кодов для заданного входного напряжен ия. |
|
|||||||||||||||
Antialias-фильтры, |
èëè, |
другими |
словами, |
фильтры |
Í×, |
Если подать на AD677 постоянный сигнал и записать 10000 |
|
|||||||||
используются на входе АЦП для ослабления этих шумовых и |
|
|||||||||||||||
преобразований, то в результате получится распределение кодов, |
|
|||||||||||||||
сигнальных компонент, чтобы их отраженные компоненты при |
|
|||||||||||||||
аналогичное приведенному на Ðèñ. 9 (опорное напряжение равно |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Публикуется с разрешения |
67 |
фирмы Analog Devices |
|
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
AD677 |
+10 В). Если выполнить подгонку гистограммы гауссовской плотностью вероятности, то стандартное отклонение будет приблизительно равно среднеквадратичному входному шуму АЦП.
Рис. 9. Распределение выходных кодов 10000 преобразо-
ваний, по отношению к правильному коду. |
|||
Количество появлений кода |
|
||
8000 |
|
|
|
7000 |
|
7649 |
|
6000 |
|
|
|
5000 |
|
|
|
4000 |
|
|
|
3000 |
|
|
|
2000 |
|
|
|
1000 |
1267 |
|
1081 |
3 |
|
||
|
|
||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
A1602G01 |
Отклонения от номинального кода, МЗР |
|||
Стандартное отклонение этого распределения примерно ра вно 0.5 МЗР. Если желательна меньшая неопределенность, то усреднение результатов многих преобразований сузит это распределение на величину, обратно пропорциональную квадратному корню из числа отсчетов, т.е. среднее четырех преобразований будет иметь стандартное отклонение 0.25 МЗР.
ИНТЕРФЕЙС С DSP
Íà Ðèñ. 10 показано использование цифрового процессора сигналов ADSP-2101 (фирмы Analog Devices) вместе с AD677. Вывод FO (Flag Out) последовательного порта 1 (SPORT 1) ADSP-2101 подсоединен к линии SAMPLE и используется для управления приемом сигнала. Точная синхронизация сигнала на выводе FO обеспечивается таймером ADSP-2101.
Рис. 10.Интерфейс с ADSP–2101
ADSP-2101 |
|
AD677 |
FO |
|
SAMPLE |
|
||
Последовательный порт0 |
|
|
SCLK0 |
|
CLK |
DR0 |
|
SDATA |
RFS0 |
|
BUSY |
DT0 |
|
|
TFS0 |
A1602P08 |
|
|
|
Вывод SCLK порта SPORT 0 ADSP-2101 дает тактовый сигнал CLK для AD677.Тактовый сигнал должен быть запрограмирован на частоту примерно 2 МГц, чтобы соответствовать спецификациям AD677. Чтобы минимизировать наводки от цифровых сигналов, во время приема данных тактовый сигнал должен быть отключен (установкой в 0 разряда 14 в управляющем регистре порта SPORT 0). Так как напряжение на выходе тактового сигнала сохраняется после его отключения (the clock floats), то к SCLK должен быть подключен шунтирующий резистор 12...15 кОм, чтобы обеспечить низкий уровень SCLK на заднем фронте SAMPLE. Чтобы повысить частоту преобразований, последовательный такт овый сигнал должен быть включен сразу же после перевода SAMPLE в 0 (режим хранения).
Сигнал BUSY AD677 подан на RF0, чтобы сообщить порту SPORT 0 когда будет передаваться новое слово данных. SPORT 0 должен быть конфигурирован в нормальный, внешний, неинвертирующ ий режим синхронизации блока (данных при обмене), и может быт ь запрограммирован на генерацию прерывания после получен ия последнего разряд а данных. Чтобы частота преобразований была
Рис. 11. Зависимость S/(N + D) и THD от VREF, fS = 100 êÃö (ïðè VREF ниже +5 В калибровка не гарантируется)
äÁ
106
102
THD
98
94
S/(N+D)
90
86
82
2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.0
VREF, Â |
A1602G02 |
|
Рис. 12. Зависимость S/(N + D) и THD от амплитуды входного сигнала, fS = 100 êÃö
äÁ
105
100
90
80
70 THD
60
50
40 
S/(N+D)
30
20
10
–80 –70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 0
A1602G03
Уровень входного сигнала, дБ
Рис. 13. 4096-точечное БПФ
для частоты дискретизации 100 kSPS, fIN = 1 êÃö, VREF = 5 Â
Амплитуда, дБ
0
–20
–40
–60
–80
–100
–120
–140
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
f, êÃö |
A1602O01 |
|
68 |
Публикуется с разрешения |
|
фирмы Analog Devices |
16-РАЗРЯДНЫЙ АЦП С ЧАСТОТОЙ ДИСKРЕТИЗАЦИИ 100 KSPS |
AD677 |
Рис. 14. 4096-точечное БПФ |
|
|||||||||
для частоты дискретизации 100 kSPS, fIN = 1 êÃö, VREF = 10  |
||||||||||
0 |
Амплитуда, дБ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
|
|
|
|
|
f, êÃö |
|
|
A1602O02 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 15. Подавление пульсаций напряжения питания, |
||||||||||
fIN = 1.06 êÃö, fSAMPLE = 96 kSPS, |
|
|||||||||
размах пульсаций на питании VRIPPLE = 0.13 Â (ï-ï) |
||||||||||
S/(N+D), äÁ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
+5 Â |
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
+12 Â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
70 |
|
|
|
|
|
|
|
–12 Â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
100 |
|
1ê |
|
10ê |
100ê |
|
1Ì |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1602G04 |
||
|
|
Частота пульсаций питания, Гц |
|
|
||||||
Рис. 16. График интермодуляционных искажений (IMD) для fIN = 1008 Ãö (fa), 1055 Ãö (fb),
при дискретизации с частотой 96 kSPS
Амплитуда, дБ
0
–10
–30
–50
–70
–90
–110
–130
–150
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
f, êÃö |
A1602O03 |
|
Рис. 17. Динамические характеристики в зависимости от периода тактового сигнала,
ÒÀ = +85 °С, опорное напряжение 5 или 10 В
äÁ |
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
104 |
THD, 5Â |
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
98 |
|
|
|
THD, 10Â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96 |
|
|
|
|
|
|
|
94 |
|
|
|
S/(N+D), 10Â |
|
||
92 |
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
S/(N+D), 5Â |
|
||
88 |
|
|
|
|
|
|
|
86 |
|
|
|
|
|
|
|
450 |
470 |
490 |
510 |
530 |
550 |
570 |
590 |
|
|
|
tCLK, íñ |
|
A1602G05 |
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 18. Динамические характеристики при использовании |
||||||
минимального тактового периода (tCLK = 480 íñ) |
||||||
в зависимости от температуры, |
||||||
для опорных напряжений 5 В и 10 В |
||||||
äÁ |
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
104 |
THD, 5Â |
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
THD, 10Â |
|
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
96 |
S/(N+D), 10Â |
|
|
|
|
|
94 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
92 |
|
|
|
|
|
|
|
S/(N+D), 5Â |
|
|
|
||
90 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
88 |
|
|
|
|
|
|
86 |
|
|
|
|
|
|
–40 |
–20 |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
|
|
|
TA, °C |
|
A1602G06 |
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 19. График DNL при VREF = 10 Â, TA = +25 °C, |
||||||
fS = 100 kSPS
Амплитуда, дБ
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
f, êÃö |
A1602O04 |
|
Публикуется с разрешения |
69 |
фирмы Analog Devices |
|