Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2004 №3

Микросхемы с низким энергопотреблением от компании Analog Devices. Часть 3. Малопотребляющие ЦАП и синтезаторы прямого цифрового синтеза

Романов Олег


Часть 3. Малопотребляющие ЦАП и синтезаторы прямого цифрового синтеза

Все статьи цикла:

Новые ЦАП семейства TxDAC компании Analog Devices

Современное оборудование становится все более миниатюрным и малопотребляющим. Медицинское диагностическое оборудование, такое, как ультразвуковой сканер, имеет размеры ноутбука. Выпускаются анализаторы спектра и генераторы сигналов с батарейным питанием. Телекоммуникационное оборудование третьего поколения предъявляет высокие требования по потреблению электроэнергии и размерам. Компания Analog Devices выпускает для таких разработок новые высокоэффективные ЦАП AD974x. Третье поколение ЦАП TxDAC состоит из совместимых по выводам 8-, 10-, 12- и 14-разрядных ЦАП AD9748/AD9740/AD9742/AD9744 с производительностью до 165 млн преобразований в секунду (рис. 1). В семействе AD974x использована технология КМОП, обеспечивающая напряжение питания 2,7–3,6 В. ЦАП TxDAC имеют широкий динамический диапазон неискаженного выходного сигнала и низкую мощность рассеивания (не более 135 мВт), выпускаются в микрокорпусах CSP.

Рис. 1. Структурная схема ЦАП AD9744
Рис. 1. Структурная схема ЦАП AD9744

Наиболее широко ЦАП этого класса применяются в аппаратуре связи. Рассмотрим две основные структурные схемы передачи данных (рис. 2 и 3). Вквадратурных схемах модуляции, таких, как фазовая и квадратурная амплитудная, смесители используются для объединения синфазной и квадратурной составляющей в сигнал с одной боковой полосой. Рис. 5 показывает аналоговое решение. Вэтом примере требуется два ЦАП на канал передачи. Выбор TxDAC ЦАП для формирования сигнала основывается на преимуществах этого семейства: широкий динамический диапазон неискаженного сигнала (SFDR) и низкий уровень шума навсем рабочем диапазоне частот; малая рассеиваемая мощность; однополярное напряжение питания 3 В; благодаря высокой скорости преобразований меньшие требования к выходному фильтру низких частот; возможность редизайна продукции благодаря совместимости по выводам всех ЦАП семейства.

Рис. 2. Аналоговое формирование выходного ВЧ-сигнала
Рис. 2. Аналоговое формирование выходного ВЧ-сигнала
Рис. 3. Цифровое формирование выходного ВЧ-сигнала
Рис. 3. Цифровое формирование выходного ВЧ-сигнала

Структурная схема на рис. 3 показывает реализацию цифрового формирования сигнала. После смешивания синфазной и квадратурной составляющих сигнала модулированный сигнал передается в ЦАП. В этом случае требования к полосе пропускания ЦАП более строги. Как известно, в спектре сигнала с выхода ЦАП присутствует нетолько первая гармоника (полезный сигнал), но и гармоники более высокого порядка, а также комбинационные составляющие тактовой частоты (скорости преобразования ЦАП) и частоты полезного сигнала. Частоты спектральных составляющих определяются следующей формулой:

где fт — тактовая частота, n — номер гармоники, i= 0, 1, 2 …, fсигн. — частота полезного сигнала.

Наиболее высокий уровень имеют вторая гармоника и первые комбинационные составляющие (fт ± fсигн. ). Чтобы была возможность отфильтровать их с помощью ФНЧ, желательно ограничить частоту полезного сигнала величиной fт/3, это позволит снизить требования по крутизне АЧХ ФНЧ. Используя ЦАП устройств AD974x, обеспечивающих скорость преобразования до 165 MSPS (тактовая частота 165 МГц), можно получить сигнал спромежуточной частотой 50 МГц. При реализации схемы цифрового формирования сигнала также важны технические параметры, рассмотренные при анализе схемы аналогового формирования сигнала. Прииспользовании цифрового метода используется одна микросхема ЦАП, что еще более уменьшает стоимость изделия. Во многих случаях, где не требуется получения частот сигнала более 80 МГц, удается избежать применения блока переноса сигнала на высокую частоту.

Новые многоканальные ЦАП компании Analog Devices

Во многих случаях требуется получить несколько уровней напряжений с возможностью прецизионного его регулирования. Типичными областями применения, где требуются различные уровни напряжений, являются контрольно-измерительная аппаратура, драйверы лазерных диодов, регулируемые усилители мощности. Увеличение количества ЦАП в одном корпусе позволяет уменьшить размеры и стоимость оборудования. Новые 4- и 8-канальные ЦАП имеют сверхнизкое энергопотребление (не более 1мА на канал), напряжение питания 2,5–5,5В, разрешение 8, 10 и 12 разрядов, последовательный трехпроводной или параллельный интерфейс и расширенный температурный диапазон –40…+105°С.

Еще большей интеграции компании Analog Devices удалось достичь в новых 40- и 32-канальных 14-разрядных ЦАП с однополярным питанием 5 В — AD5380 и AD5382. Кроме того, выпускаются 12-разрядные совместимые по выводам версии этих ЦАП, AD5381 и AD5383. Для биполярных решений выпускается 40-канальный 14-разрядный ЦАП AD5379. Все микросхемы содержат вы сокоточный источник опорного напряжения на кристалле, что позволяет избежать использования дополнительной микросхемы и еще более снижает стоимость разработки и занимаемую площадь. Рассматриваемые ЦАП имеют параллельный и последовательные интерфейсы SPI и I2C. ЦАП выпускаются в корпусах LQFP100.

С помощью многоканальных ЦАП компании Analog Devices удается получить различные значения напряжений, не увеличивая размеров печатной платы. У микроконвертеров ADuC (микроконтроллеры с 8051-совместимым ядром) компании Analog Devices есть встроенные ЦАП, но во многих случаях их количества бывает не достаточно. Этапроблема легко решается подключением внешнего многоканального ЦАП. Для этих целей идеально подходят ЦАП компании Analog Devices серии AD53xx с SPI-интерфейсом.

Таблица 1. Новые многоканальные ЦАП компании Analog Devices
Таблица 1. Новые многоканальные ЦАП компании Analog Devices

На рис. 4 показана структурная схема подключения ЦАП AD53xx к микроконвертеру ADuC814 по SPI-интерфейсу. Трехпроводной интерфейс SPI обеспечивает передачу данных с тактовой частотой до 30 МГц. ADuC814 выполняет функцию ведущего и обеспечивает тактовой частотой ЦАП. Вывод MOSI используется для передачи данных во входные регистры ЦАП. Для связи вывода SYNC используется любой свободный вывод порта микроконвертера. На рис. 4 показан вывод P 3.4.

Рис. 4. Совместное использование ADuC814 и AD53xx
Рис. 4. Совместное использование ADuC814 и AD53xx

При организации SPI-интерфейса сигнал SYNC выполняет функцию кадровой синхронизации и сигнала выбора микросхемы. Длительность сигнала SYNC должна быть равна 16 тактовым импульсам SCLK, активный уровень — низкий. Из этого следует, что размер слов данных или управления составляют 16бит, если размер слова будет больше или меньше 16 бит, то есть длительность кадра будет не равна 16 тактовым импульсам, то переданное слово игнорируется. Передача ведется старшим битом вперед. Для более подробного описания интерфейса обращайтесь к data sheet AD5308/AD5318/AD5328.

ADuC814 может обеспечить ЦАП необходимым ему опорным напряжением 2,5В. Расположенный на кристалле ADuC814 источник опорного напряжения имеет заводскую калибровку с точностью 2,5%.

Новые синтезаторы прямого цифрового синтеза компании Analog Devices

Синтезаторы прямого цифрового синтеза находят широкое применение благодаря своим высокоточным параметрам. Такие преимущества синтезаторов прямого цифрового синтеза, как перестройка фазы и частоты, качание частоты, низкий уровень фазовых шумов и цифровое управление, позволяют широко использовать их в телекоммуникации иприборостроении. Однако при скоростях преобразования более 100 MSPS они имеют высокое энергопотребление. Новое семейство синтезаторов компании Analog Devices имеет напряжение питания 1,8 В и при частоте преобразования 400 MSPS потребляет неболее 200 мВт. AD9951/AD9952/AD9953/AD9954 выпускаются в миниатюрных корпусах TQFP 7x7 мм. Цифровые синтезаторы предназначены для построения перестраиваемых генераторов, программируемых тактовых генераторов, источников частотно и фазомодулированных сигналов и других устройств, где требуется прецизионная перестройка частоты с цифровым управлением.

Рис. 5. Структурная схема AD9954
Рис. 5. Структурная схема AD9954

Рассмотрим AD9954, который обладает наиболее широкими функциональными возможностями из всего семейства AD995x (рис. 5). Максимальная тактовая частота у AD9954 достигает 400 МГц, при этом синтезатор потребляет менее 200 мВт. Он обеспечивает качание частоты, изменение амплитуды выходного сигнала, произвольную выборку из памяти 102432 бит управляющей функции. AD9954 содержит на кристалле 14-разрядный ЦАП, генератор, умножитель тактовой частоты и быстродействующий компаратор, который расширяет функциональное назначение синтезатора как источника тактовой частоты.

Синтезаторы прямого цифрового синтеза, за исключением ЦАП, являются полностью цифровыми микросхемами, поэтому они практически лишены таких недостатков аналоговых микросхем, как зависимость параметров от температуры и старения. Разрешение по выходной частоте достигает тысячных долей герц, что недостижимо при синтезе частоты с помощью синтезаторов с ФАПЧ. Другим преимуществом является быстрая перестройка частоты синтезаторов. Скорость перестройки частоты ограничивается только цифровым интерфейсом и цифровыми элементами управления синтезатора (у AD9954 задержка составляет всего 24 периода тактовой частоты). Одним из самых главных преимуществ является возможность формирования модулированных сигналов непосредственно в процессе синтеза.

Однако цифровой синтез накладывает инекоторые ограничения. Так, максимальная выходная частота, согласно теореме Котельникова, не может быть больше половины тактовой частоты. Такое ограничение, как низкая частота синтезируемого сигнала, постепенно снимается — тактовые частоты синтезаторов прямого цифрового синтеза постоянно увеличиваются, достигая на сегодняшний день 1 ГГц. Сравнить параметры синтезаторов от самых первых моделей до вышедших в серийное производство совсем недавно можно в таблице 2.

Таблица 2. Синтезаторы прямого цифрового синтеза
Таблица 2. Синтезаторы прямого цифрового синтеза

Более подробную информацию по компонентам компании Analog Devices можно най-ти на сайте компании www.analog.com.

Продолжение следует

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке