Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2004 №2

Микросхемы с низким энергопотреблением от компании Analog Devices. Часть 2. Малопотребляющие АЦП

Романов Олег


В любом оборудовании — портативном, промышленном, измерительном, компьютерном и т. д., где в большей, а где в меньшей степени, перед инженерами стоит задача по уменьшению потребления электроэнергии. Рассмотренные в этой статье компоненты компании Analog Devices, такие, как АЦП, ЦАП, усилители, датчики, интерфейсы и многие другие, входят в большую группу микросхем с малым энергопотреблением.

Все статьи цикла:

Уменьшение потребляемой энергии является общей тенденцией в большинстве новых разработок, по мере того как разработчики добавляют новые функциональные возможности изделию в условиях ограниченной мощности источника питания, стоимости изделия и стоимости расходов на дальнейшую эксплуатацию. На рис. 1 представлена общая схема обработки сигналов. Важное место в этой схеме занимают АЦП, которые и будут рассмотрены в этой части статьи.

Сигма-дельта АЦП компании Analog Devices

Везде, где необходимо получить высокое разрешение при аналого-цифровом преобразовании, не обойтись без сигма-дельта АЦП. Только данный класс АЦП, на сегодняшний день, имеет 24-разрядное разрешение. При таком большом разрешении, благодаря своей архитектуре и принципам работы, сигма-дельта АЦП имеют и другие преимущества: низкую потребляемую мощность и невысокую стоимость. Сигма-дельта АЦП компании Analog Devices представлены в таблице 2.

Рис. 1. Общая структурная схема цифровой обработки сигналов
Рис. 1. Общая структурная схема цифровой обработки сигналов

Системы сбора и обработки данных, контрольно-измерительная аппаратура и промышленное оборудование требуют АЦП с высоким разрешением, а портативная аппаратура требует АЦП с низким потреблением для увеличения ресурса батарейного или аккумуляторного питания. Новые сигмадельта АЦП AD7788, AD7789, AD7790 и AD7791 компании Analog Devices обеспечивают высокие рабочие характеристики при низком энергопотреблении. 24-разрядные АЦП AD7789 и AD7791, а также 16-разрядные AD7788 и AD7790 с дифференциальным входом имеют типовой ток потребления 65 мкА. Данные микросхемы имеют внутренний тактовый генератор с частотой 32 кГц, подавление помех (90 дБ) на частотах 50 и 60 Гц, контроль напряжения питания. AD7790 и AD7791 имеют встроенный буфер, что позволяет подключать непосредственно к микросхеме источники сигналов с малым выходным сопротивлением. Эти АЦП имеют корпус MSOP10 (mSOIC10) и диапазон рабочих температур –40...+105 °С. AD7788, AD7789, AD7790 и AD7791 находят широкое применение в аппаратуре измерения давления, веса и температуры, особенно в портативном исполнении (рис. 2).

Когда требуется совместить многоканальность и точность измерения, например, в многоканальной промышленной контрольно-измерительной аппаратуре, компания Analog Devices рекомендует семейство 24-разрядных сигма-дельта АЦП: AD7732 (2 полностью дифференциальных входных канала), AD7734 (4 несимметричных входных канала), AD7738 (4 полностью дифференциальных или 8 несимметричных входных канала) и AD7739 (4 полностью дифференциальных или 8 несимметричных входных каналов) (рис. 3). Новое семейство 24-разрядных АЦП компании Analog Devices поднимает параметры промышленного стандарта благодаря своей высокой производительности, высокой точности и низкому уровню шума. Эти АЦП не имеют пропусков кода и обеспечивают скорость выдачи данных до 15 кГц, которая может устанавливаться пользователем. В состав АЦП включен буфер для получения высокого входного сопротивления, что позволяет подключать источники сигналов (датчики) непосредственно к микросхеме, без использования дополнительных схем формирования сигнала. Микросхемы имеют расширенный рабочий температур-ный диапазон: –40… +105 °C.

Компания Analog Devices предоставляет широкий выбор сигма-дельта АЦП с высоким разрешением. Эти АЦП обеспечивают высокий коэффициент подавления сетевых помех, включают дополнительные компоненты, такие, как источники тока, мультиплексоры, аналоговые входные буферы, усилители с перестраиваемым коэффициентом усиления (PGA). В таблице 1 указаны наиболее популярные области применения сигмадельта АЦП компании Analog Devices.

При измерении давления для подключения датчиков требуется дифференциальный аналоговый вход с низким уровнем синфазного сигнала, а для подключения источника опорного напряжения — дифференциальный вход с высоким уровнем синфазного сигнала. Такая конфигурация позволяет обеспечить работу в режиме измерения соотношений (ratiometric). Желательно наличие дополнительного АЦП, используемого для измерения температуры и компенсации температурных погрешностей. При измерении массы дополнительно к этим требованиям желательно наличие схемы возбуждения датчиков переменным током, схемы обнаружения источника опорного напряжения, более глубокое подавление внеполосного сигнала цифровым фильтром.

Рис. 2. Пример применения AD7791
Рис. 2. Пример применения AD7791
Рис. 3. Структурная схема АЦП AD7739
Рис. 3. Структурная схема АЦП AD7739
Таблица 1. Классификация сигмадельта АЦП по применению и основным параметрам
Таблица 1. Классификация сигмадельта АЦП по применению и основным параметрам

АЦП последовательного приближения компании Analog Devices

Данный класс АЦП занимает промежуточное положение по быстродействию, стоимости и разрешающей способности между параллельными АЦП и сигма-дельта АЦП и находит широкое применение в системах управления, контроля и цифровой обработки сигналов. Эти АЦП используются в том случае, если необходимо обеспечить экономичное энергопотребление, а быстродействия сигма-дельта АЦП не достаточно или недопустимы конвейерные задержки, которые присутствуют в сигма-дельта АЦП. В этом случае энергопотребление будет значительно меньше, чем в параллельных АЦП при разрядности, достигающей 18 бит.

До недавнего времени АЦП последовательного приближения (SAR), которые благодаря своей архитектуре не имеют задержки выходного кода, были ограничены разрешением 16 бит. Теперь это ограничение компания Analog Devices сняла, выпустив 18-разрядный АЦП последовательного приближения AD7678 с полностью дифференциальным входом (рис. 4). Этот АЦП совместим по выводам с 16-разрядными АЦП семейства PulSAR компании Analog Devices.

Микросхема содержит быстродействующий 18-разрядный АЦП, тактовый генератор, буфер источника опорного напряжения, схемы коррекции ошибок и два интерфейса: последовательный и параллельный. AD7678 выпускается в корпусах LQFP48 и LFCSP48, работает в температурном диапазоне –40… +85 °С и потребляет 18 мВт при частоте преобразования 100 кГц, 180 мкВт при 1 кГц и 7 мкВт в «спящем» режиме. Этот АЦП работает без пропусков кода, имеет интегральную нелинейность ±2,5 младших разрядов, отношение «сигнал/шум» 100 дБ, коэффициент гармоник 115 дБ и диапазон входного дифференциального сигнала ±5 В.

Таблица 2. Сигма-дельта АЦП компании Analog Devices
Таблица 2. Сигма-дельта АЦП компании Analog Devices
Рис. 4. Структурная схема АЦП AD7678
Рис. 4. Структурная схема АЦП AD7678

Многие портативные системы используют в качестве источников питания никель-кадмиевые батареи, которые имеют типовое значение напряжения 1,2 В. Поэтому в таких системах требуются компоненты с напряжением питания не более 2 В (при использовании двух элементов Ni-Cad). Новое семейство АЦП компании Analog Devices AD746x имеет не только напряжение питания 1,6–3,6 В, но и высокую производительность и миниатюрный корпус. AD7466, AD7467 и AD74688/10/12-разрядные АЦП с максимальной частотой дискретизации 100 кГц и потреблением всего 0,12 мВт при напряжении питания 1,6 В и 0,62 мВт — при питании 3 В. В энергосберегающем режиме микросхемы потребляют ток 0,1 мкА. Низкое энергопотребление и низкое напряжение питания позволяют увеличить ресурс батарейного питания и повысить технические характеристики системы в целом. АЦП семейства AD746x выпускаются в корпусах SOT23-6 и MSOP8 и работают в температурном диапазоне –40...+85 °С.

В настоящее время от АЦП требуется не только высокая производительность и низкое энергопотребление, но и минимальные размеры при малой цене. Компания Analog Devices выпустила такой АЦП — AD7680 в корпусе SOT23-6. AD7680 — это 16-разрядный АЦП с производительностью 100 тысяч преобразований в секунду и мощностью рассеивания 2,5 мВт при питании 3 В и 15 мВт при 5 В. Микросхема переходит в режим ожидания при завершении преобразования, уменьшая потребление энергии и обеспечивая максимальную эффективность при более низкой производительности. Ток потребления в «спящем» режиме составляет 0,5 мкА максимум.

Рис. 5. Структурная схема АЦП семейств AD747х/AD746х
Рис. 5. Структурная схема АЦП семейств AD747х/AD746х

В современном мире в условиях жесткой конкурентной борьбы необходимо максимально сократить время на выпуск новых и модернизацию старых изделий. Когда требуется увеличить производительность и точность уже существующего прибора, идеальным решением будет использовать новые микросхемы, полностью совместимые по выводам. Компания Analog Devices выпустила семейство АЦП AD747x, полностью совместимое по выводам с АЦП семейства AD746x и АЦП AD7940, AD7680 (см. рис. 5, табл. 3). Конечно, совместимость по выводам относится к микросхемам с одинаковыми корпусами.

Для применения в многоканальных приложениях компания Analog Devices предлагает 16-канальный 12-разрядный АЦП AD7490 с частотой дискретизации до 1 МГц и однополярным питанием 2,7–5,25 В (рис. 6). Благодаря улучшенной архитектуре кристалла AD7490 достиг низких значений потребляемой мощности при высоких показателях производительности. При максимальных показателях производительности AD7490 потребляет 1,8 мА при питании 3 В, и 2,5 мА — при 5 В. В AD7490 имеется возможность задавать порядок опроса 16 несимметричных аналоговых входов с помощью канального секвенсора.

Таблица 3. Совместимые по выводам АЦП последовательного приближения компании Analog Devices
Таблица 3. Совместимые по выводам АЦП последовательного приближения компании Analog Devices
Таблица 4. Многоканальные АЦП последовательного приближения компании Analog Devices
Таблица 4. Многоканальные АЦП последовательного приближения компании Analog Devices

Другие многоканальные АЦП последовательного приближения, имеющие такую же внутреннюю структуру и технические характеристики, как и AD7490, но отличающиеся количеством каналов и разрядностью, представлены в таблице 4.

Рис. 6. Структурная схема АЦП AD7490
Рис. 6. Структурная схема АЦП AD7490

В следующих частях статьи будет продолжено рассмотрение ИМС компании Analog Devices c малым энергопотреблением. В третьей части будут рассмотрены ЦАП компании Analog Devices c малым энергопотреблением.

Более подробную информацию по компонентам компании Analog Devices можно найти на сайте компании www.analog.com.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке