Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2009 №4

Как сделать формирователи сигналов датчиков MAX1452/MAX1455 малочувствительными к недостаткам источника питания

Вороховский Яков


MAX1452/MAX1455 — недорогие прецизионные формирователи сигналов датчиков, способные работать в двух режимах: в цифровом режиме в процессе производства и калибровки и в аналоговом — при нормальных условиях работы. В типовой схеме применения, в зависимости от нагрузочной способности источника питания, на выводе VDD, существует вероятность, во-первых, запуска микросхемы в цифровом режиме работы вместо необходимого аналогового; во-вторых, повышения уровня шума на выходе устройства и, в-третьих, напряжения питания на выводе VDDF, недостаточного для надежной работы ЭППЗУ. В статье показано, как путем добавления всего одного элемента можно одновременно повысить процент выхода годных изделий при производстве и надежность работы формирователей сигналов датчиков.

Описание

В состав микросхем MAX1452/MAX1455 входят цепи сброса при включении питания, гарантирующие, что все цифровые цепи будут установлены в надлежащее состояние после включения питания или после его кратковременных перебоев. Цепи сброса непрерывно контролируют напряжение питания и удерживают цифровые логические цепи в исходном состоянии до тех пор, пока напряжение питания не достигнет допустимого рабочего уровня. MAX1452/MAX1455 работают от двух источников питания: VDD, предназначенного для питания всех цифровых и аналоговых цепей, и VDDF , который обеспечивает питание встроенного ЭППЗУ. При работе на системном уровне VDD и VDDF соединяются между собой либо напрямую, либо через резистор (как описано далее).

В типовой схеме применения на входе VDDF включается внешняя RC-цепь (сопротивление между VDD и VDDF и конденсатор между входом VDDF и цепями общего провода). Необходимость использования RC-цепи вызвана тем, что по соображениям экономичности и компактности источник питания VDD микросхемы обычно имеет ограниченный выходной ток, который не позволяет поддерживать напряжение питания VDD на допустимом уровне во время работы встроенного ЭППЗУ. В результате при производстве и/или работе устройства могут возникнуть недопустимые перебои напряжения питания микросхемы. Одним из результатов таких перебоев является включение микросхемы в неправильном режиме работы: вместо необходимого аналогового режима работы микросхема включается в цифровом режиме. Обычно это вызвано тем, что подача напряжения питания VDDF значительно запаздывает относительно напряжения VDD. Это приводит к нестабильному считыванию регистра управления устройством во флэш-памяти. Вторым результатом могут стать выходные шумы, вызванные проникновением пульсаций напряжения питания VDD на выход устройства. И, наконец, после выполнения операции записи может быть нарушен процесс перезарядки ячеек ЭППЗУ. Конечно, ни одна из этих проблем не возникает, если используется источник питания с достаточным запасом по выходному току.

История вопроса

В состав микросхем MAX1452/MAX1455 входит ЭППЗУ, предназначенное для хранения калибровочных коэффициентов и информации о конфигурации устройства. В зависимости от режима работы ЭППЗУ ток, потребляемый от источника питания VDDF, может меняться от 7 до 25 мА. В активном состоянии ЭППЗУ может работать в одном из трех рабочих режимов: чтение, запись и стирание. При разработке устройства для его калибровки и тестирования (в цифровом режиме) используются как режим записи, так и режим стирания. После окончания производства устройство блокируется (переключается в аналоговый режим работы), и в дальнейшем могут выполняться только операции чтения ЭППЗУ. Необходимо отметить, что большие уровни потребляемого тока, связанные с операциями записи и стирания, возникают только в процессе производства, и нет никакой необходимости учитывать их при нормальной работе готового устройства.

В процессе производства, во время калибровки и тестирования устройства, от источника питания VDDF может поступать ток, достигающий 25 мА. При операции стирания потребляемый ток составляет 25 мА на протяжении 1 мкс, после чего он снижается до 16 мА и продолжает протекать на протяжении 5 мс. При каждой операции записи на протяжении 1 мкс потребляемый ток составляет 25 мА, после чего на протяжении следующих 80 мкс потребляемый ток не превышает 16 мА.

В нормальном режиме работы каждые 10 мс выполняются 10 циклов чтения, они предназначены для загрузки или обновления регистров калибровочных коэффициентов и регистра состояния. При каждом цикле чтения на протяжении 1 мкс потребляемый ток составляет 7 мА, после чего в течение 1 мкс ток не потребляется. При следовании таких 10-кратных пакетов операций чтения с периодичностью 1 мс средний потребляемый ток на выводе VDDF составляет незначительную величину.

В устройствах, использующих микросхемы MAX1452/MAX1455, источник питания должен обеспечивать нагрузочную способность, необходимую для выполнения операций с ЭППЗУ (особенно при работе в режиме выходной токовой петли 4–20 мА). При недостаточном выходном токе напряжения питания VDD и VDDF могут опуститься ниже минимального значения 4,5 В, гарантирующего сохранение работоспособности устройства.

При выполнении операций чтения внутреннего ЭППЗУ на выводе VDDF возникают пульсации напряжения. При маломощном источнике питания эти пульсации могут проникать на вывод VDD и привести к повышенному значению выходного шума. Поскольку цепи питания VDD и VDDF на кристалле микросхемы разделены и используют отдельные выводы корпуса, становится возможным применять для фильтрации напряжения питания внешнюю RC-цепь, позволяющую снизить проникновения нежелательных пульсаций напряжения на вывод VDD. Однако при выборе номиналов элементов RC-фильтра необходимо удовлетворить противоречивые требования. С одной стороны, сопротивление резистора R должно быть достаточно велико, чтобы предотвратить проникновение пульсаций потребляемого тока при выполнении операций чтения ЭППЗУ на вывод VDD. С другой стороны, сопротивление R должно быть достаточно мало, чтобы напряжение на выводе VDDF при включении устройства не сильно отставало от напряжения на выводе VDD и не приводило бы к проблемам при запуске устройства. Конечно, правильный выбор значения емкости конденсатора C не менее важен, и существует некоторое оптимальное сочетание значений R и C. Но даже это оптимальное соотношение не соответствует всем противоречивым условиям.

Добавление диода для устранения недостатков, вызванных использованием маломощного источника питания



Рисунок. Типовая схема применения MAX1452 с дополнительным диодом Шоттки, позволяющим избежать проблем, связанных с напряжением питания на выводе VDDF

Чтобы для фильтрации пульсаций напряжения питания можно было использовать RC-цепь и устранить связанные с ее использованием недостатки, достаточно добавить в схему диод Шоттки, включенный между выводами VDD и VDDF параллельно резистору RC-фильтра (рисунок). Прямое падение напряжения на диоде Шоттки должно быть меньше падения напряжения на паразитном диоде между выводами VDD и GND. Но падение напряжения должно быть достаточно велико, чтобы при нормальной работе он не проводил ток даже при максимальной рабочей температуре. В качестве такого диода был проверен диод Шоттки BAT54 с прямым падением напряжения 300 мВ при температуре +25 °С. Такой диод, включенный между выводами VDD и VDDF обеспечивает следующие преимущества:

  • Решение проблем при запуске устройства. Напряжение на выводе VDDF достаточно точно соответствует напряжению на выводе VDD: они отличаются не более чем на значение прямого падения напряжения на диоде (<300 мВ). Следовательно, когда напряжение на выводе VDD достигает уровня отключения цепей сброса при подаче напряжения питания, напряжение на выводе VDDF уже достигнет уровня, необходимого для безошибочного считывания регистра управления, и обеспечивается старт устройства в правильном режиме.
  • Снижение выходного шума. При добавлении диода становится возможным значительно увеличить емкость конденсатора фильтра C (для обеспечения питания VDDF при операциях чтения ЭППЗУ необходимо значение емкости не менее 0,47 мкФ) и сопротивление резистора R (обычно 1 кОм). Большая постоянная времени может использоваться без присущих ей проблем, связанных с запуском устройства. Независимо от постоянной времени RC-фильтра напряжения на выводах VDD и VDDF не могут отличаться более чем на значение прямого падения напряжения на диоде (<300 мВ). Без использования диода слишком большое значение емкости C привело бы к значительной задержке подачи напряжения питания VDDF при старте устройства и к связанным с этим проблемам запуска. Однако слишком малое значение C привело бы к значительным пульсациям напряжения на выводе VDD, вызывающим увеличение шумов на выходе микросхемы.
  • Улучшенные условия перезарядки ячеек ЭППЗУ. Это вызвано тем, что при напряжении питания VDD = 5 В напряжение на выводе VDDF всегда остается выше минимального допустимого значения 4,5 В.

За дополнительной информацией обращайтесь к официальным дистрибьюторам Maxim в России (www.maxim-ic.ru/contact).

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке