О выборе и применении 12-разрядных быстродействующих АЦП

Потребителям ипортнх скоростных АЦП давно были известны проблемы с поставкой в Россию многих из них, в том числе и не военного назначения. Дистрибьюторы объясняли эти сложности необходимостью оформления лицензии. Это похоже на правду, так как на сайтах производителей электронных компонентов и средств их проектирования встречаются упоминания об ограничениях на экспорт в Индию, Китай, Россию и т.д. Тем не менее раньше трудности с поставками в основном преодолевались. За последний же год ситуация в этой области значительно ухудшилась. Так, например, оба официальных дистрибьютора Analog Devices в России («Автэкс» и «Аргуссофт») на момент подготовки статьи не смогли дать удовлетворительного ответа о сроках и хоть каких-то гарантиях поставки популярного АЦП типа AD9220 (12 бит, 10 МГц).

Таким образом, в начале проектирования устройства с применением определенных типов быстродействующих АЦП на первое место выдвигается задача совершенно не технического характера. Может оказаться целесообразным скорректировать проект и технические требования к нему с учетом использования более доступных компонентов. Дополнительную помощь при выборе конкретного типа АЦП может оказать приводимая ниже сводная таблица производимых в мире 12-разрядных АЦП общего назначения на частоты дискретизации (Fs) от 10 до 40 МГц. Этот класс микросхем имеет широкое примение, в том числе и за счет того, что в последние годы цены на них резко снизились. В таблицу не включены АЦП, не рекомендованные для новых разработок, а также имеющие специфические характеристики, ограничивающие их широкое применение, например типы с ЭСЛ выходами.

Примечания к таблице:

1. Сайты упомянутых фирм: Analog Devices —
   www.analog.com, Burr-Brown —
   www.burrbrown. com, Datel —
   www.datel.com, Exar —
   www.exar. com, Intersil (ранее Harris Semiconductor) —
   www.intersil.com, Linear Technology —
   www.linear-tech.com, Maxim —
   www.maxim-ic.com, National Semiconductor —
   www.national.com, Philips —
   www.semiconductors.com/pip/TDA8767H, Signal Processing Technologies —
   www.spt.com.
2. Типовые и предельные значения SNR (отношение сигнал/шум без учета влияния нелинейных искажений) и THD (коэффициент гармоник, обычно со второй по шестую включительно) приводятся из справочных листов на микросхемы. Условия измерений SNR и THD не одинаковы для разных приборов и фирм. В целом они отражают реальные сравнительные соотношения характеристик микросхем. Значения SNR и THD приведены для всего указанного в таблице диапазона рабочих температур.
3. Приблизительно.
4. Требуется внешний источник опорного напряжения.
5. При температуре +25 °C.
6. Из справочных листов не очевидно, для какого диапазона температур.
7. Имеется вывод для подключения точки заземления входного сигнала.
8. Имеются исполнения TDA8767H/1 и TDA8767H/2 для значений Fs соответственно 10 и 20 МГц.
9. Требуются дополнительные переговоры. Параметры микросхем в военном исполнении в справочных листах не приведены.
10. Идентичны соответствующим микросхемам MAX1170, MAX1171 и MAX1172, но упоминаний об этом в справочных листах обоих фирм нет.

Как следует из таблицы и примечания 10 к ней, подавляющее большинство рассмотренных быстродействующих АЦП имеют дифференциальный вход. В этой связи представляется целесообразным упомянуть о микросхеме AD8138 (Analog Devices), поставки которой начались в конце 1999 г. AD8138 представляет собой операционный усилитель с дифференциальными выходами (Differential ADC Driver), который ориентирован на использование во входных цепях многих типов АЦП. AD8138 рассчитан на диапазон рабочих температур -40…+85 °C. Схема применения AD8138 приведена на рисунке.

Типовые значения некоторых параметров AD8138 при питании ±5 В, температуре +25°C, коэффициенте усиления +1 и размахе дифференциального выходного напряжения 2 В:

• время установления (до точности 0,01 %) — 16 нс;
• полоса частот (по уровню -3дБ) — 265 МГц;,
• спектральная плотность напряжения шума (на частотах 100 кГц…40 МГц) — 5нВ/ЦГц;
• нелинейные искажения (значение второй гармоники при дифференциальной нагрузке 800 Ом) — -94дБ и -87дБ соответственно для сигналов 5 МГц и 20 МГц;
• температурный дрейф напряжения смещения — 4 мкВ/°C.

Эти характеристики обеспечивает возможность применения AD8138 для всех рассмотренных в таблице АЦП без ухудшения их параметров. В AD8138 имеется специальный вход для установки синфазного напряжения смещения выходов Uсм (см. рисунок) с коэффициентом передачи 1:1. Напряжение на этот вход подается или с каких-нибудь выводов АЦП, или от внешнего делителя с фильтром. Такая схема обеспечивает обработку сигналов переменного тока с сохранением связи по постоянному. Она является хорошей заменой варианту с применением трансформатора на входе АЦП. Возможность работы AD8138 от одного питания +5 В, как и для большинства АЦП рассмотренных типов, минимизирует число внешних компонентов также и за счет исключения цепей защиты входов АЦП. В такой реально работающей схеме при R2 = 2·R1 диапазон изменения Uвх составляет -1,25…+1,25 В, и полный размах всего входного сигнала АЦП равен 5 В. При этом несколько увеличивается коэффициент гармоник (до -78 дБ при сигнале 1 МГц), но в достаточно большом круге применений важнее получение минимального SNR, который в такой схеме определяется параметрами АЦП. AD8138 также целесообразно использовать в схемах дифференциальных передатчиков сигналов в линию, полностью реализуя все преимущества, присущие этому способу передачи сигналов.Попутное замечание. В справочных листах на AD8138 (Rev. 0) имеются весьма опасные опечатки — в схемах конкретных применений (Figure 40. и 41.) указаны прямо противоположные номера выводов подачи питания. И вообще, ошибки в справочных листах становятся скорее правилом, чем исключением.

Применение микросхем типа AD8138 позволяет провести своего рода унификацию входных цепей быстродействующих АЦП многих типов. Она доступна в свободной продаже.

В свете же упомянутых неопределенностей с поставками АЦП переработка проекта или даже изделия может обойтись вам дешевле, чем обивание порогов поставщиков компонентов с трудно прогнозируемым результат.