CC BY
27Хотелось бы не только гарантий...
Если помните, дорогие читатели, в «КиТ» № 3/2001 в статье «Фирма гарантирует...» я говорил о том, что вопрос о качестве компонентов многогранен и что мы к нему вынуждены будем возвращаться не раз и не два.
Выполняя обещанное, хочу поделиться с вами своими соображениями, которые возникли при практическом использовании ряда микросхем ведущих зарубежных производителей электронных компонентов.
Александр Фрунзе
Но вначале небольшой экскурс в историю, произошедшую примерно лет десять назад. В конце 80-х гг. наша страна признала Южную Корею, и это дало толчок к многочисленным визитам представителей южнокорейских фирм на еще не развалившиеся к тому моменту предприятия отечественного военно-промышленного комплекса. Один из таких ходоков оказался в институте, где я работал, и после краткого знакомства с проводимыми работами возжелал совместно выпускать изделия, разработкой которых я занимался.
После нескольких раундов переговоров и обильного угощения в корейском ресторане (ох и трудно же есть палочками без привычки!) мы договорились, что наш зарубежный партнер поможет нам перевести нашу разработку на современную импортную элементную базу, а попросту говоря, в следующий свой визит привезет для апробации компоненты, которые мы ему закажем. Мы вооружились единственным имевшимся в нашем распоряжении справочником по зарубежным микросхемам издательства «Радио и связь» и заказали 8085 с периферией, 12-разрядные АЦП от Analog Devices, chopper-усилители от Linear Technology и аккумуляторы типоразмера АА с невиданной тогда емкостью 600 или 700 мА-час.
Спустя полгода наш кореец появился и привез заказанные микросхемы. Мы впаяли их и просто обалдели. Размещенный в 14-выводном корпусе, chopper-усилитель LTC1052 имел раз в 5 меньший дрейф, чем лучшие из собранных нами ранее усилителей на 140УД13 или переключаемых согласованных парах полевых транзисторов. Одна микросхема работала лучше, чем вылизывавшаяся не один год плата с десятком микросхем и сотней других компонентов!
Не меньший восторг вызвал и примитивненький по нынешним понятиям 12-разрядный параллельный АЦП от Analog Devices (сейчас я уже не помню, какой именно). Использовавшийся нами до того 1107ПВ2 уступал ему по всем параметрам, кроме габаритов. В общем, как и предполагалось, электронная схема нашего прибора вышла на уровень, качественно недостижимый при работе на отечественной элементной базе.
Надо ли говорить, что мы просто влюбились в эти замечательные зарубежные фирмы, которые производили еще более замечательные микросхемы? И когда на улице 26 Бакинских Комиссаров откры-
лось представительство «Специал Электроник», предлагавшее со склада микросхемы от фирмы Maxim, а на Профсоюзной улице — фирма «Ав-тэкс», в которой можно было купить практически любую микросхемку от Analog Devices, наша любовь автоматически распространилась и на них. Ведь благодаря им мы получили доступ к этим восхитительным микросхемам вне зависимости от того, приедет ли к нам наш кореец еще раз или нет и будет ли у него желание что-либо везти сюда.
Прошло несколько лет. Появилось несколько десятков новых дистрибьюторов. Мы перестали смотреть на них восторженными глазами, в работе ряда фирм стали заметны недостатки. Не все есть на складах, возросли сроки поставок, многие перестали на халяву давать толстенные каталоги. У каждого разработчика сформировались свои симпатии и антипатии к этим фирмам — один любит покупать микросхемы в «Аргуссофте», другой ни за что не поедет в «Аргуссофт», а все приобретет только в «Ав-тэксе», третий клянет их обоих, но при этом покупает у того из них, у кого подешевле. Словом, всеобщей любви дистрибьюторы уже не вызывают (хотя как минимум «спасибо» они заслуживают — исчезни они, ох как тоскливо станет нашему разработчику...). А вот предлагаемые ими изделия все еще в некотором ореоле. Читаешь описания и datasheets — как же все здорово, просто дух захватывает от открывающихся возможностей!
Вот здесь я поставлю жирную точку на восхитительно-восторженной части своего повествования и перейду к тем ложкам дегтя, которые если и не портят пресловутые бочки с медом, то только потому, что долгие годы, извините за каламбур, этот деготь был нам вместо меда. Розовый туман, сквозь который мы воспринимаем импортные микросхемы, постепенно рассеивается, уступая место здоровому скептицизму. Мы перестаем постоянно сравнивать зарубежные элементы с тем, что нам может предложить все еще лежащая на боку отечественная микроэлектроника. И вот тут-то выясняется, что у них тоже много чего бывает. Например, скандальные ошибки в сопроцессоре Pentium, а до этого, если кто помнит, не менее скандальные зависания первых 486-х.
Но не о процессорах или чипсетах ниже пойдет речь, а о заурядных АЦП. В начале прошлого года я приобрел в «Автэксе» 14-разрядный последователь-
ный АЦП AD7894. Мне предстояло смакетировать прибор, измеряемый параметр которого определялся отношением сигналов от двух датчиков. На следующий день после приобретения микросхемы я запаял ее в плату, написал фрагмент программы, запустил ее и убедился, что микросхема вроде бы функционирует: нуль меряет нулем, максимум — 3FFF. Далее я отладил входные каскады датчиков, мультиплексор, запустил все в комплексе и обнаружил странную вещь. Когда сигналы с датчиков синхронно уменьшались (с сохранением неизменным их отношения), показания прибора также менялись, хотя должны были бы оставаться неизменными. Я тщательно проверил покаскадно уровни сигналов и убедился, что их отношение оставалось неизменным вплоть до входа АЦП. А вот последний оцифровывал сигналы с ошибками. Отсоединив входной мультиплексор, я напрямую подал сигнал на вход АЦП с движка переменного резистора, крайние отводы которого соединялись со входом опорного напряжения АЦП и с землей. Просняв примерно два десятка точек, от максимума до минимума, я убедился, что если входной сигнал лежит в пределах от 10 до 90 % от опорного напряжения, погрешность измерения АЦП не менее 50.100 ед. МЗР.
Тщательно задокументировав все полученные результаты, я отправил их в «Автэкс». Спустя несколько дней после их получения со мной связался технический консультант фирмы. Он отметил, что мой отчет о результатах измерений составлен очень хорошо, нет никаких неясностей и если я хочу, могу привезти микросхему, есть вероятность, что мне возвратят деньги. Однако, поскольку ничего подобного конкуренты Analog Devices не предлагали, а ни в «Автэксе», ни в «Аргуссофте» больше этих микросхем в тот момент не было, я решил повременить с возвратом микросхемы и попытаться скомпенсировать ее нелинейность в микроконтроллере, благо она стабильно воспроизводилась.
Поскольку к этому моменту лимит времени на разработку был исчерпан, я вынужден был применить альтернативное техническое решение. А вопрос с AD7894 отложился на неопределенное время.
Месяца два назад у меня возникла необходимость вернуться к этой микросхеме. И совершенно случайно из разговора с одним опытным разработчиком я узнал, что Microchip (!) рекомендует при работе с подобными быстродействующими АЦП, оснащенными устройствами выборки/хранения, использовать у них на входе повторитель на прецизионном ОУ, а между его выходом и входом АЦП поставить интегрирующую цепочку с постоянной времени 0,1.1 мкс. Когда я это сделал, характеристика АЦП заметно улучшилась.
Для более тщательного проснятия ее я запрограммировал контроллер таким образом, чтобы он измеренный результат умножал на 24810/16383, преобразовывал в двоично-десятичный вид и отображал на 10-разрядном индикаторе. Поскольку напряжение на входе Uref микросхемы составляло именно 2481 мВ,
то на индикаторе должно было отображаться значение напряжения на входе АЦП в мВ-10. Далее я сравнивал эти показания с результатом измерения входного напряжения при помощи поверенного вольтметра Щ300.
Подавая на вход упомянутого повторителя напряжение от 0 до опорного с шагом примерно 100 мВ и фиксируя показания АЦП и измерительного прибора, я с некоторым неудовлетворением констатировал, что расхождение между результатами их измерений заметно больше разумного. Не буду утомлять читателей рассказом о том, как я обрабатывал эти результаты. Скажу лишь, что обработка показала, что если к результату измерения АЦП прибавить 29 (?!) и полученную сумму умножить не на 24810/16383, а на 24690/16383 (??), то расхождение между результатами измерений будут минимальными. Я внес соответствующие изменения в программу, вновь подал на вход напряжения от 0 до опорного, и убедился, что различие в показаниях заметно уменьшилось (до 1.3 единиц младшего разряда на дисплее моего микроконтроллера). Правда, в диапазоне от 0 до 5 мВ АЦП не чувствовал входного сигнала, упорно утверждая, что к его входу приложено не 5 мВ, а 0. Динамический диапазон АЦП составлял, таким образом, всего 54 дБ вместо ожидавшихся 75-80.
Увы, никто из дистрибьюторов Analog Devices ничего не знал ни о повторителе, ни об интегрирующей цепочке на входе, ни о мертвой зоне в диапазоне от 0 до 5 мВ, ни о необходимости постоянного сдвига на 29 или сколь-нибудь иное число единиц. Или не считал нужным сообщить что-нибудь внятное по этому поводу. Восхитительный по описанию, не имеющий на тот момент аналогов 14-разрядный восьмивыводный семимикросекунд-ный АЦП на поверку оказался лишь условно соответствующим одному из своих основных параметров. А я губы раскатал — десятикратный запас по динамическому диапазону в сравнении с ТЗ! Где? Все на самом что ни на есть пределе, и упаси бог заложиться с такими АЦП на серию приборов. Вот такая загогулина получается, как говаривал наш первый президент.
Здесь необходим небольшой комментарий. Если помните, в статье «Фирма гарантирует.» я писал о проблемах, с которыми столкнулся при работе с АЦП AD7880 от Analog Devices, здесь же — опять о проблеме с ее изделием. Но не надо, дорогие читатели, делать из этого вывод, что ADI делает менее качественные микросхемы, чем Maxim или Burr-Brown. Отнюдь нет. Просто в своих разработках я использовал чипов от ADI вдвое больше, чем от Maxim, Linear Technology и Burr-Brown вместе взятых. Отсюда и результат.
Обнаружив столь необычное поведение AD7894, я решил проверить аналогичным образом неоднократно использовавшиеся мной 12-разрядные АЦП МАХ187 от Maxim. Печально, но факт: без уже упоминавшегося буферного повторителя с интегрирующей цепочкой на входе МАХ187 нелинеен на те же 50-80 единиц младшего значащего разряда, что и AD7894, а это в пересчете на максималь-
ный отсчет АЦП даже больше, чем у последнего. Но у него не обнаружено зоны нечувствительности, да и для достижения наилучшего соответствия показаний выполненного на нем вольтметра и Щ300 из результата оцифровки пришлось вычитать всего 4 единички. Это почти на порядок меньше, чем у AD7894, но оно есть, хотя в описании на микросхему нет ссылки на необходимость в подобной корректировке результата измерений.
В завершение я попробовал провести подобный эксперимент с ADS7816 от Burr-Brown. Она меня приятно удивила — в ней не было отмеченных выше проблем. С учетом того, что эта микросхема чрезвычайно дешева и постоянно доступна, например, в принадлежащим «Компэлу» магазине «Митра-кон» у Киевского вокзала, я бы ее назвал лучшим выбором среди последовательных 12-разрядных восьмивыводных десятимикро-секундных АЦП.
Но если вы думаете, дорогие читатели, что достаточно начать применять продукцию Burr-Brown и у вас не будет технических проблем, то вы ошибаетесь. Ходить далеко за примером нет необходимости. Из интервью с директором «Микрокома» С. Шведовым я узнал, что Burr-Brown поставляет чрезвычайно интересную микросхему — относительно быстродействующий 20-разрядный двухканальный сигма-дельта АЦП DDC112 с входными преобразователями ток-напряжение. Ознакомившись с ее описанием, я понял, что микросхема совершенно восхитительна и именно ее мне не хватало в тот момент для полного и законченного счастья. Я позвонил в «Митракон», узнал, что она есть у них в наличии, и в тот же день ее приобрел (кстати, этот магазин мне чрезвычайно симпатичен — широкий выбор, разумные цены, удобное расположение. Единственный недостаток — бывает, что закажешь мик-росхему(ы), получишь подтверждение о наличии, приедешь в конце дня — а они проданы.). Ну так вот, приобрел, и началось.
Вначале отмечу, что она выпускается только в 28-ногом SOIC^. Для макетирования это довольно неудобно — если под DIP еще можно как-то заставить себя быстро нарисовать и протравить плату, под такой SOIC делать ее по подобной технологии берутся лишь виртуозы, к коим я, увы, уже не отношусь. Приходится искать обычную макетку и вести монтаж проводами. А что такое небольшая макетка с пятью десятками идущих во всех направлениях проводников — тем кто не знает, дай бог не сталкиваться. Но это, в общем, ерунда, дальше — круче.
Мне совершенно непонятно, почему разработчики микросхемы не привязали сигнал старта преобразования CONV к тактовому сигналу CLK внутри микросхемы и не сделали внутреннего тактового генератора, требующего подключения лишь внешнего кварцевого резонатора. Все это приходится лепить снаружи, обвешивая эту изумительную микросхему парой тривиальных корпусов TTL-логики среднего быстродействия. Далее, внутри нее отсутствует источник опорного напряжения, его тоже нужно делать отдельно, причем с выходным буферным ОУ. С учетом
всех дополнительных элементов (не только микросхем, но и резисторов, конденсаторов, в том числе и развязывающих шины питания) схема на DDC112 перестала быть столь уж привлекательной в сравнении с имевшимся у меня до того альтернативным техническим решением.
Но главное — несмотря на тщательные развязки по питанию и использование рекомендованной схемы источника опорного напряжения, мне так и не удалось добиться повторяемости хотя бы 16 старших бит измеряемого результата, не говоря уже обо всех 20 битах. Даже при использовании режима ТЕСТ стабильными оставались 13 (ну с некоторой натяжкой 14) бит, младшие 6 при измерении болтались, как флаг на ветру. А стабильные 14 бит можно получить и на вышеупомянутой AD7894, если использовать ее на скоростях, близких к предельным, и применить режим накопления с последующим усреднением. И обвязки такой большой для нее не нужно.
Окончательно развеяла розовый туман в моем восприятии нестабильная работа DDC112 в режиме non-continuous mode. Он необходим при работе с токами микроампер-ного диапазона. В этом режиме микросхема в какие-то моменты времени не реагировала на сигнал старта преобразования — CONV приходил, но спустя положенное время DDC112 не выдавала ответного сигнала готовности данных, и микроконтроллер зависал в его ожидании. В continuous mode ничего подобного не происходило. На этом я сломался. Я забросил макетку с DDC112 на верхнюю полку и собрал устройство на AD7894, благо к этому моменту капризы последней были мной уже изучены. Правда, потребовалось более сложное питание и пяток дополнительных операционных усилителей с мультиплексором, но все с ходу работало, и для отладки потребовало один рабочий день.
Как видите, к сожалению, даже использование комплектующих от мировых лидеров в производстве электронных компонентов не дает вам гарантии от проблем. При этом я бы не рискнул утверждать, что кто-то из этих лидеров в этом смысле хуже, а кто-то лучше —
в среднем качество их изделий сопоставимо. Нет проблем с характеристиками изделий лишь у тех производителей, кто ничего не производит, а эти производят, да еще сколько! Так что научимся с этими проблемами мириться, а заодно избавимся от иллюзий в отношении беспроблемности в использовании импортной элементной базы в части сроков поставок и в части полного соответствия заявленным характеристикам.
Второе соображение, которое я хочу высказать, заключается в следующем. Производители не стоят на месте, и предлагаемые ими изделия становятся все более сложными и разнообразными. Мы получаем информацию о них с сайтов производителей и от дистрибьюторов. Но эта информация однобокая, так как она идет от производителя, а тот акцентирует наше внимание лишь на выигрышных, по сравнению с конкурентами, характеристиках своего изделия. Так что доводимую ими до нас информацию приходится воспринимать с определенной долей скептицизма. Описанные выше проблемы, возникшие у меня с некоторыми из использованных микросхем, — тому подтверждение.
Где можно взять более объективную информацию? По сути дела, сегодня ее получить неоткуда, фрагментарно она есть только у разработчиков-практиков, но они обычно предпочитают не столько делиться своим опытом, сколько знакомиться с чужим. Времена, когда сотни электронщиков стремились опубликовать в «Радио» (других журналов не было) статью с тем или иным результатом своей деятельности, крупицей своего опыта, канули в лету и больше не возродятся. На мой взгляд, есть два варианта решения этой проблемы, но их реализация целиком и полностью зависит от дистрибьюторов.
Первый вариант — создание независимой тестовой лаборатории при журнале, не привязанном ни к одному из дистрибьюторов. Реально таких журналов я знаю только два — «Радио» и «КиТ». Первый, как мне кажется, в силу ряда объективных причин так и не поднимется выше уровня микросхем 555-й и 561-й серии, поэтому он отпадает. Остается только «КиТ». Планы создания подобной ла-
боратории вынашиваются редакцией довольно давно, но нужна определенная финансовая поддержка со стороны дистрибьюторов — оплачивать работы по макетированию и подготовке материалов к публикации. Пока особого рвения в этом направлении у них не обнаружено, хотя, надо отметить, многие согласны поставлять бесплатные образцы микросхем для тестирования.
Второй вариант — создание дистрибьюторами подобных тестовых лабораторий у себя. Он, видимо, более вероятен — фирма будет платить деньги своему сотруднику, а не на сторону. Кроме того, в обязанности этого сотрудника наверняка войдет консультирование пользователей, для чего он должен будет обладать достаточно высоким уровнем технической подготовки (причем не только теоретической, но и практической). С объективностью такой лаборатории, конечно, дела могут обстоять чуть хуже, чем в первом варианте, но все равно появление в штате дистрибьюторов таких специалистов можно только приветствовать.
Я не знаю, сколько времени потребуется нашим ведущим дистрибьюторам для осознания того, что подобные шаги не менее важны, чем регулярная реклама в специализированных журналах. Но думаю, что не очень много. Еще лет шесть назад многие дистрибьюторы считали рекламу в журналах излишней роскошью, предпочитая ей ночные факсовые рассылки. Еще года три назад большинство из них скептически относилось к необходимости создания собственных сайтов, не представляя, как этот не рекламный, а информационный ресурс поможет заметно увеличить объем продаж. Но время идет, и неиспользованных общеизвестных решений, позволяющих поднять эти объемы, становится все меньше и меньше. И неизбежен тот момент, когда в поисках новых идей некоторые из дистрибьюторов вспомнят о высказанных здесь предложениях. И тогда разработчикам станет еще чуть легче в их нелегких изысканиях, несмотря на фокусы, иногда выкидываемые используемыми ими микросхемами. Да и дистрибьюторы, наверное, в накладе не останутся. Осталось только дожить до этого светлого момента. МММ
