Микросхемы с низким энергопотреблением от компании Analog Devices. Часть 2. Малопотребляющие ацп Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 2'2004

Продолжение. Начало в № 1'2004

Микросхемы с низким энергопотреблением

от компании Analog Devices

Часть 2. Малопотребляющие АЦП

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.

е-

Олег Романов

[email protected]

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.

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 сигма-дельта 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 MS0P10 (mS0IC10) и диапазон рабочих температур -40...+105 °С. AD7788, AD7789, AD7790 иAD7791 находят широкое применение в аппаратуре измерения давления, веса и температуры, особенно в портативном исполнении (рис. 2).

Компоненты и технологии, № 2'2004

Когда требуется совместить многоканаль-ность 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 температурный 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 сигма-дельта 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

Таблица 1. Классификация сигма-дельта АЦП по применению и основным параметрам

Мало-

потребля-

ющие

24-

разрядные

сигма-

дельта

АЦП

16-

разрядные

сигма-

дельта

АЦП

AD7789

AD7791

AD7719

AD7782

AD7783

AD7718

AD7714

AD7788

AD7790

AD7705

AD7706

AD7707

AD7708

Для

измерения

темпера-

туры

AD7711

AD7714

AD7719

AD7783

AD7709

AD7710,

AD7714

AD7719

AD7730

AD7791

Для электронных весов Много- канальные

AD7710

AD7711A

AD7713

AD7714

AD7714 AD7718

AD7719 AD7719

AD7730 AD7730

AD7730L AD7730L

AD7789 AD7731

AD7791 AD7732 AD7734 AD7738 AD7739 AD7782

AD7705

AD7788 AD7790 AD7706 AD7707 AD7708 AD7709

С буфером с Uвх до шин питания

Высоко-

вольтный

аналоговый

(Rail-to-Rail) вход ±10 В

AD7714

AD7718

AD7719

AD7730

AD7730L

AD7731

AD7732

AD7734

AD7738

AD7739

AD7782

AD7783

AD7789

AD7791

Конфигурируемые с помощью выводов

AD7705

AD7706

AD7707

AD7708

AD7709

AD7715

AD7788

AD7790

AD7712

AD7732

AD7734

AD7707

AD7782 AD7783

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.

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, отноше-

LCD

DRIVER

Высокоточный мультиметр

+V6I/P

о------

VBAT

гН-

Vdd

EXT

REF

GND

AIN

BUF>

MICRO

CONTROLLER

DOUT

16-BIT

S-Д ADC

-ve l/P

о--------

Рис. 2. Пример применения AD7791

AD7791

DIN

SCLK

SERIAL

INTERFACE

&

CONTROL

LOGIC

INTERNAL

CLOCK

Для

давления

Компоненты и технологии, № 2'2004

Таблица 2. Сигма-дельта АЦП компании Analog Devices

Наимено- вание Число каналов Частота вых. данных, SPS Uвх, В Коэф. подавления на 50 Гц, дБ Интер- фейс ИОН внутр./ внешн., В Ку встроенного усилителя Бу- фер I встроенного ист. тока, мкА !п макс. в «спящем» режиме, мкА !п макс., мА U^ В Корпус Примечания

16 бит

AD7788 1 диф. 16,6 ±иион 65 SPI -/0,1.ип + 1 0,073 2,5.5,25 mS0IC10

AD7709 2 диф. или 4 пс. диф. 105 ±иион, 0...иион 100 SPI -/1.ип 1.128 + 200 (2шт.) и 25 6,5 1,75 2,7...5,5 TSS0P24

AD7790 1 диф. 120 ±иион 80 SPI -/0,1.ип 1.8 + 1 0,145 2,5.5,25 mS0IC10

AD7715 1 диф. 500 ±иион, 0...иион 98 SPI -/1.ип 1.128 + 20 2 3.3,6 (AD7715-3), 4,75.5,25 (AD7715-5) S0IC16, TSS0P16, PDIP16

AD7705 2 диф. 500 ±иион, 0...иион 98 SPI -/1.1,75 (3 В), -/1.3,5 (5 В) 1.128 + 16 1,3 2,7.5,25 S0IC16, TSS0P16, PDIP16

AD7706 3 пс. диф. 500 ±иион, 0...иион 98 SPI -/1.1,75 (3 В), -/1.3,5 (5 В) 1.128 + 16 1,3 2,7.5,25 S0IC16, TSS0P16, PDIP16

AD7707 3 (2 пс. диф. и 1 диф.) 500 ±10, ±иион, 0...иион 98 SPI -/1.1,75 (3 В), -/1.3,5 (5 В) 1.128 + 18 1,45 2,7.5,25 S0IC20, TSS0P20

AD7708 10 пс. диф. (5 диф.) 1365 ±иион, 0...иион 100 SPI -/1.ип 1.128 + 30 1,75 2,7.5,25 S0IC28, TSS0P28

AD7701 1 4000 ±иион, 0...иион 80 посл. -/2,5 2 7,5 4,5...5,5 S0IC20, SS0P28, PDIP20, CERDIP20 полоса10 Гц

20 бит

AD7703 1 4000 ±иион, 0...иион 75 посл. -/2,5 2 7,5 4,5...5,5 S0IC20, PDIP20, CERDIP20 полоса10 Гц

22 бит

AD7716 4 АЦП 140 ±иион 90 посл. -/2,5 - 10 ±5 MQFP44, PLCC44

24 бит

AD7789 1 диф. 16,6 ±иион 65 SPI -/0,1.ип + 1 0,073 2,5.5,25 mS0IC10

AD7783 1 диф. 20 ±иион 60 SPI -/1.ип 1, 16 + 200 (2 шт.) 24 1,7 2,7.5,25 TSS0P16 конфигурируемый выводами

AD7782 2 диф. 20 ±иион 60 SPI -/1.ип 1, 16 + 200 (2 шт.) 24 1,7 2,7.5,25 TSS0P16 конфигурируемый выводами

AD7719 6 (3 диф.) 2 АЦП (24 и 16 бит) 105 ±иион, 0...иион 100 SPI -/1.ип 1.128 + 200 (2 шт.) 1 0,75 2,7.5,25 S0IC28, TSS0P28 темп. датчик

AD7791 1 диф. 120 ±иион 80 SPI -/0,1.ип + 1 0,145 2,5.5,25 mS0IC10

AD7713 3 (2 диф.) 200 ±иион, 0...иион, 0.4иион 100 SPI -/2,5.2,8 1.128 200 (2 шт.) 60 1,6 4,75.5,25 S0IC16, PDIP16, CerDIP

AD7730L 2 диф. 600 ±иион, 0...иион 88 SPI -/1.ип 31,25.250 + 25 25 4,75.5,25 S0IC24, TSS0P24 ЦАП 6 бит, для смещения

AD7718 10 пс. диф. (5 диф.) 1365 ±иион, 0...иион 100 SPI -/1.ип 1.128 + 30 1,75 2,7.5,25 S0IC28, TSS0P28

AD7710 2 диф. 1000 ±иион/2, 0...иион 100 SPI 2,5/2,5.5 1.128 20 1500 10 5 или ±5 S0IC24, PDIP24, CerDIP24

AD7711 2 (1 диф.) 1000 ±иион, 0.иион 100 посл. 2,5/- 1.128 200 (2 шт.) 1500 10 5 или ±5 S0IC24, PDIP24, CerDIP24

AD7711A 2 диф 1000 ±иион, 0.иион 100 посл. 2,5/- 1.128 400 1500 10 5 или ±5 S0IC24

AD7712 2 (1 диф.) 1000 ±4иион, 0.4иион 100 посл. 2,5/- 1.128 1500 10 5 или ±5 S0IC24, PDIP24, CerDIP24

AD7714 5 пс. диф. (3 диф.) 1000 ±4иион, 0.4иион 100 SPI -/2,5 1.128 + 40 1,9 2,7.3,6 (AD7714-3), 4,75.5,25 (AD7714-5) S0IC24, TSS0P28, PDIP24

AD7730 2 диф. 1200 ±иион, 0.иион 88 SPI -/1.ип 31,25.250 + 25 25 4,75.5,25 S0IC24, TSS0P24, PDIP24 ЦАП 6 бит, для смещения

AD7731 5 пс. диф. (3 диф.) 6400 ±иион, 0.иион 88 SPI -/1.ип 2.31,25 + 25 13,5 4,75.5,25 S0IC24, TSS0P24, PDIP24

AD7739 8 (4 диф.) 15133 ±0,625, ±1,25, ±2,5, 0.0,625, 0.1,25, 0.2,5 75 SPI -/2,5 + 80 16,3 4,75.5,25 TSS0P24

AD7732 2 диф. 15437 ±5, ±10, 0.5, 0.10 75 SPI -/2,5 + 140 16,3 4,75.5,25 TSS0P28

AD7734 4 15437 ±5, ±10, 0.5, 0.10 75 SPI -/2,5 + 100 16,3 4,75.5,25 TSS0P28

AD7738 8 (4 диф.) 15437 ±0,625, ±1,25, ±2,5, 0.0,625, 0.1,25, 0.2,5 75 SPI -/2,5 + 80 16,3 4,75.5,25 TSS0P28

Компоненты и технологии, № 2'2004

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

Наименование Разрешение, бит Частота дискретизации, кГц Un, В Корпус

AD7468 8 200 1,6-3,6 mS0IC8, S0T23-6

AD7478 8 1000 2,35-5,25 mS0IC8, SC70-6

AD7467 10 200 1,6-3,6 mS0IC8, S0T23-6

AD7477 10 1000 2,35-5,25 mS0IC8, SC70-6

AD7466 12 200 1,6-3,6 mS0IC8, S0T23-6

AD7476 12 1000 2,35-5,25 mS0IC8, SC70-6

AD7940 14 100 2,5-5,25 mS0IC8, S0T23-6

AD7680 16 100 2,5-5,25 mS0IC8, S0T23-6

ние «сигнал/шум» 100 дБ, коэффициент гармоник 115 дБ и диапазон входного дифференциального сигнала ±5 В.

Многие портативные системы используют в качестве источников питания никель-кад-миевые 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 AD7468 8/10/12-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 макси-

мальную эффективность при более низкой производительности. Ток потребления в «спящем» режиме составляет 0,5 мкА максимум.

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.

Другие многоканальные АЦП последовательного приближения, имеющие такую же внутреннюю структуру и технические характеристики, как и AD7490, но отличающиеся

REFIN VD[

—О-------<?

v,„0

V,„15

I/P

MUX

12-BIT

SAR

ADC

t CONTROL LOGIC

CHANNEL SEQUENCER

AD7490

cs

SCLK

SDATA

DIN

GND Vdrive Рис. 6. Структурная схема АЦП AD7490

количеством каналов и разрядностью, представлены в таблице 4.

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.

Продолжение следует

Таблица 4. Многоканальные АЦП последовательного приближения компании Analog Devices

Разрядность, бит 16 каналов 8 каналов 4 канала

12 AD7490 AD7928 AD7924

10 AD7918 AD7914

8 AD7908 AD7904

Vdd

GND

Рис. 5. Структурная схема АЦП семейств AD747x/AD746x