CC BY
203Компоненты и технологии, № 8'2004
Новые сигма-дельта АЦП
фирмы Analog Devices
Фирма Analog Devices предлагает новую линейку сигма-дельта аналого-цифровых преобразователей, обладающих высокой точностью, малым энергопотреблением и высокой степенью интеграции.
для применения в портативных устройствах с автономным питанием. Выпускаются они в 10-вывод-ном корпусе MSOP с размерами 3x3 мм (4,9x3 мм, если учитывать и выводы).
АЦП AD7788 и AD7790 — 16-битные АЦП, обеспечивающие 16-разрядное разрешение. АЦП AD7789 и AD7791 имеют разрядность 24 бит, и их разрешающая способность соответствует 19,5 разрядам «от пика до пика», то есть на выходе можно получить 19 бит «без дрожания».
Более подробно ознакомиться с терминологией и теоретическими аспектами, связанными с разрядностью АЦП, можно в руководстве AN-615: «Разрешающая способность “от пика до пика” и эффективная разрешающая способность», доступном в Интернете [1].
Сразу оговоримся: для того, чтобы получить обещанные 19 разрядов, необходимо приложить некоторые инженерные усилия: обеспечить грамотную схемотехнику, правильную разводку платы с наличием «земляной» поверхности, обеспечить развязку аналоговых и цифровых сигналов и т. д. Если собрать подобную схему на универсальной макетной плате с помощью проводного монтажа, можно гарантировать, что нескольких значащих разрядов вы не досчитаетесь. О тонкостях проектирования подобных аналогоцифровых устройств рассказано в главе 10 «Семинара по обработке сигналов», доступного в Интернете [2].
Разрешающая способность перечисленных АЦП соответствует приведенному ко входу шуму величиной 1,5 мкВ (среднеквадратичное значение, RMS).
Алексей Власенко бщее у микросхем, обсуждаемых в настоя-
щей статье, — это новое малопотребляющее
О
alexey.vlasenko@analog.spb.ru прецизионное сигма-дельта ядро. Все они
имеют встроенный тактовый генератор и снабжены ЭРГ-совместимым последовательным интерфейсом.
Кроме того, во всех АЦП данного семейства имеется встроенный программируемый цифровой фильтр. Амплитудно-частотная характеристика цифрового фильтра зависит от установленной частоты обновления сигнала на выходе. Если частота обновления сигнала на выходе АЦП устанавливается равной 16,6 Гц, то АЧХ фильтра имеет минимумы на частотах 50 и 60 Гц, что обеспечивает подавление сетевых помех и повышение точности измерений. При более низкой частоте обновления сигнала на выходе преобразователь, как правило, обеспечивает более высокую точность, но не всегда: необходимо учитывать АЧХ фильтра и влияние помех.
Включение функциональных узлов преобразователей, выбор канала, а также параметры цифрового фильтра устанавливаются с помощью внутренних регистров, которые программируются через интерфейс ЭРГ.
Сигма-дельта АЦП AD7787, AD7788, AD7789, AD7790, AD7791
Первые (базовые) представители данного семейства — это аналого-цифровые преобразователи ЛБ7787-Л07791. Все они отличаются малым энергопотреблением и предназначены, прежде всего,
GND
Vdc
-О-
AD7788/AD7789
REFIN(+) REFIN(-)
—о—о—
ЕЛ АЦП
*AD7790:16-BIT ADC *AD7791:24-BIT ADC
Рис. 1. Структурные схемы АЦП AD7788-91
32 кГц ТАКТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС И УПРАВЛЯЮЩАЯ ЛОГИКА
t DOUT/RDY
> DIN AIN(+)
> SCLK AIN(-)
) cs
Компоненты и технологии, № 8'2004
Рис. 2. Структурная схема АЦП ЛЭ7787
Как видно из рис. 1, преобразователи ЛБ7790/91 отличаются от АЦП ЛБ7788/89 наличием буфера. Типичное энергопотребление в рабочем режиме у вышеупомянутых четырех микросхем — около 65 мкА. Если включен входной буфер у ЛБ7790/91, то ток потребления несколько больше — около 150 мкА.
АЦП ЛБ7787 — 24-разрядный АЦП, отличающийся наличием двухвходового мультиплексора, который обеспечивает один дифференциальный и один однополярный вход.
Сигма-дельта АЦП AD7792, AD7793, AD7794
Данные АЦП имеют то же малопотребляющее ядро, что и описанные выше преобразователи, но имеют более высокую степень интеграции и содержат дополнительные функциональные узлы, позволяющие упростить и удешевить схемотехнику.
АЦП ЛБ7792 — 16-разрядный, ЛБ7793 и ЛБ7794 — 24-разрядные.
В данных АЦП имеется встроенный инструментальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления в пределах 1...128. Благодаря наличию малошумящего инструментального усилителя разрешающая способность этих АЦП при коэффициенте усиления 64 соответствует среднеквадратичному значению шума 80 нВ (при частоте обновления сигнала на выходе АЦП, равной 16,6 Гц).
Входной мультиплексор обеспечивает три (в ИС ЛБ7792/93) или шесть (в ИС ЛБ7794) дифференциальных входов.
Также имеются встроенные источники опорного напряжения (с возможностью подключения внешнего источника), источники тока возбуждения датчика, источники смещения входов, а в микросхеме ЛБ7794 — схема определения наличия источника опорного напряжения и заземленный электронный ключ, назначение которого будет пояснено ниже.
На рис. 5 показана типичная схема включения АЦП ЛБ7794. Здесь имеется два тензо-мостовых датчика давления и резистивный датчик температуры (ИТБ). Обратите внимание, что все три датчика подключены по схеме измерения соотношений (гайоше!-ис, в русскоязычной технической литературе иногда применяется термин «логометрическое измерение»). То есть в качестве опорного напряжения используется напряжение возбуждения датчика (если в качестве датчи-
ка — тензомост) или падение напряжения на прецизионном и термостабильном резисторе ИКЕР (если в качестве датчика ИТБ). Такая схема включения обеспечивает наиболее высокую точность измерений, поскольку точность перестает зависеть от стабильности источника возбуждения датчика и опорного
источника. Логометрическую схему можно реализовать, если вход аналогового сигнала и вход опорного напряжения являются дифференциальными входами.
Датчик температуры в данной схеме призван служить средством компенсации температурной погрешности измерений. Для получения высокой точности прибора в широком температурном диапазоне требуется произвести калибровку устройства при разных температурах и использовать при работе полученные калибровочные коэффициенты.
Датчики ИТБ часто применяются совместно с сигма-дельта АЦП в составе прецизионных измерительных систем; они обладают высокой линейностью, точностью, надежностью и могут работать в широком температурном диапазоне.
Два одинаковых источника тока предназначены для компенсации падения напряжения на проводах, идущих к датчику, при трехпроводной схеме подключения (более подробно об этом см. статью «Возбуждение датчиков
GND AV,
REFIN(+)/AIN(+) REFIN(—)/AIN(—) ' ^
AIN 1 (+) AINl(-) AIN2(+) AIN2(~)
Рис. 3. Структурная схема АЦП ЛР7792/93
CLK
AIN1(+ Al N1 (■ AIN2(+ AIN2(-AIN3(+ AIN3(-AIN5(+)/OUT2 AIN5(-}/OUTl AIN6(+)/Pl AIN6(-)/P2
РБУУб-сГ
Рис. 4. Структурная схема АЦП ЛР7794
ГТ\—1 ^
^ IN-AMP^ /SIGMA DELTA
SERIAL
INTERFACE
AND
CONTROL
LOGIC
INTERNAL
CLOCK
SPI SERIAL INTERFACE
Рис. 5. Схема измерителя скорости потока жидкости на базе АЦП ДР7794
Компоненты и технологии, № 8'2004
Таблица
в измерительных системах и применение ИС AD7711 и AD7730» в Интернете [1]).
Обратите внимание, что тензомосты на рис. 5 подключены через «заземленный» ключ, входящий в состав АЦП AD7794. Это позволяет включать ток через тензодатчики только по мере необходимости и таким образом делает устройство более экономичным, что важно для аппаратуры с автономным питанием. АЦП также может быть переведен в режим отключения (power-down), при этом ток потребления не будет превышать 1 мкА.
Сигма-дельта АЦП AD7798 и AD7799
АЦП AD7798 — 16-разрядный, AD7799 — 24-разрядный.
АЦП AD7799 обладает наиболее высокой точностью среди приборов, обсуждаемых в настоящей статье. Это один из наиболее прецизионных АЦП на сегодняшний день.
Данные АЦП позиционируются как преобразователи для электронных весов среднего и высокого класса точности.
При коэффициенте усиления встроенного усилителя, равном 64, разрешающая способ-
ность АЦП AD7799 составляет 65 нВ (RMS шума, приведенного ко входу) при частоте обновления сигнала на выходе 16,6 Гц, и 30 нВ — при частоте 4 Гц.
Резюме
Все АЦП, о которых говорится в настоящей статье, обладают малым энергопотреблением — от 65 мкА (AD7788/89) до 400 мкА у более «оснащенных» АЦП типа AD7792-AD7799. Напряжение питания АЦП составляет от 2,7 до 5,25 В.
АЦП выпускаются в чрезвычайно компактных корпусах типа 10-выводных MSOP (AD7787-AD7791) и корпусах TSSOP с 16 выводами (AD7792, AD7793, AD7798, AD7799) или с 24 выводами (AD7794).
В каких направлениях будет расширяться данное семейство АЦП в обозримом будущем? Конечно, непрестанно идет работа над снижением уровня шума и повышением точности и разрешающей способности. Планируется выпуск сигма-дельта АЦП с интерфейсом I2C. Ожидается появление приборов с напряжением питания 1,8 В. Также эволюция движется и в сторону повышения порта-
АЦП Описание Цена* за шт. в партии 1000 шт.
AD7788/89 16/24-разр., RMS шума 1,5 мкВ, диапазон аналогового сигнала ±2,5 В, потребление 65 мкА Применение: портативное оборудование $> $• ,, "9 ч'<-’ 5/
AD7790/91 16/24-разр., + внутр. буфер Применение: портативное оборудование $ 25 ,, 3/
AD7787 24-разр., 2-канальный ~$3,83
AD7792/93 16/24-разр., + инструм. усилитель, RMS шума 80 нВ, + источник опорного напряжения, источники тока, источники смещения Vg^. Применение: термопары, датчики RTD $3,99/ $5,10
AD7798/99 16/24-разр., + инструм. усилитель, нет И.О.Н., RMS шума 65 нВ Применение: датчики давления, веса 0/ 5 СО, с°, $3 $4
AD7794 16/24-разр., + инструм. усилитель, 6-канальный Применение: многоканальные устройства $5,80
Намечается Версия с интерфейсом I2C Версия с напряжением питания 1,8 В Версия с корпусом SOT-23 Версия с более низким уровнем шума
* Указанные цены действуют только на территории США. Они приведены только в качестве ориентировочных. На территории России, СНГ и Балтии действуют другие цены.
тивности приборов: намечается выпуск сигма-дельта АЦП в корпусах типа 80Т-23.
И наконец, последнее по порядку изложения, но не по важности — новые сигма-дельта АЦП обладают весьма привлекательными ценами. В сравнении с ранее выпускавшимися приборами аналогичного класса цены снижены приблизительно в 2-3 раза. ИИ
Литература
1. http://www.analog.com.ru/Public/public.htm
2. http://www.analog.com.ru/Public/10.pdf
