Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 17 июня
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Многоканальные АЦП с синхронной выборкой фирмы Maxim для промышленных систем сбора и обработки данных

Существует немало приложений, в которых для измерения динамических характеристик процессов требуются многоканальные АЦП, имеющие не только высокую производительность и точность, но и обеспечивающие одновременную выборку всех каналов. Компания Maxim выпускает широкий ассортимент АЦП, удовлетворяющих требованиям различных промышленных применений и обладающих передовыми характеристиками и производительностью. В статье представлены многоканальные АЦП фирмы Maxim с одновременной выборкой.

Конвейерные или сигма-дельта АЦП для телекома

АЦП является ключевым компонентом в приемных каналах цифровой связи, и его правильный выбор имеет решающее значение в оптимизации разрабатываемой системы. В статье обсуждается вопрос о том, какие факторы определяют выбор АЦП, как задать его параметры и чему отдать предпочтение в том или ином случае — конвейерному либо сигма-дельта АЦП.

Как синхронизировать выборку высокоскоростных АЦП и ЦАП в современных системах связи

Новые поколения систем связи требуют обеспечить точную синхронизацию каналов передачи данных, в которых используются высокоскоростные АЦП и ЦАП. В статье рассмотрены требования к синхронизации выборки преобразователей данных нисходящего канала связи OFDM-системы, а также методы синхронизации, установленные в новом стандарте сопряжения высокоскоростных преобразователей данных и логических устройств JEDEC JESD204A.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

9 апреля

Микросхемы ЦАП фирмы Maxim Integrated Products

Фирма Maxim разрабатывает и производит микросхемы ЦАП свыше 20 лет. Сегодня она выпускает, пожалуй, самую широкую номенклатуру данного класса — более 500 типов, среди которых — ЦАП с разрешением от 4 до 16 разрядов: от самых простых и дешевых, в корпусах SOT23, до сложных высокоточных 16-разрядных многоканальных устройств для промышленных измерений. Обзор знакомит читателя с основными классами микросхем ЦАП, а также с новинками, разработанными фирмой за последние годы.



Микросхемы ЦАП широко используются во многих приложениях, где требуется цифровая регулировка напряжения и тока или синтез аналоговых сигналов произвольной формы. Основные параметры ЦАП — точность (определяется разрядностью, линейностью и погрешностью); быстродействие; тип интерфейса; диапазон питающих напряжений; диапазон выходного сигнала; тип выходного сигнала (ток/напряжение); потребляемая мощность и стоимость. Существенным при выборе может стать наличие или отсутствие встроенного источника опорного напряжения. Цена в первую очередь зависит от разрядности, точности, быстродействия, числа каналов и типа корпуса.

Основные параметры и классификация ЦАП

Микросхемы ЦАП, представленные на сайте Maxim, условно разделены на классы:

  • микросхемы малой и средней разрядности: до 12 разрядов (261 тип);
  • микросхемы большой разрядности — от 12 до 16 разрядов (235 типов);
  • высокоскоростные ЦАП с частотой преобразования выше 1 МГц (43 типа);
  • схемы выборки и хранения аналогового сигнала (схемы расширения каналов ЦАП) (4 типа).

Кроме того, в отдельных классах представлены цифровые потенциометры (140 типов), цифровые программируемые делители напряжений и аудиокодеки (находятся в разделе audio), которые также представляют собой микросхемы цифро-аналогового преобразования.

Интерфейс данных, разрядность и число каналов

Компания Maxim выпускает ЦАП с параллельными и с последовательными интерфейсами. Параллельный интерфейс, как правило, используется для скоростных ЦАП. Для высокочастотных ЦАП, работающих в гигагерцовом диапазоне, используется дифференциальный интерфейс LVDS. Последовательные интерфейсы (SPI, I2C) более предпочтительны для большинства применений с управляющим микроконтроллером, поскольку требуют меньшего числа проводников и допускают простое каскадирование микросхем. В таблице 1 представлены возможные варианты выбора ЦАП Maxim по числу каналов, разрядности и типу интерфейсов.

Таблица 1. Разрешение, число каналов и типы интерфейсов

Число
каналов

 

Разрешение (разрядность)/тип интерфейса

≤ 8

10

12

13

14

16

1

Последовательный
Параллельный

Последовательный
Параллельный

Последовательный
Параллельный

Последовательный

Последовательный
Параллельный

Последовательный

2/3

Последовательный
Параллельный

Последовательный

Последовательный
Параллельный

Последовательный

Последовательный

4

Последовательный
Параллельный

Последовательный

Последовательный
Параллельный

Последовательный

8

Последовательный
Параллельный

Последовательный

Последовательный


Параллельный


Параллельный

16/32

Последовательный

Последовательный

Нелинейность и погрешность ЦАП

Интегральная нелинейность (ИНЛ) представляет собой отклонение передаточной функции ЦАП от линейной. ИНЛ определяется для каждой ступени передаточной функции и измеряется числом младших значащих разрядов (МЗР). Наличие нелинейности обусловлено особенностями технологического процесса. У недорогих ЦАП ее значение может достигать 20…40 МЗР. Однако эту нелинейность можно скомпенсировать программно, поскольку она стабильна во времени и носит регулярный характер. Для прецизионных ЦАП используется лазерная подгонка делителей, которая и обуславливает их большую цену. Однако благодаря такой подгонке нелинейность высокоточных ЦАП удается снизить до 1 МЗР.

Дифференциальная нелинейность (ДНЛ) — отклонение передаточной характеристики от идеальной. Здесь важна монотонность характеристики ЦАП. Кроме того, передаточная характеристика практически не должна меняться от времени, что достигается технологическими приемами изготовления микросхемы.

Погрешность смещения — значение на выходе ЦАП при нулевом коде. Эта погрешность обусловлена паразитными токами утечки. Для компенсации погрешности смещения требуется внешняя схема калибровки. Калибровка производится управляющим микроконтроллером при запуске устройства или время от времени, или вручную — при настройке.

Источник опорного напряжения

Источником опорного напряжения (ИОН) определяется как диапазон выходных значений, так и точность ЦАП. Выпускаются как варианты ЦАП, рассчитанные на работу с внешним опорным источником, так и со встроенным ИОН. Для прецизионных ЦАП, как правило, используется внешний источник, позволяющий реализовать высокую точность и температурную стабильность выходных параметров ЦАП.

Тип выходного каскада

Параметры выходного каскада определяются типом выхода (напряжение/ток — voltage/current) и наличием буферного (buffered/non-bufferеd) усилителя. Для ЦАП с токовым выходом предусмотрены варианты с различным направлением выходного тока (втекающий/вытекающий — sink/source). Практически во всех современных ЦАП Maxim используется выходной буферный усилитель, наличие которого позволяет сократить число дополнительных внешних компонентов.

Недорогие 6-разрядные ЦАП в корпусе SOT23 с низким потреблением

Микросхема MAX5365 является недорогим ЦАП низкой разрядности со встроенным ИОН на 2 В. Ее основные параметры:

  • предустановка в ноль при включении питания;
  • широкий диапазон напряжений питания — 2,7….5,5 В;
  • режим пониженного энергопотребления с током менее 1 мкА;
  • 3-проводный SPI/QSPI/MICROWIRE-совместимый интерфейс;
  • низкий потребляемый ток — 230 мкА.

16-разрядные ЦАП MAX5204–MAX5207

Микросхемы этой серии отличает низкое потребление и умеренная для 16-разрядного разрешения цена. Их основные параметры:

  • последовательный 3-проводный SPI/QSPI/MICROWIRE-совместимый интерфейс;
  • выходной сигнал — напряжение;
  • выходная схема rail-to-rail (размах выходного сигнала равен питающему напряжению);
  • внешний ИОН;
  • напряжение питания — 5 В (MAX5204 и MAX5205); 3,3 В (MAX5206 и MAX5207);
  • низкий ток потребления — 500 мкА;
  • интегральная нелинейность — 20…40 МЗР;
  • температурная компенсация во всем рабочем диапазоне температур;
  • функция автоматической начальной установки на ноль (MAX5205 и MAX5207) или середину шкалы (MAX5204, MAX5206).

Микросхема поставляется в 10-выводном микрокорпусе μMAX размером 5×3 мм. Выпускаются исполнения для расширенного температурного рабочего диапазона (–40…105°С).

Многоканальные ЦАП

Многоканальные ЦАП используются в системах автоматического измерения для синтеза тест-сигналов. В номенклатуре Maxim — свыше 300 типов ЦАП с числом каналов 2—32, разрядностью 8—16, с последовательным или параллельным интерфейсом. Из них только 16-разрядных ЦАП — 50 наименований. Для примера рассмотрим структуру 32-канальных ЦАП MAX5762–MAX5765 на 16 разрядов, имеющих DSP-совместимый последовательный интерфейс с тактовой частотой до 33 МГц.

Каждый канал имеет индивидуальные настройки коэффициента усиления и смещения. Для минимизации шумов переходных процессов при смене выходного сигнала предусмотрены двойные входные буферы. Выходной буфер имеет импеданс 10 кОм. Благодаря встроенной схеме температурной компенсации выходное напряжение ЦАП стабильно во всем диапазоне рабочих температур. Для увеличения числа каналов можно каскадировать нескольких микросхем в цепочку (daisy chain). Предусмотрен режим обратного считывания загружаемых данных по последовательному каналу (reedback).

Схемы выборки/хранения аналоговых сигналов ЦАП

Альтернативным вариантом для расширения числа каналов ЦАП может быть использование многоканальных схем выборки/хранения с мультиплексорами. В отдельных случаях этот вариант может оказаться более выгодным по сравнению с многоканальным ЦАП.

В данном варианте используется один ЦАП. Преобразование выполняется последовательно для каждого канала, а полученные данные в аналоговом виде записываются через коммутатор в каскад выбранной аналоговой памяти. Следует учесть, что в отличие от многоканальных ЦАП, в этом случае смена данных в каналах происходит не одновременно, а последовательно по мере защелкивания схем выборки.

Maxim выпускает четыре типа микросхем выборки/хранения — MAX5165/66/67/68 . Все они имеют 32 канала выборки/хранения и один аналоговый вход, кроме микросхемы MAX5166, у которой есть 4 аналоговых входа, благодаря чему она может работать сразу с четырьмя ЦАП. Достоинство схем расширения — высокая линейность и точность передачи сигнала — не хуже 0,01%.

Микросхемы ЦАП с токовым выходом

Для ряда применений требуется получение на выходе ЦАП токового сигнала. Например, это может понадобиться при измерении вольтамперных характеристик транзисторных структур. В номенклатуре Maxim присутствует несколько типов таких микросхем, например, DS4422/DS4424. В их структуре реализовано два или четыре канала ЦАП с источниками токовыми.

Направление выходного тока программируется на втекающий (sink) или вытекающий (source). Внешний резистор Rfso устанавливает диапазон выходного тока. Для каждого из направлений тока доступно 31 значение шкалы. Напряжение питания — 2,7… 5,5 В.

Цифровые потенциометры

Микросхемы цифровых потенциометров в ряде случаев более предпочтительны для применения по сравнению с обычными ЦАП, в частности, в качестве замены обычным механическим потенциометрам. Хотя в большинстве случаев для аналогового управления можно использовать и обычные ЦАП, структура цифровых потенциометров проще; не требуется высокая точность, как в прецизионных ЦАП; цифровой потенциометр способен запоминать установленное значение при выключении питания.

В линейке цифровых потенциометров Maxim представлены как многоканальные (до 6 каналов), так и одноканальные микросхемы; как с функцией встроенной памяти NVRAM для хранения установки потенциометра после выключения питания, так и без нее. Сопротивление такого «цифрового потенциометра» может быть различным (как правило, из ряда 10, 50 и 100 кОм) и иметь как линейную, так и логарифмическую (для аудиоприложений) передаточную характеристику. Все цифровые потенциометры имеют последовательный интерфейс SPI или I2C, за исключением микросхем, которые ориентированы на использование в схемах с ручным изменением положения движка цифрового потенциометра без участия микроконтроллера.

Есть и уникальные «высоковольтные» цифровые потенциометры, которые обеспечивают работу резистивного делителя в цепях с напряжением до 15,5 В.

Среди цифровых потенциометров Maxim можно отметить уникальные недорогие типы MAX5527/MAX5528/MAX5529 с однократно программируемым положением движка, используемые в качестве подстроечного резистора. Сопротивления потенциометров — 10, 50 и 100 кОм. Число положений делителя — 32 (MAX5427/MAX5428/MAX5429) или 64 (MAX5527/MAX5528/MAX5529).

Цифровой потенциометр для аудиоаппаратуры, регулируемый кнопками «больше»/«меньше»

Микросхема MAX 5440 — цифровой регулятор громкости и баланса для портативных и автомобильных аудиосистем. Регулировка производится с помощью ручки энкодера и двухрежимных кнопок. Потенциометры имеют логарифмическую передаточную характеристику. В микросхеме реализован драйвер светодиодной индикацией шкалы громкости или баланса.

Программируемые делители напряжений

Микросхемы программируемых резистивных делителей напряжений (см. рис. 1, 2) являются еще одной разновидностью цифровых потенциометров. Они предназначены для регулировки коэффициентов усиления в PGA (programmable gain amplifier). Выбор коэффициента деления осуществляется установкой перемычек и может осуществляться без участия микроконтроллера. Резистивный делитель выполнен с высокой точностью.

Рис. 1. Структурная схема программируемого делителя MAX5430/5431
Рис. 2. MAX5426 – интегральный набор программируемых делителей для согласованной и прецизионной регулировки коэффициента усиления инструментального усилителя, реализованного на тройке ОУ

DS1851 — сдвоенный энергонезависимый цифро-аналоговый преобразователь с температурным управлением

Эта оригинальная разработка Maxim представляет собой микросхему двухканального ЦАП для автоматического температурного управления без участия микроконтроллера. Микросхема содержит два ЦАП, последовательный интерфейс I2C, температурный датчик и преобразователь в цифровой сигнал, а также NVRAM с предварительно записанным профилем выходных напряжений для управления внешним устройством в соответствие с измеренной температурой среды.

Диапазон температурного датчика –40…95°C. Цикл измерения — 10 мс. Температурные коэффициенты (по одному на каждые 4 градуса шкалы) сохраняются в памяти. Они могут быть запрограммированы всего один раз на стадии регулировки готового устройства, в дальнейшем не требуя участия микроконтроллера. ЦАП имеет NVRAM для сохранения состояния перед выключением питания.

Выходные сигналы могут использоваться для управления исполнительными механизмами или термокомпенсации в измерительных устройствах, например, для изменения зарядного тока в зависимости от температуры. Основной класс устройств, на которые ориентирована микросхема — датчики силы и давления, акселерометры, датчики влажности, пьезорезистивные датчики.

Микросхемы ЦАП с выходом «токовая петля»

«Токовая петля» до сих пор широко применяется в качестве аналогового интерфейса с различными датчиками в системах промышленной автоматики/сбора данных. Фирма Maxim предлагает широкий выбор микросхем для реализации передачи данных методом «токовой петли». Для реализации типовой схемы в качестве ЦАП можно использовать микросхему из семейства MAX5134–MAX5139. Эта серия преобразователей состоит из одиночных, сдвоенных и счетверенных 16- и 12-разрядных ЦАП, которые полностью совместимы программно и имеют буферизированный rail-to-rail выход напряжения. Сдвоенные и счетверенные микросхемы совместимы и по выводам.

Микросхема MAX15501 обеспечивает защищенный, программно конфигурируемый (с использованием последовательного интерфейса SPI) аналоговый выход. Диапазон выходного тока может быть не только однополярным 0…20/4…20 мА, но и биполярным — до ±24 мА. Также есть возможность реализации выхода одно- и биполярного напряжения с компенсацией сопротивления соединительных проводов и диапазонами 0…5, 0…10 В или до ±12 В. Напряжение питания может быть в пределах ±15…32,5 В.

HART-модем

Микросхема DS8500 (см. рис. 3) представляет собой интегральный HART-модем для реализации стандартного интерфейса, используемого в устройствах промышленной автоматики.

Рис. 3. Структурная схема HART-модема DS8500

Выходной ЦАП обеспечивает минимальный уровень искажений выходного синусоидального сигнала, а цифровая обработка входного FSK-сигнала — надежную передачу данных в условиях сильных помех. Микросхема питается напряжения 2,7…3,6 В и потребляет не более 285 мкА, что позволяет использовать ее в измерительных преобразователях с питанием от токовой петли.

Высокочастотные ЦАП

В группу высокочастотных ЦАП Maxim входят ЦАП с частотами преобразования 40 МГц…4 ГГц. В этих ЦАП используется только параллельный
интерфейс, в ряде случаев — дифференциальные сигналы управления. Данный класс ориентирован на применение, в основном, в схемах радиочастотного диапазона, в частности — для осуществления цифрового управления квадратурной амплитудной модуляцией.

12-разрядный сверхбыстродействующий ЦАП MAX19692 работает на частоте до 2,3 ГГц и обеспечивает прямой синтез высокочастотного широкополосного сигнала, в несколько раз превышающего критерий Найквиста. Следующая разработка (модификация этой микросхемы) — MAX9693 при той же разрядности обеспечивает работу уже на частоте 4 ГГц. Микросхема имеет параллельный 12-разрядный дифференциальный LVDS-интерфейс с ПЛИС или заказными высокочастотными микросхемами. Микросхема выполнена в компактном 169-выводном корпусе csBGA размером 11×11 мм.

Область применения высокочастотных ЦАП:

  • генераторы сигналов произвольной формы (AWG);
  • тестовое оборудование автоматизированного
    контроля;
  • цифровой синтез радиопередающих устройств (канал передатчика);
  • прямой цифровой синтез частот в радиоканале вплоть до 2 ГГц;
  • синтез сигналов для радарных систем.

MAX5881 — микросхема 12-разрядного ЦАП с быстродействием 4,3 Гвыб./с

Микросхема MAX5881 12-разрядного ЦАП предназначена специально для прямого синтеза радичастот в многоканальных системах с квадратурной амплитудной модуляцией сигналов (QAM) и предназначена для кабельных модемов систем передачи данных. Диапазон синтезируемых частот — 50 МГц…1 ГГц соответствует регламенту Data-Over-Cable Service Interface Specification (DOCSIS®) кабельных систем передачи данных.

Микросхема содержит четыре 12-разрядных мультиплексных входных порта данных с дифференциальной передачей (LVDS) , каждый из которых работает на частоте 1075 MГц в режиме с удвоением скорости (DDR) или же в режиме QDR с увеличением скорости в 4 раза. MAX5881 обеспечивает выдачу внешнего сигнала синхронизации LVDS-потока для упрощения интерфейса с FPGA или ASIC, в которых производится синтез радиочастоты. Напряжение питания 3,3 и 1,8 В с потреблением 1,3 Вт при частоте 4,3 Гвыб./с. Корпус — 169-выводный CSBGA имеет размер 11×11 мм.

Аудио-ЦАП и аудиокодеки

Этот класс микросхем Maxim предназначен для использования в трактах аудиоустройств: MP3-плееров, медиапроигрывателей, CD/DVD-плееров, автомобильных аудиосистем. В микросхемах этого класса используются 16- и 18-разрядные ЦАП.

Управляющий интерфейс — I2C, а интерфейс передачи цифрового звука — стандартный I2S. Выпускаются микросхемы как со встроенным выходным усилителем, так и ИС, рассчитанные на работу с внешним УНЧ. В аудиокодеках (5 типов) есть встроенные стереоусилители микрофонов и наушников. Диапазон питающих напряжений — 1,71…3,6 В.

Литература

  1. Аналоговая токовая петля — решения от компании Maxim. А.Андрусевич // КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ, № 8, 2009
  2. Обзор цифроаналоговых преобразователей Maxim.
    К.Староверов // Новости Электроники, №13, 2006
  3. Application Note 1964 DS1851: Varactor Temperature Compensation


Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Наталья Кривандина, менеджер по продукции Maxim Integrated Products, ЗАО «КОМПЭЛ»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты