Администрирование Железо АЦП AD7691 Mon, April 24 2017  

Поделиться

нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.


АЦП AD7691 Печать
Добавил(а) microsin   

Микросхема аналого-цифрового преобразователя AD7691 компании Analog Devices относится к семейству PulSAR® ADC, и обладает следующими основными возможностями:

• Разрешающая способность 18 бит без пропуска кодов.
• Скорость передачи данных до 250 kSPS (kSPS означает тысяча выборок выборок на секунду).
• INL: типичное значение ±0.75 LSB, максимум ±1.5 LSB (±6 ppm от FSR, или если по-русски ±6 миллионных частей от полного динамического диапазона входного сигнала).
• Динамический диапазон: типичное значение 102 dB на скорости данных 250 kSPS. Динамический диапазон с передискретизацией: 125 dB на скорости данных 1 kSPS.
• Разрешающая способность без шума: 20 бит на скорости данных 1 kSPS.
• Эффективная разрешающая способность: 22.7 бита на скорости 1 kSPS.
• SINAD: типичное значение 101.5 dB на частоте выборок 1 кГц.
• THD: типичное значение -125 dB на частоте выборок 1 кГц.
• Действительный диапазон входного аналогового сигнала: ±VREF, либо 0V .. VREF когда VREF находится на уровне до VDD на обоих входах. Полнофункциональные дифференциальные входы.
• Отсутствие задержки на конвейеризацию.
• Один источник питания 2.3V .. 5V, который может работать с уровнями логики цифрового интерфейса 1.8V / 2.5V / 3V / 5V.
• Проприетарный последовательный интерфейс, совместимый с SPI / QSPI / MICROWIRE™ / DSP.
• Возможность соединять в цепочку (daisy-chain) несколько микросхем ADC.
• Опциональная возможность индикатора занятости для генерации прерывания по окончанию преобразования.
• Рассеиваемая мощность 1.35 мВт при 2.5V / 100 kSPS, 4 мВт при 5V / 100 kSPS, 1.4 μW при 2.5V / 100 SPS.
• Ток в состоянии "отключено" (Standby current): 1 nA.
• Корпуса с 10 выводами: MSOP (размер MSOP-8) и 3 mm x 3 mm LFCSP (размер SOT-23).
• Совместимость по выводам с 18-битным АЦП AD7690 и 16-битными АЦП AD7693, AD7688 и AD7687.

Краткая таблица для сравнения совместимых по выводам и интерфейсу, полнодифференциальных по входу АЦП:

Параметр
AD7687 AD7688 AD7690 AD7691 AD7693
Разрешающая способность, бит 16 18 16
Скорость оцифровки, киловыб./сек, kSPS 250 500 400 250 500

Примечание: оригинальный даташит [1] на АЦП AD7691 переведен не полностью, опущены некоторые не важные с точки зрения переводчика разделы. К примеру, в перевод не вошли такие разделы, как графики их "TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS", Терминология, Аналоговые входы, Питание, Советы по конфигурации печатной платы и т. п. (возможно, по мере надобности эти разделы войдут в перевод позже). Все непонятные сокращения и термины см. в разделе Словарик, в конце статьи.

Основные области применения AD7691:

• Оборудование с питанием от батареи.
• Оцифровка данных.
• Системы сейсмического сбора информации.
• Промышленное измерительное оборудование.
• Медицинское оборудование.

[Общее описание]

AD7691 является 18-битным АЦП, работающим по принципу распространения заряда, с последовательным приближением, которое может работать от одного источника питания VDD с уровнем напряжения 2.3V .. 5V. Внутри содержится экономичный, высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь без кодов пропуска, с внутренними тактами преобразования, с универсальным последовательным интерфейсом. По нарастанию сигнала CNV АЦП делает выборку разности напряжения между входами IN+ and IN-. Размах напряжения на этих выводах с противоположной фазой находится между уровнями между 0V и REF. Опорное напряжение REF подается от внешнего источника и может быть установлено по уровню в пределах напряжения питания.

Энергопотребление AD7691 прямо пропорционально зависит от скорости оцифровки и передачи данных.

SPI-совместимый последовательный интерфейс, обладающий также возможностью подачи на вход SDI сигнала от других АЦП. SDI позволяет подсоединять цепочку из микросхем АЦП через 3-проводную шину и предоставлять опциональный индикатор занятости. Уровни интерфейса совместимы с цифровой логикой 1.8V, 2.5V, 3V или 5V при использовании отдельного источника питания VIO.

AD7691 INL

Рис. 1. Зависимость интегральной нелинейности (INL) от выходного кода при напряжении питания 5V.

AD7691 app diagram

Рис. 2. Схематическое обозначение AD7691.

AD7691 упаковываются в 10-выводные корпуса MSOP или 10-выводные корпуса LFCSP с температурным рабочим диапазоном -40°C .. +85°C.

Указанные в таблице значения относятся к VDD = 2.3V .. 5.25V, VIO = 2.3V .. VDD, VREF = VDD, при температуре TMIN .. TMAX, если не указано нечто другое.

Параметр                                             Условия/комментарии          Min      Nom      Max           Ед.    
Аналоговые входы
Диапазон напряжений, VIN
Абсолютное входное напряжение
Входной диапазон синф. сигнала
Коэфф. подавл. синф. сигнала на входе
Ток утечки при 25°C
Входное сопротивление1

IN+ - (IN-)
IN+, IN-
IN+, IN-
fIN = 250 кГц
Фаза накопления заряда


-VREF
-0.1
VREF/2-0.1






VREF/2
65
1


+VREF
VREF+0.1
VREF/2+0.1




V
V
V
dB
nA

Пропускная способность
Скорость преобразования

Ответ на переходной процесс

VDD = 4.5V .. 5.25V
VDD = 2.3V .. 4.5V
Шаг на всю шкалу

0
0

 
250
180
1.8

kSPS
kSPS
мкс
Точность
Интегральная нелинейность (INL)
Ошибка дифф. линейности
Шум переходного процесса
Ошибка усиления3

Уход усиления от температуры
Ошибка нуля3

Уход нуля от температуры
Чувствительность к напр. питания



REF = VDD = 5V
VDD = 4.5V .. 5.25V
VDD = 2.3V .. 4.5V

VDD = 4.5V .. 5.25V
VDD = 2.3V .. 4.5V

VDD = 5V ± 5%

-1.5
-1

-40
-80

-0.8
-3.5



±0.75
±0.5
0.75
±2
±2
±0.3
±0.1
±0.7
±0.3
±0.25

+1.5
+1.25

+40
+80

±0.8
±3.5



LSB2
LSB2
LSB2
LSB2
LSB2
ppm/°C
mV
mV
ppm/°C
LSB2
Точность по перем. напряжению4
Динам. диап.
Динам. диап. при передискретизации
Соотношение сигнал/шум

Динам. диап. без искажений
Общие гармонические искажения
Соотношение сигнал/(шум+искажения)

Интермодуляционные искажения6

VREF=5V
fIN = 1 kSPS
fIN = 1 кГц, VREF = 5V
fIN = 1 кГц, VREF = 2.5V
fIN = 1 кГц, VREF = 5V
fIN = 1 кГц, VREF = 5V
fIN = 1 кГц, VREF = 5V
fIN = 1 кГц, VREF = 2.5V

101

100
95


100
95


102
125
101.5
96.5
-125
-118
101.5
96.5
115
 
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
Опорное напряжение
Диапазон
Ток потребления


250 kSPS, REF = 5V

0.5



60

VDD + 0.3


V
μA
Динамика оцифровки
- 3dB входной полосы
Задержка апертуры


VDD = 5V
 
2
2.5
 
МГц
нС
Цифровые входы
VIL
VIH
IIL
IIH
 
-0.3
0.7 * VIO
-1
-1
 
+0.3 * VIO
VIO + 0.3
+1
+1

V
V
μA
μA
Цифровые выходы
Формат данных
Задержка конвейера8
V0L
V0H

18 бит7

Втекающий ток +500 μA
Вытекающий ток -500 μA




VIO - 0.3
 


0.4




V
V
Питание
VDD
VIO
Диапазон VIO
Ток выкл. состояния (standby)9
Рассеиваемая мощность




Энергия на 1 преобразование (выборку)




VDD и VIO = 5V, TA = 25°C
VDD = 2.5V, 100 SPS
VDD = 2.5V, 100 kSPS
VDD = 2.5V, 180 kSPS
VDD = 5V, 100 kSPS
VDD = 5V, 250 kSPS


2.3
2.3
1.8











1
1.4
1.35
2.4
4.24
10.6
50

5.25
VDD + 0.3
VDD + 0.3
50



5
12.5


V
V
V
nA
μW
mW
mW
mW
mW
nJ/выб.
Температурный диапазон10 TMIN .. TMAX -40   +85 °C

Примечания:

1 См. раздел, описывающий аналоговые входы.
2 LSB означает младший значащий бит. С входным диапазоном ±5V один LSB соответствует 38.15μV.
3 См. раздел описания терминологии. Эти спецификации включают изменения в полном температурном диапазоне, но не вклад ошибки от внешнего источника опорного напряжения.
4 Все спецификации точности по переменному напряжению в единицах dB указаны относительно полного входного FSR. Тестировалось на входном сигнале ниже полной шкалы на 0.5 dB, если не указано что-то другое.
5 Динамический диапазон получен передискретизацией ADC, работающей со скоростью fS 250 kSPS, за которой идет цифровая фильтрация с выходной скоростью слов fO.
6 fIN1 = 21.4 кГц и fIN2 = 18.9 кГц, с каждым тоном на уровне -7 dB от полной шкалы.
7 Число со знаком в стандартном дополнительном коде, см. таблицу 9.
8 Результат преобразования доступен сразу после завершения преобразования.
9 Все цифровые входы подключены, как это требуется, к VIO или GND. Относится к фазе накопления заряда.
10 Обращайтесь в компанию Analog Devices, Inc., все продажи представлены для расширенного температурного диапазона.

Таблица 4. Параметры в таблице ниже указаны для VDD = 4.5V .. 5.25V, VIO = 2.3V .. VDD, VREF = VDD, все спецификации соответствуют диапазону температур TMIN .. TMAX, если не указано нечто другое.1

Параметр
Символ Min Nom Max Ед.
Время преобразования: интервал от нарастания CNV до момента доступности данных tCONV 0.5   2.2 мкс
Время накопления (заряда конденсаторов от входного напряжения) tACQ 1.8     мкс
Время между преобразованиями tCYC 4     мкс
Ширина импульса CNV (в CS mode) tCNVH 10     нс
Период SCK (CS Mode) tSCK 15     нс
Период SCK (Chain Mode)
VIO > 4.5V
VIO > 3V
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tSCK





17
18
19
20
    нс
Время лог. 0 сигнала SCK tSCKL 7     нс
Время лог. 1 сигнала SCK tSCKH 7     нс
Время от спада SCK до момента, когда данные еще достоверны tHSDO 4     нс
Время от спада SCK до момента, когда данные станут достоверны
VIO > 4.5V
VIO > 3V
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tDSDO




   
14
15
16
17
нс
Время от лог. 0 на CNV или SDI до появления достоверного бита D17 MSB на SDO (CS Mode)
VIO > 4.5V
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tEN




   

15
18
22
нс
CNV или SDI лог. 1 или последний спад SCK до перехода SDO в высокое сопротивление (CS Mode) tDIS     25 нс
Время установки SDI в достоверное состояния от нарастания CNV (CS Mode) tSSDICNV 15     нс
Время удержания SDI в достоверном состоянии от нарастания CNV (CS Mode) tHSDICNV 0     нс
Время установки SCK в достоверное состояние от нарастания CNV (Chain Mode) tSSCKCNV 5     нс
Время удержания SCK в достоверном состоянии от нарастания CNV (Chain Mode) tHSCKCNV 10     нс
Время установки SDI от спада SCK (Chain Mode) tSSDISCK 3     нс
Время удержания SDI в достоверном состоянии от спада SCK (Chain Mode) tHSDISCK 4     нс
Интервал от SDI лог. 1 до SDO лог. 1 (Chain Mode с индикатором занятости)
VIO > 4.5V
VIO > 2.3V
tDSDOSDI


   
15
26
нс

Таблица 5. Параметры в таблице ниже указаны для VDD = 2.53V .. 4.5V, VIO = 2.3V .. VDD, VREF = VDD, все спецификации соответствуют диапазону температур TMIN .. TMAX, если не указано нечто другое.1

Параметр
Символ Min Nom Max Ед.
Время преобразования: интервал от нарастания CNV до момента доступности данных tCONV 0.5   3.7 мкс
Время накопления (заряда конденсаторов от входного напряжения) tACQ 1.8     мкс
Время между преобразованиями tCYC 5.5     мкс
Ширина импульса CNV (в CS mode) tCNVH 10     нс
Период SCK (CS Mode) tSCK 25     нс
Период SCK (Chain Mode)
VIO > 3V
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tSCK




29
35
40
    нс
Время лог. 0 сигнала SCK tSCKL 12     нс
Время лог. 1 сигнала SCK tSCKH 12     нс
Время от спада SCK до момента, когда данные еще достоверны tHSDO 5     нс
Время от спада SCK до момента, когда данные станут достоверны
VIO > 3V
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tDSDO



   
24
30
35
нс
Время от лог. 0 на CNV или SDI до появления достоверного бита D17 MSB на SDO (CS Mode)
VIO > 2.7V
VIO > 2.3V
tEN



   

18
22
нс
CNV или SDI лог. 1 или последний спад SCK до перехода SDO в высокое сопротивление (CS Mode) tDIS     25 нс
Время установки SDI в достоверное состояния от нарастания CNV (CS Mode) tSSDICNV 30     нс
Время удержания SDI в достоверном состоянии от нарастания CNV (CS Mode) tHSDICNV 0     нс
Время установки SCK в достоверное состояние от нарастания CNV (Chain Mode) tSSCKCNV 5     нс
Время удержания SCK в достоверном состоянии от нарастания CNV (Chain Mode) tHSCKCNV 8     нс
Время установки SDI от спада SCK (Chain Mode) tSSDISCK 8     нс
Время удержания SDI в достоверном состоянии от спада SCK (Chain Mode) tHSDISCK 10     нс
Интервал от SDI лог. 1 до SDO лог. 1 (Chain Mode с индикатором занятости) tDSDOSDI     36 нс

Примечание:

1 См. рис. 3 и 4 для условий нагрузки.

AD7691 Load Circuit for Digital Interface Timing

Рис. 3. Схема нагрузки для интервалов времени цифрового интерфейса.

AD7691 Voltage Levels for Timing

Рис. 4. Уровни напряжения и параметры времени перепадов.

Таблица 6.

Параметр
Значение
Аналоговые входы (IN+, IN-)1 GND-0.3V .. VDD+0.3V или ±130mA
REF GND-0.3V .. VDD+0.3V
Напряжения питания
   VDD, VIO .. GND
   VDD .. VIO

-0.3V .. +7V
±7V
Между цифровыми входами и GND -0.3V .. VIO+0.3V
Между цифровыми выходами и GND -0.3V .. VIO+0.3V
Диапазон температуры хранения -65°C .. +150°C
Максимальная рабочая температура 150°C
Диапазон температур пайки JEDEC J-STD-20

Примечание 1: см. раздел с описанием аналоговых входов.

Стрессовые условия, указанные в таблице, или их значения, которые больше чем в таблице, могут необратимо повредить устройство. Поэтому параметры указаны только в качестве стрессового рейтинга; не подразумевается работа устройства в этих условиях или в условиях с превышением этих значений параметров. Работа возле этих максимальных рабочих условий в течение длительного времени может отрицательно повлиять на надежность устройства.

Термосопротивление корпуса. θJA указано для самых плохих условий, как к примеру микросхема запаяна на плату в корпусе для планарного монтажа.

Таблица 7.

Тип корпуса
θJA θJC Ед.
10-выводный MSOP 200 44 °C/W
10-выводный LFCSP 43.4 6.5 °C/W

Примечание: у меня создалось такое впечатление, что АЦП моделей AD7687, AD7688, AD7690, AD7691, AD7693 делаются из одного и того же кристалла методом отбраковки по параметрам и количеству передаваемых младших разрядов. Например, когда я тестировал [4] 16-битные АЦП AD7687, то некоторые их экземпляры вели себя в точности как АЦП AD7691, т. е. выдавали на выходе все 18 разрядов кода. Некоторые AD7687 выдавали также 17 разрядов вместо 16.

[Цоколевка корпуса и описание выводов AD7691]

AD7691 10 lead MSOP

Рис. 5. Расположение выводов 10-выводного корпуса MSOP.

AD7691 10 lead LFCSP

Рис. 6. Расположение выводов 10-выводного корпуса LFCSP.

Таблица 8. Описание выводов.

Вывод Тип1 Описание
1 REF AI Reference Input Voltage, опорное напряжение. Диапазон REF от 0.5V до VDD. Оно прикладывается относительно вывода GND. Этот вывод должен быть развязан максимально близко к корпусу конденсатором 10 мкФ.
2 VDD P Напряжение питания.
3 IN+ AI Дифференциальный аналоговый вход. Уровень сигнала на нем оцифровывается относительно IN-. Абсолютный уровень на входе IN+ должен быть в диапазоне от 0 до VREF, со средней точкой около VREF/2. Сигнал на вход IN+ должен подаваться в противофазе (180o) относительно входа IN-.
4 IN- AI Дифференциальный аналоговый вход. Уровень сигнала на нем оцифровывается относительно IN+. Абсолютный уровень на входе IN- должен быть в диапазоне от 0 до VREF, со средней точкой около VREF/2. Сигнал на вход IN- должен подаваться в противофазе (180o) относительно входа IN+.
5 GND P Общий провод всех цифровых сигналов и питания.
6 CNV DI Convert Input, вход запуска преобразования. Этот вход предоставляет несколько функций. По фронтам нарастания уровня он инициирует преобразования и выбирает режим работы интерфейса - либо CS mode, либо chain mode (режим соединения микросхем в цепочку). В CS mode сигнал CNV разрешает работу вывода SDO, когда на CNV лог. 0. В chain mode данные должны быть прочитаны, когда сигнал CNV находится на уровне лог. 1.
7 SDO DO Serial Data Output, сигнал выхода данных. На этот вывод последовательно передается результат преобразования, синхронно с тактами на SCK.
8 SCK DI Serial Data Clock Input, тактовый сигнал для данных. Когда микросхема выбрана (сигналом CNV), результат преобразования выдвигается через SDO по спадам уровня на выводе SCK, вычитываются данные по нарастанию уровня на SCK (хотя данные достоверны и по обоим перепадам, если при чтении читать данные до истечения времени tHSDO, см. врезку "Параметры интервалов времени"). Также SCK участвует в функции разрешения сигнала занятости, в зависимости от выбранного режима работы (см. описание далее).
9 SDI DI Serial Data Input, вход последовательных данных. Этот вход предоставляет несколько функций. Он выбирает режим интерфейса следующим образом: будет выбран chain mode, если SDI=0 при положительном перепаде (0 -> 1) на входе CNV. В этом режиме SDI используется как вход данных, позволяющих соединить последовательно в цепочку 2 или большее количество микросхем ADC, данные от которых появятся на одном последнем в цепочке выводе SDO. Цифровые данные на SDI будут выведены на SDO с задержкой в 18 тактовых перепадов SCK. CS mode будет выбран, если SDI=1 при положительном перепаде (0 -> 1) на входе CNV. В этом режиме либо SDI=0, либо CNV=0 могут разрешить вывод данных через SDO, и если SDI или CNV находятся в лог. 0 когда преобразование завершено, будет разрешена функция индикатора занятости.
10 VIO P Цифровое питание интерфейса ввода/вывода. Обычно это напряжение выбирается равным напряжению питания хоста (т. е. микроконтроллера, который забирает данные АЦП и управляет преобразованием) 1.8V, 2.5V, 3V или 5V.
  EPAD   Exposed Pad. Эта ножка никуда не подключается. Для удобства пайки рекомендуется соединить этот вывод на общую шину питания.

Примечание 1: AI обозначает аналоговый вход, DI цифровой вход, DO цифровой выход, P питание.

[Внутренняя схемотехника]

AD7691 является быстрым, с низким потреблением, с одним источником питания, точным 18-разрядным ADC, использующим архитектуру последовательного приближения при оцифровке входного сигнала.

Микросхема может оцифровывать сигнал со скоростью до 250000 выборок в секунду (250 kSPS), с отключением между преобразованиями. Таким образом, энергопотребление прямо пропорционально скорости преобразования. Например, при частоте выборок 1 kSPS типичное энергопотребление 50 μW, что идеально подходит для приложений с батарейным питанием.

AD7691 предоставляет пользователю встроенную в кристалл схему выборки-хранения, и не дает задержку конвейеризации, что делает микросхему идеальным выбором для приложений с несколькими мультиплексируемыми каналами.

AD7691 может работать в диапазоне напряжений питания 2.3V .. 5.25V и подключаться к интерфейсам с уровнями цифровой логики от 1.8V до 5V.

Как работает преобразование. AD7691 построено по принципу АЦП с последовательным приближением на базе DAC (ЦАП) с переносом заряда. На рис. 27 показана упрощенная схема АЦП.

AD7691 ADC simplified schematic

Рис. 27. Как устроен АЦП внутри микросхемы AD7691.

Емкостный DAC состоит из двух одинаковых массивов из 18 двоично-взвешенных конденсаторов, подключенных к двум входам компаратора. Во время фазы захвата амплитуды выводы массива, подключенного ко входу компаратора, подключаются к GND через SW+ и SW-. Все независимые ключи подключены к аналоговым входам. Таким образом, массив конденсаторов используется как конденсаторы выборки и захватывают аналоговый сигнал на входах IN+ и IN-. Когда фаза захвата завершена, и вход CNV переходит в лог. 1, инициируется фаза преобразования. Когда началась фаза преобразования, SW+ и SW- сначала разомкнуты. Тогда два массива конденсаторов отключены от входов, и подключены к GND. Таким образом, дифференциальное напряжение между входами IN+ и IN-, захваченное по окончании фазы захвата, прикладывается ко входам компаратора, приводя компаратор в разбалансированное состояние. Путем переключения каждого элемента массива конденсаторов между GND и REF, вход компаратора меняет свои двоично-взвешенные уровни по шагам (VREF/2, VREF/4 ... VREF/262144).

Логика управления переключает эти ключи, начиная с MSB, чтобы вернуть компаратор обратно в сбалансированное состояние (принцип последовательного приближения). После завершения всего процесса микросхема вернется в фазу захвата, и управляющая логика сгенерирует выходной код ADC и сигнал индикации занятости.

Из-за того, что в микросхему AD7691 встроен собственный тактовый генератор, SCK не требуется применять для осуществления процесса преобразования.

Идеальная характеристика преобразования AD7691 показана на рис. 28 и в таблице 9.

AD7691 ADC Ideal Transfer Function

Рис. 28. Зависимость выходного кода AD7691 от входного напряжения.

Таблица 9. Выходной цифровой код в HEX-формате (столбец Выход) и входное напряжение на аналоговых входах (столбец Вход) при VREF = 5V.

Описание Вход Выход
FSR - 1 LSB +4.999962 V 0x1FFFF1
Середина шкалы + 1 LSB +38.15 μV 0x00001
Середина шкалы 0 V 0x00000
Середина шкалы - 1 LSB -38.15 μV 0x3FFFF
-FSR + 1 LSB -4.999962 V 0x20001
-FSR -5V 0x200002

Примечания:

1 Такой же код будет на выходе при напряжении на аналоговых входах, превышающем опорное (VIN+ - VIN- > VREF), т. е. при перегрузке входа по положительному напряжению.

2 Такой же код будет на выходе при отрицательном напряжении на аналоговых входах, превышающем опорное (VIN+ - VIN- < -VREF), т. е. при перегрузке входа по отрицательному напряжению.

[Цифровой интерфейс]

Несмотря на то, что у AD7691 уменьшено количество выводов, он предоставляет гибкость в использовании своими режимами последовательного интерфейса.

В CS mode микросхема AD7691 совместима с SPI, QSPI™, цифровыми хостами и DSP, например процессорами Blackfin® или высокопроизводительными семействами DSP, предназначенных для смешанной обработки. В этом режиме AD7691 может использовать либо 3-проводный, либо 4-проводный интерфейс. 3-проводный интерфейс использует сигналы CNV, SCK и SDO, что минимизирует количество соединений - это удобно, например, для приложений с гальванической изоляцией. 4-проводный интерфейс использует сигналы SDI, CNV, SCK и SDO, что позволяет CNV, который начинает преобразования, работать независимо от времени чтения (SDI). Это полезно для оцифровки с малым джиттером или в приложениях с несколькими одновременно работающими оцифровками.

В chain mode (режиме соединения микросхем в цепочку) AD7691 предоставляет каскадировать АЦП по схеме daisy-chain, используя для этого вход SDI, что позволяет подключить к регистру сдвига несколько АЦП через одну цифровую линию данных.

Режим, в котором будет работать устройство, зависит от уровня SDI, когда CNV переходит от 0 к 1 (в этот момент происходит также запуск начала преобразования). CS будет выбран, если SDI был в этот момент в лог. 1, и chain mode будет выбран, если SDI в этот момент будет в лог. 0. Когда время удержания SDI такое, как когда SDI и CNV соединены друг с другом, будет выбран chain mode.

Начальное состояние SDO при включении питания не определено. Таким образом в порядке перевода SDO в известное состояние должно быть инициировано преобразование и все биты данных должны быть выдвинуты наружу. В любом режиме AD7691 предоставляет опцию принудительно поместить стартовый бит по фронту битов данных. Этот стартовый бит может использоваться как сигнал индикации занятости, чтобы прервать работу программы хоста и вызвать срабатывание чтения данных. В противном случае, если индикатор занятости не используется, пользователь должен выдержать таймаут максимального времени преобразования перед обратным чтением данных.

Функция индикатора занятости разрешается по-разному:

• В CS mode, если CNV или SDI находятся в низком уровне, когда завершается конверсия ADC (см. рис. 38 и 42).
• В chain mode, если SCK в лог. 1, когда CNV переходит от 0 к 1 (см. рис. 46).

[CS mode, 3-проводное подключение без индикатора занятости]

Этот режим обычно используется, когда AD7691 подключен к SPI-совместимому цифровому хосту. Диаграмма соединения показана на рис. 35, и соответствующие диаграммы времени даны на рис. 36.

С сигналом SDI, подключенным к VIO, фронт сигнала (перепад 0->1) на CNV инициирует конверсию, выбирает CS mode, и принудительно переводит SDO в состояние высокого сопротивления. Как только конверсия инициирована, она продолжается независимо от состояния CNV. Это может быть полезным, чтобы перевести CNV в низкий уровень для выбора других устройств SPI таких как аналоговых мультиплексоров, но CNV должна быть возвращена в лог. 1 до того, как истечет минимальное время преобразования, и CNV должен оставаться в лог. 1 на максимально возможное время преобразования, чтобы избежать генерации сигнала индикатора занятости. Когда конверсия завершится, AD7691 входит в фазу оцифровки (накопления заряда на конденсаторах) и выключается. Когда CNV переходит в лог. 0, на линию SDO выводится MSB (старший бит данных). Все последующие биты выдвигаются на SDO по последующим спадам (переходам 1->0) сигнала SCK. Данные достоверны на обоих перепадах SCK. Хотя для захвата данных могут использоваться фронты SCK (0->1), использование хостом спадов SCK (1->0) позволит ускорить чтение, предоставляя допустимое время удержания. После 18-того спада SCK, или когда CNV перейдет в лог. 1, независимо от того, что из этого произойдет раньше, SDO вернется в высокоимпедансное (отключенное) состояние.

AD7691 3 Wire CS Mode without Busy Indicator fig35

Рис. 35. Схема подключения 3 сигналами в CS mode, без индикатора занятости (SDI в лог. 1).

AD7691 3 Wire CS Mode without Busy Indicator fig36

Рис. 36. Диаграммы времени для подключения 3 сигналами в CS mode, без индикатора занятости (SDI в лог. 1).

[CS mode, 3-проводное подключение с индикатором занятости]

Этот режим обычно используется, когда одна микросхема AD7691 подключена к SPI-совместимому хосту, у которого есть вход генерации прерывания. Схема подключения показана на рис. 37, и соответствующие диаграммы времени показаны на рис. 38.

С SDI, подключенным к VIO, фронт нарастания CNV инициирует конверсию, выбирает CS mode, и принудительно переводит SDO в состояние высокого сопротивления. SDO остается в состоянии высокого сопротивления, пока не завершится преобразование, независимо от состояния CNV. До истечения минимального времени преобразования CNV может выбрать другие устройства SPI, такие как аналоговые мультиплексоры, но CNV должен вернуться в лог. 0 до того, как истечет минимальное время преобразования, и удерживаться в лог. 0 на максимально возможное время преобразования, чтобы гарантировать генерацию индикатора сигнала занятости. Когда преобразование завершится, перейдет из состояние высокого сопротивления в лог. 0. С наличием верхнего подтягивающего резистора (pull-up) на сигнале SDO, этот переход 1->0 используется для генерации сигнала прерывания, чтобы инициировать чтение данных под управлением хоста. Когда эта опция используется, выберите номинал резистора pull-up таким, чтобы обеспечить подходящее для приложения время нарастания сигнала SDO. Это время будет функцией от сопротивления pull-up и емкости линии сигнала SDO. Затем AD7691 входит в фазу накопления и выключается. Биты данных выдвигаются через SDO, вперед битом MSB, по спадам сигнала SCK (перепад 1->0). Данные достоверны на обоих перепадах SCK. Хотя фронт SCK (перепад 0->1) также может использоваться для захвата данных, использование хостом спадов SCK (перепад 1->0) позволит быстрее считывать данные с предоставлением допустимого времени удержания. После опционального 19-го перепада SCK, или когда CNV перейдет в лог. 1, независимо от того, что из этого произойдет раньше, SDO вернется в состояние высокого сопротивления.

Если одновременно выбрано несколько устройств AD7691, выход SDO обрабатывает это без повреждения выходов или защелкивания буферов, вызванных сквозными токами. Однако рекомендуется удерживать эту конкуренцию выходов на максимально короткое время, чтобы уменьшить чрезмерные потери энергии на рассеиваемое тепло.

AD7691 3 Wire CS Mode with Busy Indicator fig37

Рис. 37. Схема подключения 3 сигналами в CS mode, с индикатором занятости (SDI в лог. 1).

AD7691 3 Wire CS Mode with Busy Indicator fig38

Рис. 38. Диаграммы времени для подключения 3 сигналами в CS mode, с индикатором занятости (SDI в лог. 1).

[CS mode, 4-проводное подключение без индикатора занятости]

Этот режим обычно используется, когда несколько микросхем AD7691 подключены к SPI-совместимому цифровому хосту через одну линию данных. Пример схемы соединения, когда используется 2 микросхемы AD7691, показан на рис. 39, и соответствующие диаграммы времени показаны на рис. 40.

С SDI в состоянии лог. 1, фронт на CNV (переход 0->1) инициирует преобразование, выбирает CS mode и переводит SDO в состояние высокого сопротивления. В этом режиме CNV должен удерживаться во время фазы преобразования и последующего обратного чтения данных (если SDI и CNV находятся в состоянии лог. 0, то SDO переходит в лог. 0). До истечения минимального времени преобразования SDI может быть использован для выбора других устройств SPI, таких как аналоговые мультиплексоры, но SDI должен вернуться в лог. 1 до того, как истечет минимальное время преобразования, и удерживаться в таком состоянии лог. 1 на максимально возможное время преобразования, чтобы избежать генерации индикатора сигнала занятости. Когда преобразование завершится, AD7691 войдет в состояние накопления заряда и выключится. Каждый результат ADC может быть прочитан переводом входного сигнала SDI в лог. 0, после чего соответствующий выход SDO выведет бит MSB. Остальные биты данных будут выдвигаться по последующим спадам сигнала SCK (переходы 1->0). Данные достоверны на обоих перепадах SCK. Хотя фронт SCK (перепад 0->1) также может использоваться для захвата данных, использование хостом спадов SCK (перепад 1->0) позволит быстрее считывать данные с предоставлением допустимого времени удержания. После 18-того спада SCK, или когда SDI перейдет в лог. 1, независимо от того, что из этого произойдет раньше, SDO вернется в высокоимпедансное (отключенное) состояние, и может быть прочитана другая микросхема AD7691.

AD7691 4 Wire CS Mode without Busy Indicator fig39

Рис. 39. Схема подключения 4 сигналами в CS mode, без индикатора занятости.

AD7691 4 Wire CS Mode without Busy Indicator fig40

Рис. 40. Диаграммы времени для подключения 4 сигналами в CS mode, без индикатора занятости.

[CS mode, 4-проводное подключение с индикатором занятости]

Этот режим обычно используется для подключения одной микросхемы AD7691 к SPI-совместимому хосту с входом прерывания, и здесь желательно удерживать сигнал CNV (который используется для выборки сигнала на аналоговом входе) независимо от сигнала, используемого для выборки чтения данных. Это требование имеет некоторое значение в приложениях, где нужен низкий джиттер на сигнале CNV. Схема соединений показана на рис. 41, и соответствующие диаграммы времени показаны на рис. 42.

С сигналом SDI в лог. 1 фронт нарастания на CNV инициирует преобразование, выбирает CS mode, и принудительно переводит SDO в состояние высокого сопротивления. В этом режиме CNV должен удерживаться в состоянии лог. 1 во время фазы преобразования и во время последующего чтения данных (если SDI и CNV в лог. 0, выход SDO переходит в лог. 0). До истечения минимального времени преобразования SDI может использоваться для выбора других устройств SPI, таких как аналоговые мультиплексоры, но SDI должен вернуться в лог. 0 до того, как истечет минимальное время преобразования, и далее удерживаться в лог. 0 на максимально возможное время преобразования, чтобы гарантировать генерацию индикатора сигнала занятости. Когда преобразование завершится, SDO перейдет из отключенного состояния во включенное с уровнем лог. 0. С наличием резистора pull-up на сигнале SDO, этот переход используется как сигнал прерывания хоста, чтобы он инициировал чтение данных. Когда используется эта опция, выберите номинал резистора pull-up так, чтобы обеспечить подходящее для приложения время нарастания сигнала на линии SDO. Это время будет функцией от номинала резистора pull-up и емкости линии SDO. Затем AD7691 входит в фазу накопления и выключается. Биты данных могут быть выдвинуты через сигнал SDO (бит MSB идет первым), последующими спадами сигнала SCK (по перепадам 1->0). Данные достоверны на обоих перепадах SCK. Хотя фронт SCK (перепад 0->1) также может использоваться для захвата данных, использование хостом спадов SCK (перепад 1->0) позволит быстрее считывать данные с предоставлением допустимого времени удержания. После опционального 19-го перепада SCK, или когда SDI перейдет в лог. 1, независимо от того, что из этого произойдет раньше, SDO вернется в состояние высокого сопротивления.

AD7691 4 Wire CS Mode with Busy Indicator fig41

Рис. 41. Схема подключения 4 сигналами в CS mode, с индикатором занятости.

AD7691 4 Wire CS Mode with Busy Indicator fig42

Рис. 42. Диаграммы времени для подключения 4 сигналами в CS mode, с индикатором занятости.

[Chain mode без индикатора занятости]

Этот режим используется для соединения в последовательную цепочку (daisy-chain) нескольких микросхем AD7691 при подключении их к 3-проводному последовательному интерфейсу. Эта возможность полезна для уменьшения количества компонентов и проводных соединений, например для приложений с изоляцией многих аналоговых входов оцифровки в условиях, когда есть ограничение на количество последовательных интерфейсов у хоста. Данные вычитываются так же, как из большого регистра сдвига. Пример схемы соединений с двумя микросхемами AD7691 показан на рис. 43, и соответствующие диаграммы времени даны на рис. 44.

Когда SDI и CNV находятся в лог. 0, SDO переводится в состояние лог. 0. С SCK в состоянии лог. 0 нарастание уровня CNV (0->1) инициирует преобразование, выбирает chain mode, и запрещает индикатор занятости. В этом режиме CNV удерживается в лог. 1 на время фазы преобразования и последующего вычитывания данных. Когда конверсия завершится, бит MSB выводится на SDO, AD7691 входит в фазу накопления и выключается. Остальные данные сохранены во внутреннем регистре сдвига, и выдвигаются на SDO по последующим спадам SCK (перепадам 1->0). Для каждого ADC через вход SDI поступают данные на вход внутреннего регистра сдвига, с тактированием по спадам SCK (переходам 1->0). Каждая микросхема ADC в цепочке выводит свои данные бытом MSB вперед, и нужно 18 * N перепадов 1->0 сигнала SCK для чтения N микросхем ADC. Данные достоверны на обоих перепадах SCK. Хотя фронт SCK (перепад 0->1) также может использоваться для захвата данных, использование хостом спадов SCK (перепад 1->0) позволит быстрее считывать данные, и следовательно позволяет каскадировать большее количество микросхем AD7691 с предоставлением допустимого времени удержания. Максимальная скорость выборок может быть уменьшена из-за увеличения общего времени чтения цепочки микросхем.

AD7691 Chain Mode without Busy Indicator fig43

Рис. 43. Схема подключения 3 сигналами в Chain Mode, без индикатора занятости.

AD7691 Chain Mode without Busy Indicator fig44

Рис. 44. Диаграммы времени для подключения 3 сигналами в Chain Mode, без индикатора занятости.

[Chain mode с индикатором занятости]

Этот режим также может использоваться для последовательного каскадирования (daisy-chain) нескольких AD7691 через 3-проводный последовательный интерфейс, и при этом предоставляется индикатор занятости. Эта возможность полезна для уменьшения количества компонентов и проводных соединений в условиях, когда есть ограничение на количество последовательных интерфейсов у хоста. Данные вычитываются так же, как из большого регистра сдвига. Пример схемы соединений с тремя микросхемами AD7691 показан на рис. 45, и соответствующие диаграммы времени даны на рис. 46.

Когда SDI и CNV в состоянии лог. 0, выход SDO переводится в лог. 0. С SCK в состоянии лог. 1 фронт нарастания CNV инициирует преобразование, выбирает chain mode, и разрешает функцию индикатора занятости. В этом режиме, удерживается в лог. 1 во время фазы преобразования и последующего вычитывания данных. Когда все микросхемы ADC в цепочке завершили свои преобразования, вывод SDO ближайшей к хосту микросхемы ADC (это самая правая микросхема C на рис. 45) переходит в состояние лог. 1. Этот перепад уровня 0->1 сигнала SDO может использоваться как индикатор занятости для запуска вычитывания данных под управлением хоста. Затем микросхемы AD7691 входят в фазу накопления заряда и выключаются. Биты данных, хранящиеся в регистрах сдвига микросхем, выдвигаются битом MSB вперед последующими спадами SCK. Для каждого ADC данные входа SDI поступают на вход внутреннего регистра сдвига, и выдвигаются по спадам сигнала SCK (перепады 1->0). Каждая микросхема ADC в цепочке выводит свои данные битом MSB вперед, и требуется 18 * N + 1 тактов для вычитывания данных из всех N микросхем ADC (в нашем примере N=3). Хотя фронт SCK (перепад 0->1) также может использоваться для захвата данных, использование хостом спадов SCK (перепад 1->0) позволит быстрее считывать данные, и следовательно позволяет каскадировать большее количество микросхем AD7691 с предоставлением допустимого времени удержания.

AD7691 Chain Mode with Busy Indicator fig45

Рис. 45. Схема подключения в Chain Mode, с индикатором занятости.

AD7691 Chain Mode with Busy Indicator fig46

Рис. 46. Диаграммы времени для подключения в Chain Mode, с индикатором занятости.

[Словарик]

ADC Analog-Digital Converter, аналого-цифровой преобразователь, АЦП.

chain mode режим работы последовательного интерфейса AD7691, предназначенный для подключения нескольких микросхем AD7691 к одному и тому же последовательному интерфейсу хоста.

CMRR Common-mode rejection ratio, коэффициент подавления синфазного сигнала, понятие применимо к дифференциальным схемам.

CS mode "режим выборки", один из режимов работы последовательного интерфейса AD7691, предназначенный для подключения к хосту одной микросхемы.

DAC Digital-Analog Converter, цифро-аналоговый преобразователь, ЦАП.

FSR Full Scale Range, т. е. полный диапазон оцифровываемых сигналов.

INL Integral Nonlinearity Error, интегрированная ошибка нелинейности.

kSPS KiloSamples Per Second, тысяча выборок в секунду.

LSB Least Significant Bit, самый младший по значимости бит.

MSB Most Significant Bit, самый старший по значимости бит.

Oversampled имеется в виду передискретизация, т. е. вместо одной выборки сигнала делается несколько выборок, от которых потом берется среднее значение. Точность (динамический диапазон) при этом увеличивается.

ppm Parts Per Million, т. е. количество миллионных частей от какой-то величины.

REF сокращение от reference, в этом контексте имеется в виду опорное напряжение.

SINAD signal-to-noise-and-distortion, соотношение сигнал/(искажения+шум).

THD total harmonic distortion, общий уровень гармонических искажений.

хост микроконтроллер, который генерирует управляющие сигналы для AD7691 (мастер последовательной шины).

[Ссылки]

1. AD7691 site:analog.com.
2. АЦП AD7680.
3. Blackfin: чтение АЦП AD7691 через SPORT с использованием 2D DMA.
4. Тестер для АЦП AD76xx.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page