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    微型數據轉換器如何通過更小尺寸為您帶來更多價值

    作者:德州儀器(TI) Gavin Bakshi 時間:2019-12-19 來源:電子產品世界 收藏

    (注:Kaustubh Gadgil和Robert Schreiber合撰此技術文章。)

    本文引用地址:http://www.ekcard.cn/article/201912/408396.htm

    隨著系統(tǒng)尺寸越來越小,每平方毫米的印刷電路板()面積都至關重要。與此同時,隨著對數據需求的增加,則需要監(jiān)視更多的傳感器。

    本文將討論如何顯著減少占用空間,增加通道密度以及最大限度地發(fā)揮其他組件和功能與TI微型高度集成的優(yōu)勢,從而以更小的尺寸創(chuàng)造更多的價值。

    第一個優(yōu)點:占用空間更小

    和封裝技術的進步使得電子元件變得越來越小。

    如圖1所示,TI最新的單通道ADC(ADS7042)占用空間為2.25mm2,幾乎是十年前同類ADC的一半。同樣,TI最新的單通道DAC(DAC53401)是十年前同類DAC的四分之一。同樣,對于多通道應用,TI最新的8通道ADC(ADS7138)和DAC(DAC53608)的占用空間均為9mm2(每個通道約1mm2)。

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    這些微型可以減少空間受限設計的PCB尺寸,或可將更多通道集成到相同的PCB尺寸中,或兩者兼有。

    優(yōu)點2:集成模擬功能

    許多系統(tǒng)使用分立元件和無源元件來實現(xiàn)各種模擬功能,如信號調節(jié)、偏置和比較器。由于TI的小型數據轉換器集成了這些功能,它們可以消除許多分立和無源元件,從而減小了PCB的尺寸,簡化了設計,并且提高了性能和可靠性。

    此類集成的一些例子包括:

    ·         外部組件更少

    如圖2所示,DAC53401集成了輸出緩沖器和內部基準,節(jié)省了PCB面積和成本。

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    圖2:DAC53401中的集成基準和緩沖器

    另一個例子是圖3所示的ADS7138。對于大多數應用,ADS7138在輸入端不需要驅動放大器,因而可再次節(jié)省PCB面積和成本。

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    圖3:ADS7138不需要外部放大器

    ·         偏置電壓產生(固定和可變)

    DAC53401的電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)和壓擺率控制特性為產生固定或可變的偏置電壓提供了良好條件。圖4所示為一個照明應用的示例。

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    圖4:偏置LED的DACx3401

    模擬和數字比較器

    比較器通常被用在這樣的系統(tǒng)中:因為當電流、電壓和溫度等任何關鍵信號偏離其預期范圍時,它會立即向主機控制器發(fā)出警報。此比較器應具有快速響應時間和能夠避免誤報。

    如圖5所示,單獨反饋引腳(FB)可以讓您把DAC53401當作帶可編程閾值電壓的模擬比較器使用。

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    圖5:DACx3401可以訪問其內部放大器反饋路徑

    如圖6所示,ADS7138將數字比較器功能與可編程閾值、滯后和事件計數器等功能集成在一起,大大降低了錯報的可能性。

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    圖6:作為數字比較器的ADS7138

    優(yōu)點3:集成數字特征

    更小的數據轉換器不僅可以進行遠程傳感器調節(jié),還可以進行遠程數據處理。本地處理提高了遠程傳感器的性能,減少了報警時的響應時間,并釋放了中央處理器中的一些處理帶寬。

    例子包括:

    ·         提高噪聲性能的輸出平均

    如要減少系統(tǒng)中噪聲的影響,通常的做法是在短時間內平均傳感器讀數。如圖7所示,ADS7138可以平均多達128個樣本,能將噪聲的影響減少10倍以上。


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    圖7:ADS7138內部的平均特性

    ·         通用輸入/輸出(GPIO)

    在許多系統(tǒng)中,檢測報警事件需要立即進行控制操作(如關閉加熱元件或打開危險指示器)。在ADS7138中,一些模擬輸入通道可以監(jiān)測傳感器,而未使用的模擬輸入通道可以用作GPIO引腳。如圖8所示,被監(jiān)測的傳感器可以本地控制GPIO引腳的狀態(tài),或者使用I2C接口的中央處理器可以遠程控制狀態(tài)。

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    圖8:ADS7138: ADC和GPIO

    波形產生

    在某些系統(tǒng)中,您需要生成特定的波形以產生提示音(如在醫(yī)療應用中)或創(chuàng)造LED呼吸效果(如在照明應用中)。像DAC53401這樣的DAC具有稱之為連續(xù)波形生成的特性,使您能夠生成三角形、正方形、梯形或鋸齒波,如圖9所示。

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    圖9:生成多種波形的DACx3401

    ·         循環(huán)冗余校驗(CRC)

    使用ADCs (如ADS7138)進行關鍵監(jiān)測功能或冗余測量時,必須保持數據完整性。如圖10所示,ADS7138通過在ADC和中央處理器之間的數據通信上執(zhí)行CRC來實現(xiàn)這一點。

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    圖10:輸入和輸出數據上帶有CRC的ADS7138

    如圖11所示,DAC53401和DAC43401等DAC使用CRC來確保寫入或從非易失性存儲器或EEPROM加載的內容沒有損壞。

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    圖11:NVM上帶CRC的DACx3401

    集成這些模擬功能和數字特性可能會導致集成電路更加復雜,但它可以通過添加處理和診斷能力大大減少整個系統(tǒng)的復雜性。



    關鍵詞: 數據轉換器 PCB

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