《電子技術(shù)應(yīng)用》
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微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器如何通過(guò)更小尺寸為您帶來(lái)更多價(jià)值

2019-12-19
來(lái)源:德州儀器

  隨著系統(tǒng)尺寸越來(lái)越小,,每平方毫米的印刷電路板(PCB)面積都至關(guān)重要。與此同時(shí),,隨著對(duì)數(shù)據(jù)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PCB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微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器高度集成的優(yōu)勢(shì),,從而以更小的尺寸創(chuàng)造更多的價(jià)值,。

  第一個(gè)優(yōu)點(diǎn):PCB占用空間更小

  和封裝技術(shù)的進(jìn)步使得電子元件變得越來(lái)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(lèi)ADC的一半。同樣,,TI最新的單通道DAC(DAC53401)是十年前同類(lèi)DAC的四分之一,。同樣,對(duì)于多通道應(yīng)用,,TI最新的8通道ADC(ADS7138)和DAC(DAC53608)的占用空間均為9mm2(每個(gè)通道約1mm2),。

  圖1:TI的更小數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

  這些微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以減少空間受限設(shè)計(jì)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(diǎn)2:集成模擬功能

  許多系統(tǒng)使用分立元件和無(wú)源元件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種模擬功能,,如信號(hào)調(diào)節(jié),、偏置和比較器。由于TI的小型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器集成了這些功能,,它們可以消除許多分立和無(wú)源元件,,從而減小了PCB的尺寸,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),,并且提高了性能和可靠性,。

  此類(lèi)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(nèi)部基準(zhǔn),,節(jié)省了PCB面積和成本,。


  圖2:DAC53401中的集成基準(zhǔn)和緩沖器

  另一個(gè)例子是圖3所示的ADS7138。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,,ADS7138在輸入端不需要驅(qū)動(dòng)放大器,,因而可再次節(jié)省PCB面積和成本。


  圖3:ADS7138不需要外部放大器

  ·偏置電壓產(chǎn)生(固定和可變)

  DAC53401的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)和壓擺率控制特性為產(chǎn)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(gè)照明應(yīng)用的示例,。


  圖4:偏置LED的DACx3401

  模擬和數(shù)字比較器

  比較器通常被用在這樣的系統(tǒng)中:因?yàn)楫?dāng)電流、電壓和溫度等任何關(guān)鍵信號(hào)偏離其預(yù)期范圍時(shí),,它會(huì)立即向主機(jī)控制器發(fā)出警報(bào),。此比較器應(yīng)具有快速響應(yīng)時(shí)間和能夠避免誤報(bào)。

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


  圖5:DACx3401可以訪問(wèn)其內(nèi)部放大器反饋路徑

  如圖6所示,ADS7138將數(shù)字比較器功能與可編程閾值、滯后和事件計(jì)數(shù)器等功能集成在一起,,大大降低了錯(cuò)報(bào)的可能性,。


  圖6:作為數(shù)字比較器的ADS7138

  優(yōu)點(diǎn)3:集成數(shù)字特征

  更小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳感器調(diào)節(jié),還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理,。本地處理提高了遠(yuǎn)程傳感器的性能,,減少了報(bào)警時(shí)的響應(yīng)時(shí)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(shí)間內(nèi)平均傳感器讀數(shù)。如圖7所示,,ADS7138可以平均多達(dá)128個(gè)樣本,,能將噪聲的影響減少10倍以上。

  圖7:ADS7138內(nèi)部的平均特性

  ·通用輸入/輸出(GPIO)

  在許多系統(tǒng)中,,檢測(cè)報(bào)警事件需要立即進(jìn)行控制操作(如關(guān)閉加熱元件或打開(kāi)危險(xiǎn)指示器),。在ADS7138中,一些模擬輸入通道可以監(jiān)測(cè)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(cè)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(yuǎn)程控制狀態(tài),。

  圖8:ADS7138: ADC和GPIO

  波形產(chǎn)生

  在某些系統(tǒng)中,您需要生成特定的波形以產(chǎn)生提示音(如在醫(yī)療應(yīng)用中)或創(chuàng)造LED呼吸效果(如在照明應(yīng)用中),。像DAC53401這樣的DAC具有稱(chēng)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。

  圖9:生成多種波形的DACx3401

  ·循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)

  使用ADCs (如ADS7138)進(jìn)行關(guān)鍵監(jiān)測(cè)功能或冗余測(cè)量時(shí),,必須保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性,。如圖10所示,ADS7138通過(guò)在ADC和中央處理器之間的數(shù)據(jù)通信上執(zhí)行CRC來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),。

  圖10:輸入和輸出數(shù)據(jù)上帶有CRC的ADS7138

  如圖11所示,,DAC53401和DAC43401等DAC使用CRC來(lái)確保寫(xiě)入或從非易失性存儲(chǔ)器或EEPROM加載的內(nèi)容沒(méi)有損壞。

  圖11:NVM上帶CRC的DACx3401

  集成這些模擬功能和數(shù)字特性可能會(huì)導(dǎo)致集成電路更加復(fù)雜,,但它可以通過(guò)添加處理和診斷能力大大減少整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性,。

  其他資源

  1.參閱DAC53401和DAC43401數(shù)據(jù)表。

  2.了解DAC53401和DAC43401如何為商業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用提供LED和激光二極管偏置解決方案,。

  3.參閱ADS7138數(shù)據(jù)表,。

  4.了解ADS7138如何使用數(shù)字比較器減少故障觸發(fā),。


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