І все-таки вони існують! АЦП від Microchip

1. Огляд АЦП послідовного наближення
2. Огляд сигма-дельта-АЦП виробництва Microchip
3. Огляд конвеєрних АЦП Microchip
4. Огляд АЦП подвійного інтегрування
5. Огляд джерел опорного напруги від Microchip
6. висновок
7. література

Компанія Microchip випускає величезну кількість найрізноманітніших мікросхем: від цифрових мікроконтролерів і програмованої логіки до потужних драйверів і різних датчиків. Велике значення для компанії має сегмент аналогових компонентів, до якого відносяться: аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), джерела опорної напруги (ДОН), підсилювачі, драйвери, датчики чадного газу, температури, ультразвукові сенсори. Дана стаття присвячена огляду АЦП від Microchip, чий козир - НЕ швидкодію, а малі вартість і споживання.

Серед вітчизняних розробників компанія Microchip в першу чергу відома своїми 8/16/32-бітних микроконтроллерами сімейства PIC. Однак крім контролерів Microchip випускає широкий спектр інших мікросхем, таких як інтерфейси (USB, Ethernet і так далі), драйвери двигунів, світлодіодів, силових транзисторів, інтелектуальні ключі, мікросхеми харчування, пам'ять і багато іншого. Велике значення для компанії має сегмент аналогових мікросхем.

Дана стаття присвячена мікросхем АЦП і ІОН виробництва компанії Microchip. Зараз компанія випускає більше чотирьох десятків АЦП (рисунок 1):

Мал. 1. АЦП виробництва Microchip

• АЦП послідовного наближення, сигма-дельта-АЦП, конвеєрні, з подвійним інтегруванням і спеціалізовані (наприклад, АЦП для управління ЖК);
• з частотою вимірювань від 4 до 200 мільйонів вибірок в секунду;
• з розрядністю 10 ... 22 біт;
• з багатьма інтерфейсами (SPI, I²C, трьохдротяним інтерфейсом);
• з 1 ... 8 входами;
• в різних корпусних виконань (SOIC, PDIP, MSOP та інших).

Виконання цифроаналогових перетворень неможливо без джерел опорного напруги. Номенклатура Microchip включає ІОН, призначені для роботи з широким спектром напруг аж до 15 В і початкової точністю 0,1 ... 1% (рисунок 2).

Мал. 2. Джерела опорного напруги від Microchip

Огляд АЦП послідовного наближення

АЦП послідовного наближення (Successive Approximation Register, SAR ADC) є найбільш поширеним типом АЦП. Їх популярність пояснюється тим, що архітектура послідовного наближення дозволяє домагатися досить високої точності, зберігаючи мінімальну вартість. З цієї ж причини даний вид АЦП фактично є стандартним периферійним блоком для більшості сучасних мікроконтролерів.

Компанія Microchip випускає майже півтора десятка АЦП послідовного наближення (таблиця 1). C першого погляду здається, що представлені аналогово-цифрові перетворювачі не можуть похвалитися видатними метрологічними якостями. Їх характеристики виглядають досить стандартно: розрядність до 13 біт, уніполярні або диференціальні входи, число каналів 1 ... 8, напруга живлення до 5,5 В, частота перетворень 22 ... 200 тисяч вибірок в секунду, комунікаційні інтерфейси SPI або I²2C. Проте, у цієї групи перетворювачів є і свої особливості:

• мінімальне споживання;
• зручні корпусні виконання;
• простота використання за рахунок мінімального набору зовнішніх компонентів.

Тобто у АЦП послідовного наближення, вироблених компанією Microchip, є все, що потрібно, щоб стати надійним і простим інструментом обробки сигналів. Розглянемо найбільш цікавих представників даної групи.

MCP3021 - 10-бітний АЦП з максимальним споживанням в активному режимі не більше 250 мкА. При необхідності MCP3021 можна перевести в режим очікування, в якому споживання не перевищує 1 мкА. Безумовною перевагою цієї моделі АЦП є мініатюрний 5-вивідний корпус SOT-23-5.

Завдяки використанню I²C у розробників є можливість одночасного підключення на одну шину до восьми MCP3021. Адреса кожного АЦП «зашитий» заздалегідь на етапі виробництва і маркується однією цифрою в найменуванні. Наприклад, MCP3221A5T-I / OT має адресу 5, а в MCP3221A0T-I / OT запрограмований адреса 0.

Букви I і E в найменуванні мікросхеми в даному випадку кодують діапазон робочих температур: I (Industrial) одно -40 ... 85 ° C, E (Extended) становить -40 ... 125 ° C.

Якщо розрядності MCP3021 недостатньо, варто розглянути можливість застосування АЦП MCP3221, розрядність якого становить 12 біт. При цьому всі характеристики залишаються такими ж, як і у розглянутої вище молодшої моделі.

MCP330x - лінійка АЦП з диференціальними входами і SPI-інтерфейсом. Розрядність у всіх моделей лінійки однакова і становить 13 біт: 12 біт + 1 біт, який кодує знак результату.

Між собою АЦП MCP330x відрізняються корпусним виконанням і кількістю диференціальних каналів: MCP3301 - одноканальний АЦП, MCP3302 - 2-канальний АЦП, MCP3304 - 4-канальний АЦП.

Споживання MCP330x виявляється вельми помірним і не перевищує 450 мкА навіть в режимі перетворення.

Таблиця 1. АЦП послідовного наближення компанії Microchip

Найменування Роздільна здатність, біт Швидкість перетворення, кSPS Кількість входів Тип входів Інтер-
фейс Uпит, В MCP3001 / 2 / 4 / 8 10 200 1/2/4/8 Несім. SPI 2,7 ... 5,5 MCP3021 10 22 1 Несім. I²C MCP3201 / 2 / 4 / 8 12 100 1/2/4/8 Несім. SPI MCP3221 12 22 1 Несім. I²C MCP3301 / 2 / 4 13 100 1/2/4 Діффа. SPI 4,5 ... 5,5

Якщо точності, що забезпечується АЦП послідовного наближення, недостатньо - варто звернути увагу на сигма-дельта-АЦП.

Огляд сигма-дельта-АЦП виробництва Microchip

Архітектура сигма-дельта-АЦП дозволяє досягати високої точності вимірювань, правда, при цьому доводиться пожертвувати швидкістю перетворень. З цієї причини даний вид АЦП застосовують для контролю за повільно змінними сигналами.

Найдосконаліші сигма-дельта-АЦП від лідерів галузі мають розрядність понад 32 біт. Однак компанія Microchip орієнтується в першу чергу не на досягнення високої розрядності, а на отримання мінімального споживання. Зараз номенклатура Microchip включає більше десятка сигма-дельта-АЦП з струмом споживання від 120 мкА (таблиця 2).

MCP355x - найбільш досконала лінійка виробництва Microchip. Вона перевершує інші моделі за більшістю показників:

• максимальна розрядність - 22 біта;
• максимальна швидкість вимірювань - до 60 вибірок в секунду;
• мінімальне споживання - від 140 мкА;
• мінімальна інтегральна нелінійність - 2 LSB;
• мінімальне початковий зсув - 3 мкВ.

MCP355x випускаються в зручних 8-вивідних корпусах (MSOP, SOIC) і відрізняються максимально простою схемою включення.

Таблиця 2. Сигма-дельта-АЦП компанії Microchip

Найменування Роздільна здатність, біт Швидкість перетворення, кSPS Кількість входів Інтер-
фейс MCP3425 / 26 / 27 / 28 16 15 1/2/2/4 I²C MCP3421 / 22 / 23 / 24 18 4 1/2/2/4 I²C MCP3550-50 / 60 22 13/15 1 SPI MCP3551 / 53 22 14 1 SPI

Як було сказано вище, головним недоліком сигма-дельта-АЦП є невисока частота вимірювань. Для отримання максимального швидкодії можна розглянути перетворювачі з паралельної або послідовно-паралельною архітектурою, наприклад, конвеєрні АЦП.

Огляд конвеєрних АЦП Microchip

Конвеєрні АЦП мають послідовно-паралельну структуру, завдяки чому вдається підвищити швидкість перетворень в порівнянні зі звичайними АЦП послідовного наближення.

На даний момент компанія Microchip випускає десять моделей конвеєрних АЦП (таблиця 3):

• з частотою перетворень до 200 мільйонів вибірок в секунду;
• одноканальні (сімейства MCP372 x0 і MCP37D x0) і восьмиканальні з мультиплексованими каналами (сімейства MCP372x1 і MCP37Dx1);
• з вбудованим цифровим КИХ-фільтром для децимації;
• з вбудованим блоком цифрового зниження частоти (digital down-converter, DDC) для моделей MCP37Dxx;
• з корпусними виконаннями TFBGA-121 і VTLA-124.

Таблиця 3. Конвеєрні АЦП компанії Microchip

Наймену-
вання Роздільна здатність, біт Швидкість перетворення, кSPS Кількість входів Тип
входів Інтер-
фейс Uпит, В MCP37210-200 12 200 1 Діффе-
ренці-
ний парал-
лельного CMOS, після-
дова-
вальний
DDR LVDS 1,2; 1,8 MCP37220-200 14 MCP37D10-200 12 MCP37D20-200 14 MCP37211-200 12 8 MCP37221-200 14 MCP37231-200 16 MCP37D11-200 12 MCP37D21-200 14 MCP37D31-200 16

Огляд АЦП подвійного інтегрування

При харчуванні вимірювальних приладів від побутової мережі 50/60 Гц одним з найбільш негативних чинників, що впливають на точність вимірювань більшості АЦП, стають відповідні низькочастотні шуми. Позбутися від них звичайними аналоговими методами досить складно. З цієї причини розробники АЦП пропонують боротися з ними на рівні архітектури.

АЦП з подвійним інтегруванням дозволяють усунути вплив низькочастотних шумів і при цьому зберегти високу роздільну здатність. Компанія Microchip пропонує шість АЦП подібного типу (таблиця 4).

Особливо варто відзначити 17-бітове сімейство TC500 / TC510 / TC514 . Крім високої розрядності вони відрізняються зручним корпусним виконанням PDIP або SOIC.

Таблиця 4. АЦП подвійного інтегрування компанії Microchip

Найменування Роздільна здатність, біт Продуктивність
ність, кSPS Кількість входів Інтерфейс Uвх дифф., В TC500 до 16 4 ... 10 1 трипровідні -1,5 ... 1,5 TC500A до 17 TC510 TC514 4 TC7109 13 (з урахуванням біта знака) 2 ... 10 1 Послідовний TC7109A

Перевагами більшості АЦП виробництва компанії Microchip є проста схема включення і мінімальний набір додаткових зовнішніх компонентів. Так, наприклад, для багатьох перетворювачів послідовного наближення не вимагається джерела опорної напруги (ДОН), замість цього використовується напруга живлення. Таке рішення виправдане в двох випадках: коли не потрібно високої точності і коли споживання АЦП настільки мало, що в якості джерела живлення можна застосовувати безпосередньо ІОН.

Таким чином, ІОН є важливою частиною будь-якої вимірювальної системи з АЦП.

Огляд джерел опорного напруги від Microchip

Від ІОН в першу чергу при необхідності забезпечення точного вихідної напруги і мінімального рівня шумів. Все це є у джерел опорного напруги виробництва Microchip. Крім того, вони максимально прості у використанні.

Зараз компанія випускає джерела опорного напруги з різними характеристиками:

• з підстроюваним або фіксованою вихідною напругою 1,024; 1,250; 1,800; 2,048; 2,500; 3,000; 3,300, 4,096 В;
• з початковою точністю 0,1 / 0,5 / 1%;
• з вихідним струмом до 15 мА;
• з мінімальним власним споживанням;
• з мініатюрними корпусними виконаннями.

Таблиця 5. Джерела опорного напруги компанії Microchip

Найменування Uпит, В U вих, В Iвих макс., МА Початкова точність,% TKC,
10-6 / ° C Iпіт макс. (25 ° С), мкА Uвх макс., В Шум пор. кв., мкВ MCP1501 1,65 ... 5,5 1,024; 1,250; 1,800; 2,048; 2,500; 3,000; 3,300, 4,096 20 0,1 50 350 5,5 7 LM4041 0 ... 5 1,225; підлаштовуватися 1,24 ... 10 12 0,5 100 65 15 20 MCP1525 2,7 ... 5,5 2,5 2 1 50 100 5,5 177 LM4040 0 ... 15 2,5; 4,096; 5,0 15 0,5 100 65 15 35 MCP1541 4,3 ... 5,5 4,096 2 1 50 100 5,5 247 MIC4043 0 ... 10 підлаштовуватися 15 - 65 10 -

висновок

Компанія Microchip не бере участі в «гонці озброєнь» в сегменті АЦП і ЦАП. У номенклатурі компанії ви не знайдете надшвидкодіючих або високорозрядних перетворювачів. Замість цього користувачам пропонуються прості, недорогі і малопотребляющіе рішення, які напевно стануть відмінним вибором для більшості додатків.

Зараз компанія випускає чотири основні типи цих компонентів: АЦП послідовного наближення, сигма-дельта-АЦП, конвеєрні і АЦП з подвійним інтеграцією. Номенклатура Microchip включає також спеціалізовані перетворювачі, наприклад, АЦП для управління ЖК.

Для роботи з ними розробники можуть скористатися простими і малопотребляющімі ІОН виробництва Microchip, що володіють початковій точністю вихідної напруги від 0,1%.

література

1. http://www.microchip.com.

Про компанію Microchip

Microchip Technology Inc. - провідний постачальник мікроконтролерів, схем змішаного сигналу, аналогових напівпровідників і рішень на основі флеш-IP. Рішення Microchip забезпечують розробку з низьким рівнем ризику, знижують загальну вартість системи і скорочують час виходу на ринок для тисяч різних клієнтських додатків по всьому світу. Штаб-квартира в Чандлер, штат Арізона. Продукція Microchip має високі якістю і рівнем технічної підтримки. Продукція Microchip має високий уровн ... читати далі