- Огляд АЦП послідовного наближення
- Огляд сигма-дельта-АЦП виробництва Microchip
- Огляд конвеєрних АЦП Microchip
- Огляд АЦП подвійного інтегрування
- Огляд джерел опорного напруги від Microchip
- висновок
- 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
- 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