【導(dǎo)讀】隨著系統(tǒng)尺寸越來越小,每平方毫米的印刷電路板(PCB)面積都至關(guān)重要。與此同時,隨著對數(shù)據(jù)需求的增加,則需要監(jiān)視更多的傳感器。
隨著系統(tǒng)尺寸越來越小,每平方毫米的印刷電路板(PCB)面積都至關(guān)重要。與此同時,隨著對數(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,從而以更小的尺寸創(chuàng)造更多的價值。
第一個優(yōu)點:PCB占用空間更小
和封裝技術(shù)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(yīng)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)。
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(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源元件,從而減小了PCB的尺寸,簡化了設(shè)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(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
另一個例子是圖3所示的ADS7138。對于大多數(shù)應(yīng)用,ADS7138在輸入端不需要驅(qū)動放大器,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:因為當(dāng)電流、電壓和溫度等任何關(guān)鍵信號偏離其預(yù)期范圍時,它會立即向主機控制器發(fā)出警報。此比較器應(yīng)具有快速響應(yīng)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(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、滯后和事件計數(shù)器等功能集成在一起,大大降低了錯報的可能性。
圖6:作為數(shù)字比較器的ADS7138
優(yōu)點3:集成數(shù)字特征
更小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不僅可以進行遠(yuǎn)程傳感器調(diào)節(jié),還可以進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。本地處理提高了遠(yuǎn)程傳感器的性能,減少了報警時的響應(yīng)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(nèi)平均傳感器讀數(shù)。如圖7所示,ADS7138可以平均多達(dá)128個樣本,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,檢測報警事件需要立即進行控制操作(如關(guān)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(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(CRC)
使用ADCs (如ADS7138)進行關(guān)鍵監(jiān)測功能或冗余測量時,必須保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。如圖10所示,ADS7138通過在ADC和中央處理器之間的數(shù)據(jù)通信上執(zhí)行CRC來實現(xiàn)這一點。
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來確保寫入或從非易失性存儲器或EEPROM加載的內(nèi)容沒有損壞。
圖11:NVM上帶CRC的DACx3401
集成這些模擬功能和數(shù)字特性可能會導(dǎo)致集成電路更加復(fù)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(fù)雜性。
原標(biāo)題:微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器如何通過更小尺寸為您帶來更多價值
(來源:EEWORLD,作者:Gavin Bakshi)