Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2002

Firma Texas Instruments

dostarczy³a niedawno

na rynek kilka nowych

typów przetworników

analogowo-cyfrowych.

S¹ to przetworniki

charakteryzuj¹ce siê

zarówno du¿¹

rozdzielczoœci¹,

jak i du¿¹ szybkoœci¹

dzia³ania. Spoœród kilku

ró¿nych typów tych

przetworników

do bli¿szego omówienia

wybrano dwa, mianowicie:

12-bitowy przetwornik

analogowo-cyfrowy

THS1230 oraz rodzinê

przetworników

14-bitowych typu

TLC354x.

Przetworniki 12-bitowe

Typowym przyk³adem przetworników

12-bitowych firmy Texas Instruments jest

uk³ad THS1230, którego schemat blokowy

przedstawiono na rys. 1. Przetwornik jest

wykonany technologi¹ CMOS i odznacza

siê w zwi¹zku z tym du¿¹ szybkoœci¹ prze-

twarzania pobieranych próbek sygna³ów

analogowych, stosunkowo niskim kosztem

oraz pojedynczym zasilaniem. W uk³adzie

zastosowano nowoczesn¹ architekturê po-

tokow¹ (pipelined architecture), dziêki cze-

mu czêstotliwoœæ próbkowania sygna³u wy-

nosi 30 milionów próbek na sekundê (MSPS

_ Millions of Samples Per Second). W uk³ad

scalony przetwornika THS1230 wbudowa-

ny zosta³ równie¿ wzmacniacz sygna³u ana-

logowego zintegrowany z uk³adem prób-

kuj¹co-pamiêtaj¹cym (sample-and-hold).

Przetwornik THS1230 ma równie¿ wewnê-

trzne Ÿród³o napiêcia odniesienia (voltage

reference).

Do cech charakterystycznych przetwornika

THS1230 mo¿na zaliczyæ ma³y poziom szu-

PRZETWORNIKI

ANALOGOWO_ CYFROWE

FIRMY TEXAS INSTRUMENTS

mów oraz szerokie pasmo czêstotliwoœcio-

we sygna³ów wejœciowych, rozci¹gaj¹ce

siê teoretycznie nawet do czêstotliwoœci

180 MHz. Oczywiœcie, poniewa¿ czêstotli-

woϾ przetwarzania tego przetwornika wyno-

si maksymalnie 30 MHz, w praktyce do po-

staci cyfrowej mog¹ byæ przetwarzane sygna-

³y analogowe, których widmo zawarte jest

w paœmie le¿¹cym poni¿ej 15 MHz. Jest to

tzw. czêstotliwoœæ Nyquista, wynikaj¹ca

z podstawowego twierdzenia o próbkowaniu

sygna³ów. Cechy te sprawiaj¹, ¿e omawiany

przetwornik nadaje siê szczególnie do zasto-

sowañ w profesjonalnym sprzêcie medycz-

nym. Z uwagi na tego typu zastosowania,

przetwornik THS1230 wyposa¿ono w sy-

stem monitorowania zdarzeñ, polegaj¹cych

na przekroczeniu przez sygna³ wejœciowy

zadanego zakresu napiêæ.

Uk³ad THS1230 mo¿e pracowaæ zarówno

z wewnêtrznym, jak i z zewnêtrznym Ÿród³em

napiêcia odniesienia. Omawiany uk³ad wypo-

sa¿ono równie¿ w funkcjê konfiguracji wejœæ

sygna³ów analogowych, dziêki czemu mo¿e

on przetwarzaæ zarówno sygna³y unipolarne,

w tym z przesuniêciem poziomu napiêæ

(offset), oraz sygna³y ró¿nicowe.

Przetwornik THS1230 odznacza siê ma-

³ym poborem mocy, gdy¿ bêd¹c zasilany na-

piêciem 3,3 V pobiera podczas swojej pra-

cy pr¹d równy zaledwie 48 mA, co daje po-

r

PODZESPO£Y

25

Funkcje wyprowadzeñ przetwornika

THS12490

CLK _ wejœcie sygna³u taktuj¹cego doprowadza-

nego z generatora zewnêtrznego (clock)

AIN+ _ wejœcie nieodwracaj¹ce przetwarzane-

go sygna³u analogowego

AIN- _ wejœcie odwracaj¹ce przetwarzanego sy-

gna³u analogowego

CON0 _ wejœcie konfiguracyjne 0

CON1 _ wejœcie konfiguracyjne 1

EXTREF _ wejœcie sygna³u prze³¹czaj¹cego

przetwornik w tryb pracy z zewnêtrznymi Ÿród³a-

mi napiêæ odniesienia

REFT _ zewnêtrzne Ÿród³o napiêcia odniesienia

REFB _ zewnêtrzne Ÿród³o napiêcia odniesienia

ABDD _ zasilanie uk³adów analogowych

DVDD _ zasilanie uk³adów cyfrowych

AGND _ masa dla sygna³ów analogowych

DGND _ masa dla sygna³ów cyfrowych

OVRNG _ sygna³ przekroczenia zakresu

OE _ sygna³ uaktywniaj¹cy pracê przetwornika

D[11:0] _ 12-bitowa magistrala danych

bór mocy na poziomie 168 mW. Przetwor-

nik mo¿e równie¿ zostaæ wprowadzony

w tzw. tryb oczekiwania (standby mode),

charakteryzuj¹cy siê znikomo ma³ym po-

borem mocy.

Przetwornik THS1230, przetwarzaj¹c sy-

gna³ o maksymalnej czêstotliwoœci 15 MHz,

zapewnia (z uwagi na uzyskiwan¹ w nim

wartoœæ stosunku sygna³u do szumu) tzw.

efektywn¹ rozdzielczoœæ bitow¹ (effective

bits of resolution) równ¹ 10,8 bitów, co

Rys. 1. Schemat blokowy przetwornika THS1230; P-P _ uk³ad próbkuj¹co-pamiêtaj¹cy

12-bitowy

przetwornik

a/c

Uk³ady czasowe

P-P

Sterowanie

konfiguracj¹

ród³o

napiêcia

odniesienia

Trójstanowy

bufor

wyjœciowy

26

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2002

odpowiada zakresowi dynamiki przetwa-

rzanych sygna³ów równemu 67 dB. Nato-

miast maksymalny, mo¿liwy do uzyskania

przy u¿yciu tego przetwornika, zakres dyna-

miki wynosi 74,6 dB.

Wymienione cechy sprawiaj¹, ¿e 12-bitowe

przetworniki THS1230 nadaj¹ siê idealnie do

zastosowañ w takich urz¹dzeniach jak:

q

kamery cyfrowe

q

urz¹dzenia kopiuj¹ce

q

urz¹dzenia typu set-top box

q

systemy telekomunikacyjne

q

urz¹dzenia wykorzystuj¹ce uk³ady ze

sprzê¿eniem ³adunkowym CCD (Charge-

Coupled Device)

q

urz¹dzenia s³u¿¹ce do testowania

q

systemy aparatury medycznej.

Uk³ady THS1240 s¹ wytwarzane w obudo-

wach typu TSSSOP lub SOIC o 28 wypro-

wadzeniach i mog¹ pracowaæ w szerokim

zakresie temperatur.

Przetworniki 14-bitowe

Do rodziny 14-bitowych przetworników ana-

logowo-cyfrowych firmy Texas Instruments

nale¿¹ miêdzy innymi uk³ady TLC3544

i TLC3548. Uk³ad TLC3544 jest czterokana-

³owym, a TLC3548 oœmiokana³owym prze-

twornikiem analogowo-cyfrowym przetwa-

rzaj¹cym sygna³y unipolarne. Obwody prze-

twarzania sygna³ów analogowych uk³adów

TLC3544/48 s¹ zasilane napiêciem 5 V, na-

tomiast obwody elektroniki cyfrowej tych

uk³adów mog¹ byæ zasilane napiêciem mie-

szcz¹cym siê w zakresie od 3 do 5 V. Sche-

mat blokowy przetwornika TLC3544 przed-

stawiono na rys.2.

Przetworniki TLC3544/48 maj¹ trzy wejœcia

cyfrowe oraz jedno trójstanowe wyjœcie. S¹

to odpowiednio:

q

CS (Chip Select) _ wejœcie sygna³u uak-

tywniaj¹cego pracê przetwornika

q

SCLK (Serial input-output clock) _ wej-

œcie sygna³u taktuj¹cego proces szeregowe-

go wprowadzania i wyprowadzania danych

z przetwornika

q

SDI (Serial Data Input) _ wejœcie s³u¿¹-

ce do szeregowego wprowadzania danych

do przetwornika

q

SDO (Serial Data Output) _ wyjœcie s³u-

¿¹ce do szeregowego wyprowadzania da-

nych z przetwornika.

Omawiane przetworniki mog¹ wiêc za po-

moc¹ czterech przewodów wspó³pracowaæ

z interfejsem portu szeregowego SPI (Serial

Port Interface) typowego systemu mikro-

procesorowego.

Przetworniki TLC3544/48 mog¹ wspó³pra-

cowaæ bezpoœrednio z procesorami DSP

firmy Texas Instruments z serii TMS320. Wte-

dy sygna³ synchronizacji ramki FS (Frame

Signal) jest wykorzystywany do zaznacze-

nia pocz¹tku szeregowej transmisji danych

z przetwornika. Jeœli przetwornik wspó³pracu-

je z procesorem DSP za poœrednictwem wy-

prowadzenia FS, wówczas wyprowadzenie

CS nie jest wykorzystywane i mo¿e zostaæ do-

³¹czane do poziomu masy cyfrowej DGND,

jeœli oczywiœcie przetwornik jest jedynym urz¹-

dzeniem przy³¹czonym do danego portu

szeregowego. Przetworniki TLC3544/48 ma-

j¹ wbudowany w strukturê uk³adu scalonego

multiplekser analogowy, za pomoc¹ którego

mo¿na dokonaæ wyboru dowolnego z wejœæ

analogowych tych przetworników lub te¿ wy-

boru jednego z trzech wewnêtrznych Ÿróde³

napiêæ testuj¹cych.

Uk³ad próbkuj¹co-pamiêtaj¹cy przetworni-

ka uaktywniany jest samoczynnie po wykry-

ciu czwartego z kolei zbocza sygna³u taktu-

j¹cego SCLK. Praca uk³adu próbkuj¹co-

pamiêtaj¹cego mo¿e byæ ponadto kontrolo-

wana za pomoc¹ sygna³u doprowadzanego

do specjalnego wyprowadzenia CSTART,

dziêki czemu czas próbkowania sygna³u

ulega wyd³u¿eniu (extended sampling).

Dostêpne s¹ równie¿ energooszczêdne we-

rsje omawianych przetworników, nosz¹ce

oznaczenia TLC3574/78 i TLC2574/78. Po-

nadto oszczêdnoœæ zu¿ycia energii elek-

trycznej przez rozwa¿ane przetworniki mo¿-

na dodatkowo zwiêkszyæ na drodze progra-

mowej, dziêki wbudowaniu w przetwornik

funkcji samoczynnego przechodzenia w stan

nieaktywny (auto power-down mode) oraz

mo¿liwoœci zaprogramowania ró¿nych war-

toœci okresów próbkowania sygna³ów wej-

œciowych. Miêdzy innymi dostêpny jest tryb

pracy tzw. szybkiego próbkowania (short

sampling) co 12 okresów sygna³u SCLK oraz

wolnego próbkowania (long sampling) co 44

okresy sygna³u SCLK. Ponadto wewnêtrzne

obwody przetworników TLC3544/48 s¹ tak-

towane za pomoc¹ wewnêtrznego generato-

ra sygna³u taktuj¹cego OSC. Przetworniki

maj¹ równie¿ wbudowane wewnêtrzne Ÿród³a

napiêæ odniesienia.

Typowy pobór pr¹du przez przetwornik pod-

czas pracy wynosi 4 mA, a w stanie nieak-

tywnym pobór pr¹du spada do zaledwie

10

µ

A. Obie wersje przetworników TLC3544

i TLC3548 s¹ ca³kowicie zgodne, je¿eli cho-

dzi o rozmieszczenie ich wyprowadzeñ, co

daje du¿y stopieñ elastycznoœci podczas

przebudowy (upgrading) systemu mikro-

procesorowego, z którym wspó³pracuj¹.

Przetworniki TLC3544/48 s¹ przewidziane

g³ównie do zastosowañ w urz¹dzeniach

przemys³owych i w komputerowych syste-

mach sterowania. Dla przyk³adu mo¿na wy-

mieniæ kilka aplikacji, takich jak:

q

Cyfrowe sterowanie serwomechanizmów

q

Cyfrowa regulacja wzmocnienia wzmac-

niaczy

q

Systemy sterowania procesami przemy-

s³owymi

q

Systemy sterowania maszyn i silników

q

Systemy akwizycji i gromadzenia danych

o przebiegach procesów przemys³owych

n

Miros³aw Gajer

Opracowano na podstawie Technology Innovations,

February 2001, vol. 7 (http://www.ti.com/sc/techinno-

vations7) _ materia³y firmy Texas Instruments

Rys. 2. Schemat blokowy przetwornika TLC3544; N.O. 4 V _ wewnêtrzne Ÿród³o napiêcia odniesienia 4 V

A/C _ kompensacyjny przetwornik a/c

N.O. 4 V

Pamiêæ

FIFO

Zegar

OSC

Sterowanie

Licznik

4-bitowy

Dekoder

rozkazów

a/c

Multi-

plekser

analo-

gowy

27