Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2008 годМногоканальные АЦП с одновременным сэмплированием
Анатолий Андрусевич (Maxim Integrated Products)Особенностью ряда измерительных задач является требование одновременного сэмплирования нескольких каналов. Пример - контроль параметров электрической сети. Для этих целей применяются многоканальные АЦП с одновременным сэмплированием. Широкий ассортимент таких изделий выпускает компания Maxim Integrated Products.
Как извесно, наиболее распространенным методом преобразования, который используется в современных аналого-цифровых преобразователях, является метод последовательного приближения (SAR). На рисунке 1 приведена типовая структурная схема многоканального преобразователя такого типа.
Рис. 1. Типовая схема многоканального АЦП
Для решения задачи одновременного сэмплирования вместо одного устройства выборки-хранения (УВХ или S/H), вводится по одному УВХ на каждый канал, а мультиплексор размещяется непосредственно перед АЦП (рис. 2).
Рис. 2. Cхема многоканального АЦП с одновременным сэмплированием и несколькими УВХ
Команда SYNC подается одновременно на все УВХ. Подавая ее одновременно на несколько микросхем, можно наращивать число каналов системы измерения. При этом сэмплирование всех каналов будет происходить одновременно. После сэмплирования АЦП с помощью мультиплексора последовательно преобразует данные всех каналов в цифровой код, сохраняя его в буферной памяти. В таблице 1 приведены характеристики микросхем, которые имеют архитектуру, изображенную на рисунке 2.
Таблица 1. Характеристики АЦП c одновременным сэмплированием| Наимено- вание | Разряд- ность | Количество каналов | Диапазон входных напря- жений, В | Скорость преобразо- вания, тыс. выб. в сек. | Напр. питания аналог/ цифр, В | Цифр. интерфейс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MAX1304 | 12 | 8 | 0...5 | 456/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1305 | 12 | 4 | 0...5 | 680/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1306 | 12 | 2 | 0...5 | 901/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1308 | 12 | 8 | ±5 | 456/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1309 | 12 | 4 | ±5 | 680/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1310 | 12 | 2 | ±5 | 901/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1312 | 12 | 8 | ±10 | 456/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1313 | 12 | 4 | ±10 | 680/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1314 | 12 | 2 | ±10 | 901/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1316 | 14 | 8 | 0...5 | 250/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1317 | 14 | 4 | 0...5 | 357/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1318 | 14 | 2 | 0...5 | 455/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1320 | 14 | 8 | ±5 | 250/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1321 | 14 | 4 | ±5 | 357/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1322 | 14 | 2 | ±5 | 455/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1324 | 14 | 8 | ±10 | 250/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1325 | 14 | 4 | ±10 | 357/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
| MAX1326 | 14 | 2 | ±10 | 455/кан. | 5/3... | Паралл. |
| MAX1338 | 14 | 4 | ±10; ±5; ±2,5; ±1,25 прогр. для кажд. кан. | 150/кан. | 5/3...5 | Паралл. |
Следует обратить внимание, что, несмотря на однополярное питание, некоторые приведенные АЦП могут работать с двуполярными источниками сигналов, при этом напряжение этих сигналов может превышать напряжение питания самих микросхем. Все указанные приборы имеют встроенный источник опорного напряжения.
Для увеличения скорости преобразования существуют микросхемы с несколькими АЦП и, соответственно, несколькими синхронизированными УВХ (рис. 3).
Рис. 3. Cхема многоканального АЦП с одновременным сэмплированием и несколькими преобразователями
Скорость преобразования таких АЦП, использующих принцип последовательного приближения, достигает 1,8 млн. преобразований в секунду (см. табл. 2) и позволяет использовать их в цифровых радиоприемниках.
Таблица 2. Высокоскоростные АЦП с одновременным сэмплированием| Наименование | Разряд- ность | Кол-во каналов | Диапазон входных напряжений, В | Скорость преобразования, млн. выб. в сек. | Напр. питания аналог/ цифр, В | Цифр. интерфейс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MAX1377* | 12 | 2 | 0...Vref, ±Vref/2 | 1,6/кан. | 3/1,8...3 | Послед. |
| MAX1379* | 12 | 2 | 0...Vref, ±Vref/2 | 1,8/кан. | 5/1,8...5 | Послед. |
| MAX1383* | 12 | 2 | ±10 | 1,8/кан. | 5/1,8...5 | Послед. |
| MAX1378* | 10 | 2 | 0...Vref, ±Vref/2 | 1,8/кан. | 3/1,8...3 | Послед. |
| MAX1380* | 10 | 2 | 0...Vref, ±Vref/2 | 1,8/кан. | 5/1,8...5 | Послед. |
| MAX1384* | 10 | 2 | ±10 | 1,8/кан. | 5/1,8...5 | Послед. |
| * - готовятся к выпуску. | ||||||
Так же, как и вышеприведенные преобразователи, эти микросхемы оснащены встроенным источником опорного напряжения и допускают работу с двуполярным источником сигналов. Для работы с низковольтной логикой напрямую (без трансляторов уровня), нижняя граница напряжения питания цифровой части составляет +1,8 В. Однополярное напряжение питания аналоговой части может быть от +2,7 В до +3,6 В для микросхем MAX1377, MAX1378 и от +4,75 В до +5,25 В для остальных. Микросхемы имеют режим Partial Power-Down, который позволяет добиться очень низкого энергопотребления: 3,3 мВт для MAX1377, MAX1378 и 5 мВт для остальных.
Приведенные в таблицах 1 и 2 микросхемы имеют максимальное количество разрядов равное четырнадцати. Для измерения с большим динамическим диапазоном используется так называемый сигма-дельта принцип преобразования и аналогичная предыдущей архитектура - несколько АЦП с синхронизированными УВХ (рис. 3). Микросхема MAX11040 (готовится к выпуску) имеет четыре 24-разрядных канала и скорость преобразования до 64 тыс. выборок в секунду на канал.
Высокоскоростной последовательный SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP-совместимый интерфейс позволяет каскадировать до восьми микросхем (рис. 4).
Рис. 4. Cхема совместного использования нескольких АЦП MAX11040
При этом они будут иметь один кварцевый генератор, один общий сигнал Chip Select и один синхронизирующий сигнал SYNC для одновременного сэмплирования всех входов. АЦП MAX11040 позволяет не только одновременно сэмплировать до 32 каналов (при использовании 8 микросхем), но и плавно регулировать фазу сэмплирования индивидуально для каждого канала. Это дает возможность компенсировать фазовые сдвиги во входных трансформаторах и/или фильтрах. Задержка может составлять от 0 до 333 мкс с шагом регулирования 1,33 мкс.
Микросхема оснащена встроенным источником опорного напряжения и имеет дифференциальные входы с возможностью подачи отрицательного напряжения, при этом напряжения питания однополярное - от +3 В до 3,6 В (аналог., AVdd) и от 2,7 В до AVdd (цифр., DVdd).
АЦП способен работать с дифференциальным напряжением, максимальная магнитуда (размах от пика до пика) которого составляет ±2,2 В (при напряжении источника опорного напряжения 2,5 В). Входы оснащены двухуровневой системой сигнализации и защитой от перегрузки. Первый уровень срабатывает при превышении указанной максимальной магнитуды ±2,2 В на любом из входов. При этом происходит ограничение выходного кода до минимального (все «нули») или максимального (все «единицы») значения. Флаг ошибки OVRFLW и соответствующий выход становятся активными. Если входной сигнал превышает уровень ±2,5 В на любом из входов, срабатывает защита входа, флаг ошибки FAULT и соответствующий выход становятся активными. Микросхема выдерживает подачу на входы напряжения до ±6 В как относительно «земли», так и между дифференциальными входами. Следует отметить, что состояние перегрузки на одном из входов никак не влияет на работу остальных.
Для обеспечения точности измерения 0,01% выходной импеданс источника сигнала не должен превышать 2,86 кОм. В противном случае потребуется использование буферизирующего усилителя (рис. 5).
Рис. 5. Типовая схема буферизации одного канала АЦП MAX11040
Дополнительную информацию и более подробные технические характеристики указанных микросхем можно найти на сайте http://www.maxim-ic.com/ .
| Ваш комментарий к статье | ||||
