Аналого-цифровые преобразователи фирмы Microchip
|
Микроконтроллер – это очень мощный инструмент для обработки цифровых данных, но он не умеет работать с аналоговыми данными напрямую. Для преобразования напряжения в
двоичный код предназначен аналого-цифровой преобразователь (АПЦ) Фирма Microchip выпускает АЦП как в виде отдельно стоящих микросхем, так и в виде встроенных в микроконтроллер периферийных модулей.
АЦП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ
Основными достоинствами АЦП последовательного приближения являются возможность подключения такого
АЦП к мультиплексированному входу и возможность проведение измерения с относительно высокой частотой дискре
тизации. Входной сигнал захватывается и сохраняется на встроенном конденсаторе и уровень этого заряда преобразу
ется в цифровую форму при помощи схемы последовательного приближения. Из-за того, что данный заряд хранится на
протяжении всего времени преобразования на встроенном конденсаторе, только уровень начального заряда имеет значение. Время преобразования для
любого значения входного сигнала посто янно и строго детерминировано. Это делает АЦП последовательного приближения идеальным для применения во многих
системах реального времени, включая управление двигателями, системы сбора и обработки данных, системы управления технологическими процессами, медицинское оборудование. Производительность
АЦП последовательного приближения может достигать одного миллиона преобразований в секунду. Структурная схематакого АЦП приведена на рис. 1.
Рис. 1. АЦП последовательного приближения
Фирма Microchip выпустила новую серию АЦП последовательного приближения с пониженным энергопотреблением в миниатюрном корпусе SOT-23A .
MCP3021 и MCP3221 разработаны на базе улучшенной CMOS технологии и идеальны для применения в устройствах с батарейным питанием. Разрешение
MCP3021 составляет 10бит, MCP3221 – 12 бит. Встроенный источник тактирования АЦП обеспечивает стабильное время преобразования, вне зависимости от
тактовой частоты шины. Возможно параллельное соединение (до 8 устройств на шине I2C).
Ток потребления при частоте тактирования шины I2C 400 кГц – 180 мкА, при частоте 33 кГц потребление падает до
30 мкА. Ток потребления в режиме sleep составляет 5нА. Широкий диапазон питающих напряжений 2.7 – 5.5 В.
АЦП MCP3001 и MCP3201 – высокопроизводительные АЦП со сверхнизким энергопотреблением. MCP3001 обеспечивает разрешающую способность 10 бит, MCP3201 – 12 бит. Широкий диапазон питающих напряжений 2.7
– 5.5 В и минимальное энергопотребление (300 мкА при частоте выборки 100 к) позволяют применять данную серию АЦП в устройствах с батарейным питанием. Интерфейс передачи данных – SPI
(режим 0,0 и 1,1). Структурная схема данной серии АЦП приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема MCP3001
Многие задачи требуют одновременного измерения двух и более аналоговых величин. Применение нескольких АЦП нецелесообразно по многим причинам, в том числе и финансовым. Серия MCP3x02/4/8 призвана решить данную проблему. Данная серия микросхем
представляет собой АЦП с мультиплексором входных сигналов. Количество входов – 2/4/8 соответственно. Входы данных АЦП могут работать в стандартном
режиме или в псевдодифференциальном. Разрешение для MCP300x – 10 бит, для MCP320x – 12 бит. Интерфейс передачи данных – SPI (режим 0,0 и 1,1). Диапазон питающих напряжений 2.7 – 5.5 В,
ток потребления при Uпит = 5 В и частоте выборки 100 к составляет 300 мкА, ток потребления в режиме Sleep – 500 нА. Рабочий температурный диапазон -40...+85 °С.
Структурная схема АЦП данной серии приведена на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема MCP3204/3208
Серия MCP330x – это АЦП с дифференциальным входом. Данная серия предназначена для использования в мостовых схемах измерения.
Кол-во дифференциальных входов – 1/2/4. Разрешение 13 бит, либо 12 бит плюс "знак". Максимальная частота выборки – 100к при Uпит=5В. Интерфейс передачи
данных – SPI (режим 0,0 и 1,1). Диапазон питающих напряжений 2.7 – 5.5В. Рабочий температурный диапазон – 40...+8 °С. Применение данной серии показано на рис. 4.
Рис. 4. Пример подключения MCP3302
АЦП ДВОЙНОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ
Принцип работы АЦП двойного интегрирования заключается в заряде конденсатора входным напряжением зафиксированное время и разряде этого
конденсатора до нуля.
Таким образом, преобразование сигнала в цифровой код состоит из двух этапов: накопление заряда и разряд конденсатора.
В начальный момент времени выход интегрирующей цепочки равен нулю. Затем аналоговый ключ S1 соединяет входное напряжение с входом интегратора на определенный период времени tINT. Полярность и уровень сигнала
на выходе интегратора пропорциональна входному сигналу. Фаза деинтегрирования начинается по прошествию tINT.
Во время второй фазы ключ S1 соединяет опорное напряжение (полярность которого противоположна полярности входного напряжения) с входом
интегратора, в это же время встроенный в АЦП таймер начинает отсчет времени. Отсчет времени продолжается до тех пор, пока выход компаратора не
изменит своё значение на противоположное. Таймер останавливается, при этом его показания пропорциональны входному напряжению.
Главное преимущество АЦП двойного интегрирования – нечувствительность к помехам. Во время измерения шум усредняется, при этом действующее значение
шума равно нулю. Таким образом, ошибка показаний АЦП двойного интегрирования, связанная с наличием шумов во входном сигнале, практически равна нулю.
Cтруктурная схема АЦП двойного интегрирования приведена на рис. 5.
Рис. 5. АЦП двойного интегрирования
АЦП серии TC5xx являются прецизионный аналогоцифровыми преобразователями двойного интегрирования.
Максимальное разрешение составляет 17 бит плюс знак. TC500 самое простое устройство данного семейства, требующее двухполярного питания, TC510 имеет встроенный конвертор, позволяющий
работать в приложениях, имеющих однополярное питание. Пользователь может задавать время преобразования сигнала, однако чем выше производительность, тем меньше максимальное разрешение АЦП.
Устойчивость к низкочастотному шуму (50/60Гц), малое энергопотребление и минимальное количество портов ввода/вывода, требуемых для подключения к АЦП, делают данное АЦП
пригодным во многих приложениях, требующих прецизионного измерения аналоговых величин.
Основные особенности данных преобразователей: прецизионный преобразователь, с максимальным разрешением
17бит; гибкость – пользователь сам может выбрать, что его интересует – производительность или разрешение; однополярное питание (для TC510/TC514); 4 дифференциальных входа со встроенным мультиплексором (TC514); автоматическое определение полярности входного напряжение; диапазон входного напряжения
(+/-)4.2В (TC500A/TC510). Структурная схема данной серии приведена на рис. 6.
Рис. 6. Структурная схема АЦП серии TC5xx
Цифровой мультиметр на одной микросхеме? Это возможно! Серии микросхем TC711x, TC712x и TC713x представляют собой АЦП с разрешением 3? и 4?
символа и встроенным драйвером светодиодного индикатора или ЖКИ. Семисегментные декодеры, источники опорного напряжение, схемы тактирования –
всё это интегрировано непосредственно микросхему. Взгляните на рис. 7.
Рис. 7. Мультиметр на одной микросхеме
Для создания мультиметра достаточно такой микросхемы, внешнего ЖКИ и набора резисторов и конденсаторов, образующих делители входного сигнала.
В заключение напоминаем, что не только хорошее АЦП с высоким разрешением является залогом успеха Вашей
разработки. Правильная разводка платы, разделение аналоговых и цифровых компонентов, правильная группировка высокочастотных и низкочастотных устройств – вот основные требования, которые должны предъявляться Вами к Вашему устройству.
|
|
|
