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微型資料轉換器如何通過更小尺寸為您帶來更多價值

本文作者:Gavin Bakshi       點擊: 2019-12-19 15:56
前言:
作者:Gavin Bakshi (注:Kaustubh Gadgil和Robert Schreiber合撰此技術文章。)
隨著系統尺寸越來越小,每平方毫米的印刷電路板(PCB)面積都至關重要。與此同時,隨著對資料需求的增加,則需要監視更多的感測器。
 
本文將討論如何顯著減少PCB佔用空間,增加通道密度以及最大限度地發揮其他元件和功能與TI微型資料轉換器高度集成的優勢,從而以更小的尺寸創造更多的價值。
 
第一個優點:PCB佔用空間更小
和封裝技術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)佔用空間為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,對於多通道應用,TI最新的8通道ADC(ADS7138)和DAC(DAC53608)的佔用空間均為9mm2(每個通道約1mm2)。  

圖1:TI的更小資料轉換器
 
這些微型資料轉換器可以減少空間受限設計的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。
 
優點2:集成模擬功能
許多系統使用分立元件和無源元件來實現各種類比功能,如信號調節、偏置和比較器。由於TI的小型資料轉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,簡化了設計,並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集成了輸出緩衝器和內部基準,節省了PCB面積和成本。
 

圖2:DAC53401中的集成基準和緩衝器
 
另一個例子是圖3所示的ADS7138。對於大多數應用,ADS7138在輸入端不需要驅動放大器,因而可再次節省PCB面積和成本。
 

圖3:ADS7138不需要外部放大器
 
• 偏置電壓產生(固定和可變)
DAC53401的電可擦可程式設計唯讀記憶體(EEPROM)和壓擺率控制特性為產生固定或可變的偏置電壓提供了良好條件。圖4所示為一個照明應用的示例。
 

圖4:偏置LED的DACx3401
 
類比和數位比較器
比較器通常被用在這樣的系統中:因為當電流、電壓和溫度等任何關鍵信號偏離其預期範圍時,它會立即向主機控制器發出警報。此比較器應具有快速回應時間和能夠避免誤報。
 
如圖5所示,單獨回饋引腳(FB)可以讓您把DAC53401當作帶可程式設計閾值電壓的類比比較器使用。
 

圖5:DACx3401可以訪問其內部放大器回饋路徑
 
如圖6所示,ADS7138將數位比較器功能與可程式設計閾值、滯後和事件計數器等功能集成在一起,大大降低了錯報的可能性。
 

圖6:作為數字比較器的ADS7138
 
優點3:集成數位特徵
更小的資料轉換器不僅可以進行遠端感測器調節,還可以進行遠端資料處理。本地處理提高了遠端感測器的性能,減少了報警時的回應時間,並釋放了中央處理器中的一些處理頻寬。
 
例子包括:
• 提高雜訊性能的輸出平均

如要減少系統中雜訊的影響,通常的做法是在短時間內平均感測器讀數。如圖7所示,ADS7138可以平均多達128個樣本,能將雜訊的影響減少10倍以上。
 

圖7:ADS7138內部的平均特性
 
• 通用輸入/輸出(GPIO)
在許多系統中,檢測報警事件需要立即進行控制操作(如關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測感測器,而未使用的模擬輸入通道可以用作GPIO引腳。如圖8所示,被監測的感測器可以本地控制GPIO引腳的狀態,或者使用I2C介面的中央處理器可以遠端控制狀態。
 

圖8:ADS7138: ADC和GPIO
 
波形產生
在某些系統中,您需要生成特定的波形以產生提示音(如在醫療應用中)或創造LED呼吸效果(如在照明應用中)。像DAC53401這樣的DAC具有稱之為連續波形生成的特性,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
 
• 迴圈冗餘校驗(CRC)
使用ADCs (如ADS7138)進行關鍵監測功能或冗余測量時,必須保持資料完整性。如圖10所示,ADS7138通過在ADC和中央處理器之間的資料通信上執行CRC來實現這一點。
 

圖10:輸入和輸出資料上帶有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記憶體或EEPROM載入的內容沒有損壞。
 

圖11:NVM上帶CRC的DACx3401
 
集成這些類比功能和數位特性可能會導致積體電路更加複雜,但它可以通過添加處理和診斷能力大大減少整個系統的複雜性。
 
其他資源
1. 參閱DAC53401和DAC43401資料表。
2. 瞭解DAC53401和DAC43401如何為商業和汽車應用提供LED和鐳射二極體偏置解決方案。
3. 參閱ADS7138資料表。
4. 瞭解ADS7138如何使用數位比較器減少故障觸發。
 

 

 
 

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