微型数据转换器如何通过更小尺寸为您带来更多价值

模拟技术   作者:德州仪器(TI) Gavin Bakshi 时间:2019-12-19来源:电子产品世界

(注:Kaustubh Gadgil和Robert Schreiber合撰此技术文章。)

随着系统尺寸越来越小,每平方毫米的印刷电路板(PCB)面积都至关重要。与此同时,随着对数据需求的增加,则需要监视更多的传感器。

本文将讨论如何显著减少PCB占用空间,增加通道密度以及最大限度地发挥其他组件和功能与TI微型数据转换器高度集成的优势,从而以更小的尺寸创造更多的价值。

第一个优点:PCB占用空间更小

和封装技术的进步使得电子元件变得越来越小。

如图1所示,TI最新的单通道ADC(ADS7042)占用空间为2.25mm2,几乎是十年前同类ADC的一半。同样,TI最新的单通道DAC(DAC53401)是十年前同类DAC的四分之一。同样,对于多通道应用,TI最新的8通道ADC(ADS7138)和DAC(DAC53608)的占用空间均为9mm2(每个通道约1mm2)。

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1TI小数据转换器

这些微型数据转换器可以减少空间受限设计的PCB尺寸,或可将更多通道集成到相同的PCB尺寸中,或两者兼有。

优点2:集成模拟功能

许多系统使用分立元件和无源元件来实现各种模拟功能,如信号调节、偏置和比较器。由于TI的小型数据转换器集成了这些功能,它们可以消除许多分立和无源元件,从而减小了PCB的尺寸,简化了设计,并且提高了性能和可靠性。

此类集成的一些例子包括:

·         外部组件更少

如图2所示,DAC53401集成了输出缓冲器和内部基准,节省了PCB面积和成本。

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图2:DAC53401中的集成基准和缓冲器

另一个例子是图3所示的ADS7138。对于大多数应用,ADS7138在输入端不需要驱动放大器,因而可再次节省PCB面积和成本。

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图3:ADS7138不需要外部放大器

·         偏置电压产生(固定和可变)

DAC53401的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和压摆率控制特性为产生固定或可变的偏置电压提供了良好条件。图4所示为一个照明应用的示例。

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图4:偏置LED的DACx3401

模拟和数字比较器

比较器通常被用在这样的系统中:因为当电流、电压和温度等任何关键信号偏离其预期范围时,它会立即向主机控制器发出警报。此比较器应具有快速响应时间和能够避免误报。

如图5所示,单独反馈引脚(FB)可以让您把DAC53401当作带可编程阈值电压的模拟比较器使用。

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图5:DACx3401可以访问其内部放大器反馈路径

如图6所示,ADS7138将数字比较器功能与可编程阈值、滞后和事件计数器等功能集成在一起,大大降低了错报的可能性。

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图6:作为数字比较器的ADS7138

优点3:集成数字特征

更小的数据转换器不仅可以进行远程传感器调节,还可以进行远程数据处理。本地处理提高了远程传感器的性能,减少了报警时的响应时间,并释放了中央处理器中的一些处理带宽。

例子包括:

·         提高噪声性能的输出平均

如要减少系统中噪声的影响,通常的做法是在短时间内平均传感器读数。如图7所示,ADS7138可以平均多达128个样本,能将噪声的影响减少10倍以上。


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图7:ADS7138内部的平均特性

·         通用输入/输出(GPIO)

在许多系统中,检测报警事件需要立即进行控制操作(如关闭加热元件或打开危险指示器)。在ADS7138中,一些模拟输入通道可以监测传感器,而未使用的模拟输入通道可以用作GPIO引脚。如图8所示,被监测的传感器可以本地控制GPIO引脚的状态,或者使用I2C接口的中央处理器可以远程控制状态。

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图8:ADS7138: ADC和GPIO

波形产生

在某些系统中,您需要生成特定的波形以产生提示音(如在医疗应用中)或创造LED呼吸效果(如在照明应用中)。像DAC53401这样的DAC具有称之为连续波形生成的特性,使您能够生成三角形、正方形、梯形或锯齿波,如图9所示。

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图9:生成多种波形的DACx3401

·         循环冗余校验(CRC)

使用ADCs (如ADS7138)进行关键监测功能或冗余测量时,必须保持数据完整性。如图10所示,ADS7138通过在ADC和中央处理器之间的数据通信上执行CRC来实现这一点。

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图10:输入和输出数据上带有CRC的ADS7138

如图11所示,DAC53401和DAC43401等DAC使用CRC来确保写入或从非易失性存储器或EEPROM加载的内容没有损坏。

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图11:NVM上带CRC的DACx3401

集成这些模拟功能和数字特性可能会导致集成电路更加复杂,但它可以通过添加处理和诊断能力大大减少整个系统的复杂性。

关键词: 数据转换器 PCB

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