Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Harris/D19910228Elc017.shtml

Интегрирующий 5,5-разрядный аналого-цифровой преобразователь

Фрэнк Гудинаф
Редакция Electronics

Если вам потребуется аналого-цифровой преобразователь с высокой разрешающей способностью, то вы скорее всего остановите свой выбор на АЦП с дельта-сигма-модуляцией. Однако не следует забывать и о несколько старомодных преобразователях с многократным интегрированием. Так, преобразователь HI-7159 фирмы Harris (прежде Intersil) обладает разрешающей способностью, в 10 раз большей, чем у любого другого интегрального преобразователя с многократным интегрированием. Этот преобразователь выполняет 15 преобразований в секунду, 200 000 отсчетов на каждое преобразование с 10-мкВ разрешением при пределе преобразования 2 В. В режиме повышенного быстродействия он выполняет 60 преобразований в секунду (20000 отсчетов) в том же диапазоне сигналов. Быстродействие может быть изменено ведущим устройством в любое время. Кристалл преобразователя содержит собственный универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП), который упрощает сопряжение с ведущим процессором по последовательной и параллельной шинам (см. рисунок).

Рабочие режимы интегрирующего аналого-цифрового преобразователя HI-7159 задаются ведущим процессором. Чтение данных преобразователя осуществляется по
Рабочие режимы интегрирующего аналого-цифрового преобразователя HI-7159 задаются ведущим процессором. Чтение данных преобразователя осуществляется по шине данных или через стандартный последовательный двухпроводный интерфейс.

Данная интегральная схема обладает рядом существенных примуществ по сравнению с дельта-сигма-преобразователями, в частности обеспечивает более низкую стоимость системы. При цене одного преобразователя 15 долл. (для партии из 100 шт.) его установка в систему вместе с интегратором обойдется не более 21 долл., в то время как для сравнимых дельта-сигма-преобразователей эта цена может превысить 25 долл.

Последовательный и параллельный цифровые выходы преобразователя легко стыкуются со стандартными микропроцессорами. Кроме того, в отличие от 16- и 20-разрядных дельта-сигма-преобразователей, которые применяются в измерительном оборудовании и требуют времени до 1 с для получения правильного результата, АЦП HI-7159 дает правильный результат уже после одного преобразования (приблизительно 0,14 с). Это означает, что он может работать с сигналами мультиплексора, применение которого невозможно с дельта-сигма-преобразователями. HI-7159 обладает, кроме того, несколько лучшей линейностью.

Преобразователь HI-7159 предназначен для двух различных областей применения, где может оказаться полезным сочетание его высокого разрешения, динамического диапазона и небольшого предела преобразования (2 В) выходных напряжений по сравнению с 5—10-В пределом входного напряжения. Одна из областей применения — устройства с одним входом для взвешивания и определения количества, лабораторного и медицинского оборудования и систем сейсмического наблюдения. Другая — многоканальные системы сбора данных, в которых множество в принципе медленно изменяющихся сигналов преобразуются одним аналого-цифровым преобразователем через мультиплексор. Иначе при работе с ведущим устройством в последовательном режиме одной парой проводов может быть подключено до 32 таких преобразователей. Такой способ соединения делает преобразователь пригодным для многоканальных сейсмических систем, в которых множество датчиков распределено на расстоянии сотен метров друг от друга по большой площади. Каждый датчик имеет свой аналого-цифровой преобразователь. Одной линией здесь могут пользоваться до 32 преобразователей.

Разрешающая способность и точность преобразователя HI-7159, соответствующие 5,5 знакам, достигнуты благодаря многократному интегрированию в течение всего преобразования, обеспечивающему получение линейно нарастающего напряжения, эффективная величина которого превышает напряжение питания ИС. За каждым интегрированием производится следующее, при котором измеряется остаточное напряжение, оставшееся на интегрирующем конденсаторе, и так до достижения точности аналого-цифрового преобразования, соответствующей 5,5 знакам.

В режиме разрешения, соответствующего 5,5 знакам, входное напряжение интегрируется и затем дезинтегрируется при сравнении с опорным напряжением четыре раза. Результирующий отсчет достигает такого же разрешения, что и при однократном интегрировании, но при в четыре раза большем максимальном эффективном размахе линейно изменяющегося напряжения. Это означает, что сигнал размахом ±12 В создается при напряжениях питания ±5 В (в режиме разрешения, соответствующего 4,5 знака, интегрирование выполняется один раз).

В каждый момент времени ведущее устройство может задать один из трех видов преобразования. Ведущее устройство может заставить АЦП преобразовывать его собственное напряжение смещения нуля, входное напряжение вместе с напряжением смещения нуля или предоставить ему работать в режиме по умолчанию. По умолчанию АЦП измеряет внутреннее напряжение смещения нуля, входное напряжение и вычитает напряжение смещения из входного.

Входы и выходы

Преобразователь HI-7159 принимает команды ведущего процессора и выдает ему данные из трех режимов связи: параллельном микропроцессорном, последовательном безадресном и последовательном адресном. Первый режим подключает интегральную схему непосредственно к параллельной шине данных ведущего устройства. Запись и чтение данных производятся под управлением трех сигналов ведущего устройства: Chip Select (выбор кристалла), Write (запись) и Read (чтение) . Первый последовательный режим предусматривает чтение и запись пакетов данных на одной из выбираемых скоростей: 300, 1200, 9600 или 19200 бод. Второй последовательный режим идентичен первому, но предусматривает адресацию, которая дает возможность 32 преобразователям работать на общую линию.

Преобразователь может работать в режиме однократного преобразования, когда ведущее устройство задает режим, запускает преобразование, ждет его окончания и считывает результат. Иначе в режиме непрерывного преобразования аналого-цифровой преобразователь делает одно преобразование за другим и обновляет содержимое регистров после каждого чтения портов ввода-вывода.

Аналоговая часть этой интегральной схемы со смешанной технологией требует всего четырех внешних компонентов: резонатора, резистора интегратора, опорного конденсатора и интегрирующего конденсатора. Последний представляет собой наиболее ответственный компонент схемы. Он должен быть изготовлен из полипропилена, полистирола или тефлона и обладать минимальными утечкой и диэлектрической абсорбцией. При применении распространенных майларовых или других керамических конденсаторов возникнет существенная погрешность линейности. В типовых применениях емкость интегрирующего конденсатора должна находиться в пределах от 0,1 до 0,47 мкФ.

Как и у большинства интегрирующих аналого-цифровых преобразователей, размах преобразуемого входного напряжения составляет здесь ±2 В. Такой диапазон имеет место при подключении опорного напряжения величиной 1 В к выводу VREFHigh и напряжения земли к выводу VREFLow преобразователя. Максимальная погрешность интегральной линейности составляет ±3 отсчета. Поскольку входами преобразователя являются затворы МОП-транзисторов, его входное сопротивление практически бесконечно. При одно-полярном и двуполярном преобразовании погрешность нуля не превышает ±1 отсчета. Погрешность усиления на положительном пределе преобразования равна нулю и на отрицательном пределе — 18 отсчетам. Подобно большинству интегрирующих аналого-цифровых преобразователей, HI-7159 имеет дифференциальный вход, что обеспечивает величину ослабления синфазной составляющей +3 отсчета (96 дБ) при синфазном напряжении величиной ±З В. Температурный дрейф нуля равен нулю, погрешность предела преобразования ±0,1 отсчет/°С. HI-7159 потребляет ток 10 мА от источника питания напряжением 5 В и ток 4,5 мА от источника питания напряжением —5 В.

Цена и условие поставки

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь HI-7159 заключен в 28-выводном пластмассовом корпусе типа DIP. Рабочий диапазон температур преобразователя составляет от 0 до +70°С. В партии из 100 шт. его цена равна 15 долл. Небольшие количества поставляются со склада готовой продукции.

Harris Corp., Semiconductor Sector, 2450 Walsh Ave., Santa Clara,
CA 95051; Swapan Banerjee, 1-800-4HARRIS, ext 1098

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 64, No.03 (856), 1991г - пер. с англ. М.: Мир, 1991, стр.51

Electronics Design Vol.39 No.01 January 10, 1991 A Penton Publication

Electronics Design Vol.39 No.03 February 14, 1991 A Penton Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Преобразователи данных





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Harris/D19910228Elc017.shtml