Работа современных электронных устройств невозможна без использования в них элементов, обеспечивающих преобразование информации. Такими элементами являются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. В статье приводятся общая характеристика, типы и основные параметры АЦП и ЦАП, выпускаемых фирмой Linear Technology. Приведена сравнительная характеристика по параметрам отдельных типов АЦП и ЦАП фирмы Linear Technology и фирм Analog Devices, Texas Instruments.
Современное оборудование телекоммуникационных систем, систем управления и другое оборудование различного функционального назначения требует наличия в своем составе устройств, которые осуществляли бы преобразование аналогового сигнала в цифровой и обратно. Это необходимо для его обработки с целью выделения из него полезной информации и принятия решения. Эти функции выполняют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
Продукцию такого функционального назначения выпускают многие производители электронных компонентов, среди которых и фирма Linear Technology.
Фирма Linear Technology выпускает АЦП с последовательными и параллельным интерфейсом, одноканальные и многоканальные (с мультиплексором), с разрядностью 8 бит, 10 бит, 12 бит, 14 бит, 16 бит, 20 бит и 24 бита.
Номенклатура ЦАП фирмы Linear Technology также многообразна. Это, прежде всего, ЦАП с суммированием напряжений или токов. При этом на одном кристалле размещаются один, два, четыре или восемь ЦАП. Разрядность ЦАП составляет 8 бит, 10 бит, 12 бит, 14 бит и 16 бит. Большинство АЦП и ЦАП совместимы по выводам.
Среди большого разнообразия АЦП и ЦАП, выпускаемых этой фирмой, в последнее время на рынке появились новые разработки в этой области. Это, прежде всего:
- Быстродействующие АЦП;
- Одноканальные и многоканальные дельта- сигма АЦП с симметричными и несимметричными входами;
- Одноканальные и многоканальные ЦАП с высокой разрешающей способностью.
Быстродействующие АЦП имеют:
- частоту дискретизации до 80 МГц;
- полосу пропускания до 240 МГц;
- высокий динамический диапазон и отношение сигнал/шум на выходе;
- цифровые выходы совместимы с 5 В, 3 В, 1,8 В и LVDC логическими уровнями;
- совместимые между собой по выводам корпуса.
Типы и основные параметры быстродействующих АЦП представлены в таблице 1.
| Тип | Полоса пропуск.,МГц | Разряд.,бит | Частота дискрет.,МГц | Сигнал/шум, дБ | Динамич. диапазон, дБ |
|---|---|---|---|---|---|
| LTC1748 | 240 | 14 | 80 | 76 | 90 |
| LTC1742 | 240 | 14 | 65 | 76 | 90 |
| LTC1744 | 150 | 14 | 50 | 77 | 87 |
| LTC1746 | 240 | 14 | 25 | 77.5 | 96 |
| LTC1747 | 240 | 12 | 80 | 72 | 87 |
| LTC1741 | 240 | 12 | 65 | 72 | 87 |
| LTC1743 | 150 | 12 | 50 | 72.2 | 85 |
| LTC1745 | 240 | 12 | 25 | 72.5 | 96 |
Сравним основные параметры АЦП этого типа с параметрами аналогичных АЦП фирмы Analog Devices. Сравнительная характеристика для 14 разрядного АЦП типа LTC1748 представлена в таблице 2.
| Параметры | LTC1748 | AD6645-80 |
|---|---|---|
| Частота дискретизации, МГц | 80 | 80 |
| Потребляемая мощность, мВт | 1550 | 1750 |
| Напряжение питания, В | 5 | 5 |
| Интегральная нелинейность, ЕМР max | 3 | 5 |
| Сигнал/шум, дБ | 76,3 | 74,5 |
| Динамический диапазон, дБ | 90 | 89 |
| Корпус | 48 TSSOP | 52 LQFP |
| Площадь корпуса, мм2 | 104 | 144 |
Сравнение параметров АЦП этого типа показывает, что при равенстве частот дискретизации, разрядности и напряжении питания по остальным параметрам LTC1748 превосходит AD6645-80.
Сравнительная характеристика для 14 разрядного АЦП типа LTC1742 представлена в таблице 3.
| Параметры | LTC1742 | AD6644-65 | ADS5422 | AD9244-65 |
|---|---|---|---|---|
| Частота дискретизации, МГц | 65 | 65 | 62 | 65 |
| Потребляемая мощность, мВт | 1370 | 1500 | 1400 | 640 |
| Напряжение питания, В | 5 | 5 | 5 | 3 |
| Интегральная нелинейность, ЕМР | 3 max | 0.5 номин. | 4 номин. | 1.4 номин. |
| Сигнал/шум, дБ | 76.5 | 73.5 | 71 | 73 |
| Динамический диапазон, дБ | 90 | 85 | 81 | 86.4 |
| Корпус | 48 TSSOP | 52 LQFP | 64 LQFP | 48 LQFP |
| Площадь корпуса, мм2 | 104 | 144 | 63 | 63 |
Из таблицы видно, что LTC1742 имеет лучшие параметры по соотношению сигнал/шум и динамическому диапазону, а также гарантированную интегральную нелинейность равную трем интервалам дискретизации по уровню.
На рис.1 приведены зависимости отношения сигнал/шум от частоты дискретизации для 12 и 14 разрядных АЦП фирмы Linear Technology и АЦП других фирм. При прочих равных условиях АЦП, обеспечивающее более высокое соотношение сигнал/шум на выходе, может преобразовывать более слабые сигналы.
Рис. 1. Зависимость отношения сигнал/шум от частоты дискретизации
Высокое значение этого параметра у АЦП фирмы Linear Technology позволяет обрабатывать сигналы с худшим отношением сигнал/шум, действующим на его входе, при одной и той же разрядности.
Таким образом, быстродействующие АЦП фирмы Linear Technology имеют лучшее соотношение сигнал/шум, очень хороший динамический диапазон и малую потребляемую мощность.
Одноканальные и многоканальные дельта-сигма АЦП имеют:
- высокую разрешающую способность до 24 бит;
- нет задержки в выдаче результата преобразования;
- низкий уровень шума 200 нА при частоте дискретизации 7,5 Гц;
- программно устанавливаемую частоту дискретизации от 7,5 Гц до 3,5 кГц;
- усилители на кристалле, что позволяет преобразовывать сигналы непосредственно, поступающие с датчиков физических величин без использования дополнительных усилителей;
- низкую потребляемую мощность.
Типы и основные параметры дельта-сигма АЦП представлены таблице 4.
| Тип | Разрядн., бит | Число | Частота дискретизации,Гц | Шумы, мкВ | Потребляемая |
|---|---|---|---|---|---|
| LTC2440 | 24 | 3500 | 0.2 | 55 | |
| LTC2410 | 24 | 7.5 | 0.8 | 1 | |
| LTC2413 | 24 | 7.5 | 0.8 | 1 | |
| LTC2412 | 24 | 2 | 7.5 | 0.8 | 1 |
| LTC2418 | 24 | 16/8 | 7.5 | 1 | 1 |
| LTC2414 | 24 | 8/4 | 7.5 | 1 | 1 |
| LTC2415 | 24 | 15 | 1.1 | 1 | |
| LTC2411 | 24 | 7.5 | 1.45 | 1 | |
| LTC2408 | 24 | 8 | 7.5 | 1.5 | 1 |
| LTC2404 | 24 | 4 | 7.5 | 1.5 | 1 |
| LTC2402 | 24 | 2 | 7.5 | 3 | 1 |
| LTC2401 | 24 | 7.5 | 3 | 1 | |
| LTC2435 | 20 | 15 | 4 | 1 | |
| LTC2431 | 20 | 7.5 | 2.8 | 1 | |
| LTC2430 | 20 | 7.5 | 2.8 | 1 | |
| LTC2428 | 20 | 8 | 7.5 | 6 | 1 |
| LTC2424 | 20 | 4 | 7.5 | 6 | 1 |
| LTC2422 | 20 | 2 | 7.5 | 6 | 1 |
| LTC2421 | 20 | 7.5 | 6 | 1 | |
| LTC2420 | 20 | 7.5 | 6 | 1 | |
| LTC2433-1 | 16 | 6.8 | 1.45 | 1 | |
| LTC2436-1 | 16 | 2 | 6.8 | 0.8 | 1 |
| LTC2439-1 | 16 | 8 | 6.8 | 1 | 1 |
Источники сигнала к входам дельта-сигма АЦП тип LTC2418 и LTC2414 могут подключаться как симметрично, так и несимметрично. Следовательно, число каналов может быть 8/16 либо 4/8 соответственно. Из таблицы видно, что при заданной разрядности, увеличение частоты дискретизации приводит к увеличению потребляемой мощности. Однако, изменяя частоту дискретизации можно подобрать такую разрядность, при которой обеспечивается требуемая разрешающая способность, а потребление энергии от источника питания минимально.На рис.2 показана зависимость разрядности дельта-сигма АЦП и напряжения шума от частоты дискретизации.
Рис.2. Зависимость разрядности и напряжения шума от частоты дискретизации
Из графика видно, что разрядность дельта-сигма АЦП можно выбрать с учетом напряжения шума и частоты дискретизации.
Сравним основные параметры АЦП этого типа с параметрами аналогичного АЦП фирмы Texas Instruments. Сравнительная характеристика для 16 разрядного дельта-сигма АЦП типа LTC2433 представлена в таблице 5.
| Параметры | LTC2433 | ADS1100 |
|---|---|---|
| Шумы,мкВ | 1,45 | 4 |
| Разрядность при частоте дискр. 100Гц,бит | 17 | 12 |
| Интегральная нелин., ЕМР | 3 | 8 |
| Ошибка смещения,ЕМР | 1 | 2,5 до 20 |
| Ошибка усиления,ЕМР | 3 | 65 |
| Температурный коэфф.,мкВ/0С | 0,02 | 8 |
| Корпус | MSOP-10 | SOT-23 |
Результаты сравнения показывают, что дельта-сигма АЦП фирмы Linear Technology имеют значительно лучшие параметры.
Одноканальные и многоканальные ЦАП имеют:
- программируемый диапазон выходного напряжения;
- высокую разрядность;
- низкую интегральную и дифференциальную нелинейность;
- последовательный или параллельный интерфейс с микроконтроллером.
На рис.3 показаны границы изменения выходного напряжения ЦАП с программируемым диапазоном выходных напряжений типа LTC1592.
Рис. 3. Диапазон изменения выходного напряжения
Типы и основные параметры ЦАП с высокой разрешающей способностью представлены в таблице 6.
| Тип | Разряд.,бит | Число ЦАП | Дифф. | Инт. | Выходной | Диапазон | Интерфейс |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| нелин.,ЕМР | нелин.,ЕМР | сигнал | вых. напряж.,В | ||||
| LTC1821 | 16 | 1 | ±1 | ±1 | напряжение | ±10, 10, –10 | паралл. |
| LTC1597 | 16 | 1 | ±1 | ±1 | ток | 10, -10, ±10 | паралл. |
| LTC1591 | 14 | 1 | ±1 | ±1 | ток | 10, -10, ±10 | паралл. |
| LTC1655 | 16 | 1 | ±1 | ±20 | напряжение | UREF | послед. |
| LTC1658 | 14 | 1 | ±1 | ±8 | напряжение | UREF | послед. |
| LTC2600 | 16 | 8 | ±1 | ±64 | напряжение | rail-to-rail | послед. |
| LTC2604 | 16 | 2 | ±1 | ±12 | напряжение | rail-to-rail | послед. |
| LTC2610 | 14 | 8 | ±1 | ±3 | напряжение | rail-to-rail | послед. |
| LTC2612 | 14 | 2 | ±1 | ±3 | напряжение | rail-to-rail | послед. |
Сравним основные параметры ЦАП с параметрами аналогичного ЦАП фирмы Texas Instruments. Сравнительная характеристика для 16 разрядного ЦАП типа LTC2600 представлена в таблице 7.
| Параметры | LTC2600 | DAC8534 |
|---|---|---|
| Разрядность, бит | 16 | 16 |
| Число ЦАП | 8 | 4 |
| Дифф. нелин., ЕМР | ±1 | ±1 |
| Инт. нелин., ЕМР | ±64 | ±64 |
| Напряжение смещ. нуля, мВ | 9 | 20 |
| Время установления выходного сигнала, мкс | 10 | 8 |
| Напряжение шума, мкВ | 15 | - |
| Потребляемый ток/ЦАП, мА | 0.5 | 0.4 |
| Напряжение пит.,В | 2.5 ...5.5 | 2.7 ...5.5 |
| Корпус | SSOP-16 | SSOP-16 |
| Цена/ЦАП,$ | 1.75 | 2.43 |
Результаты сравнения показывают, что ЦАП фирмы Linear Technology не уступают по параметрам ЦАП фирмы Texas Instruments. Однако цена в расчете на один ЦАП значительно ниже.
Все типы АЦП и ЦАП, выпускаемые фирмой Linear Technology, рассчитаны на стандартные температурные диапазоны и выпускаются в различных типах корпусов.
Таким образом, АЦП и ЦАП фирмы Linear Technology позволяют преобразовывать информацию с различной степенью точности. Широкая номенклатура АЦП и ЦАП, имеющих достаточно высокие значения параметров и сравнительно невысокую стоимость, позволяет разработчикам использовать их для различного круга приложений. Это, прежде всего, телекоммуникационная аппаратура, аппаратура систем управления, медицинское оборудование и другие устройства.
Автор: Анатолий Щукин,
www.otkcm.ru