Микропроцессоры и микроконтроллеры

12.1 Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи с последовательным интерфейсом

Принципы использования АЦП с последовательным интерфейсом

По типу цифрового интерфейса АЦП можно классифицировать на параллельные и последовательные.

Как правило, АЦП с разрядностью 6…16 бит бывают параллельными и последовательными, а преобразователи с разрядностью более 16 – только последовательными.

АЦП с цифровым многоразрядным параллельным интерфейсом неудобно подсоединять к вычислителю: например, для подключения параллельного АЦП с разрядностью 24 бита нужно использовать как минимум три 8-битовых порта вычислителя (не считая линий управления АЦП).

В АЦП с последовательным интерфейсом используются, независимо от разрядности, всего от двух до пяти сигнальных линий.

Аналого-цифровые преобразователи с последовательным интерфейсом могут состоять из таких блоков:

·  массив усилителей, которые можно настраивать программно (PGA — Programmable Gate Array);

·  источник опорного напряжения (Ref. — Reference voltage source);

·  средства преобразования сигнала (это могут быть: модуляторы, фильтры, компараторы, ЦАП и др.);

·  последовательный интерфейс,

·  средства синхронизации и тактирования;

·  схема управления или встроенный микроконтроллер.

Рассмотрим, например, последовательный АЦП фирми Texas Instruments (Burr-Brown) ADS1210. Структурная схема АЦП показана на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Структурна схема АЦП ADS1210

Модель ADS1210 — точный, 24-битовый сигма-дельта АЦП, который имеет широкий динамический диапазон, функцию самокалибровки. Эффективная точность составляет 22-23 бита.

Дельта-сигма АЦП проводит аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации, во много раз превышающей требуемую и путём фильтрации оставляет в сигнале только нужную спектральную полосу.

Условное изображение АЦП показано на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 – Условное графическое изображение АЦП ADS1210

В соответствии с типом сигналов выводы АЦП можно разделить на аналоговые и цифровые, а их функциональное назначение такое:

·  AINP — неинвертированный вход аналогового преобразователя;

·  AINN — инвертированный вход аналогового преобразователя;

·  AGND — аналоговая земля (общая точка аналоговых элементов схемы, содержащей АЦП);

·  VBIAS — выход напряжения смещения для схем масштабирования входного сигнала;

·   — вход разрешения работы последовательного интерфейса;

·   — вход синхронизации начала аналого-цифрового преобразования;

·  XIN — вход генератора тактовых импульсов;

·  XOUT — выход генератора тактовых импульсов;

·  DGND — цифровая земля (общая точка цифровых элементов схемы, содержащей АЦП);

·  DVDD —питание цифровых схем преобразователя (+5 В);

·  SCLK — вход/выход синхронизации последовательного интерфейса;

·  SDIO — вход/выход данных последовательного интерфейса;

·  SDOUT — выход данных последовательного интерфейса;

·   — выход, признак завершения преобразования;

·  MODE — вход, выбор режима работы последовательного интерфейса;

·  AVDD — питание аналоговых схем  преобразователя (+5 В);

·  REFOUT — выход источника опорного напряжения (+2.5 В);

·  REFIN — вход опорного напряжения питания.