Jste zde

Dva A/D převodníky, pracující již od 1.5 V

Jan Robenek, 4. Srpen 2010 - 7:05
04.jpg

Obsah článku tvoří představení dvou A/D převodníků, vhodných (nejen) pro číslicové měření tělesné teploty. Jako bonus jsme pak přidali dvě vybíjecí křivky napájecích článků a také srovnání s „konkurenčním“ provedením.

V předcházejícím článku s názvem

jsme zmínili základní principy činnosti vybraných digitálních přístrojů, používaných k měření tělesné teploty, včetně jejich blokového diagramu, doporučených čidel a také polovodičů. Rovněž jsme přidali několik praktických poznámek k samotnému vývoji. Dnes si v této souvislosti krátce představíme dva z doporučovaných A/D převodníků, které v Maximu označili

  • MAX1393 / MAX1396

a celým jménem pojmenovali

  • 1.5V to 3.6V, 312.5ksps, 1-Channel True-Differential / 2-Channel Single-Ended, 12-Bit, SAR ADCs.

A/D převodníky MAX1393/MAX1396 s postupnou aproximací (Successive-Approximation Register, SAR), 12bitovým rozlišením, sériovým výstupem a nálepkou Micropower pracují z jednoduchého napájecího napětí v rozsahu od 1.5 V až do 3.6 V. Struktury, vytvářející fyzické rozhraní mezi analogovým a číslicovým světem, dále nabídnou automatický shutdown, rychlé probuzení (600 ns) a také vysokorychlostní 3drátové rozhraní (až do 5 MHz). Při maximální rychlosti převodu, která činí 312.5 ksps, a napájecím napětí Vdd o velikosti 1.5 V, dosahuje výkonová spotřeba pouhých 0.734 mW. Při nižších vzorkovacích rychlostech za sníženým odběrem mezi jednotlivými převody zase stojí chráněný AutoShutdown™.

 

MAX1393/MAX1396 aneb jak to vypadá, kde to žije a čím se to živí...

Oba zmíněné A/D převodníky se potřebují opřít o vnější zdroj referenčního napětí (Vref), který můžeme volit v rozmezí od 0.6 V až do napájecího Vdd. Pokud jde o MAX1393, máme k dispozici jeden analogový vstup typu True-differential, pokrývající v unipolárním režimu rozkmity od 0 až do Vref, resp. ±Vref/2 pro mód bipolární. V případě druhého převodníku MAX1396 zase budeme hovořit o dvou vstupech typu Single-ended a jejich signálech v rozsahu od 0 až do Vref.

K vysvětlení unipolárního (vlevo) a bipolárního provozu (kliknutím zvětšíte)

Jako základní přednosti nakonec zmíníme vynikající technické parametry, nízké napájecí napětí, malou vlastní spotřebu, flexibilní rozhraní a také minimální rozměry použitého pouzdra, tj. vhodné předpoklady pro přenosné, bateriově živené aplikace, stejně jako všechny ostatní, které si budou zakládat na malé spotřebě a ještě menších fyzických rozměrech. Detailnější představu o tomto druhu polovodiče nám ještě zprostředkují následující parametry: ±1 LSB INL (Integral Nonlinearity), ±1 LSB DNL (Differential Nonlinearity), „No Missing Codes“, ±2 LSB TUE (Total Unadjusted Error), resp. 70 dB SINAD (Signal-to-Noise Plus Distortion, platí pro vstupní kmitočet 75 kHz).

Při rozhodování o vhodném A/D převodníku můžeme tedy vzít v úvahu:

Méně častou výměnu baterií

  • Napájecí napětí v rozsahu od 1.5 V až do 3.6 V
  • Spotřeba 3.1 μW při vzorkovací rychlosti 1 ksps a napájecím napětí 1.8 V
  • AutoShutdown mezi jednotlivými převody
  • Odběr během shutdownu < 1μA

Snížené systémové náklady

  • Připojen rovnou k baterii, nepotřebuje tudíž zvláštní napájecí zdroj
  • Flexibilní rozhraní; lze využít ve spojení s kterýmkoli MCU či DSP

Úsporu místa na desce plošného spoje

  • Malé, 10pinové pouzdro typu TDFN o rozměrech 3 mm x 3 mm
  • Vyžaduje jen omezený počet vnějších součástek (dvě keramiky)

Jak již bylo řečeno, minimální provozní napětí (1.5 V až 3.6 V) spolu s extrémně malou vlastní spotřebou oba převodníky vhodně předurčuje do levných bateriových aplikací, které se obejdou bez DC/DC měniče, resp. jakékoli další regulace napájecího napětí. Napájení tedy vyřešíme přímým propojením se dvěma alkalickými, NiMH či NiCd články, zapojenými do série, resp. jedním lithiovým článkem mincového typu. „Čerstvé“ alkalické zdroje mají na jednom článku přibližně 1.5 V, tj. zhruba 3 V při sériovém spojení dvou takových zdrojů. Opačný protipól životnosti pak stanovíme na 0.8 V, resp. 1.6 V v případě sériové kombinace. Následující obrázky celkem výmluvně vykreslují typické vybíjecí křivky, jednak pro

  • spojení dvou alkalických článků typu AA (vlevo)

a také

  • lithiový zdroj mincového typu (CR2032, LiMnO2, vpravo).

Vybíjecí křivka pro sériové spojení dvou článků typu AA (vlevo), resp. CR2032 (vpravo); v obou případech vzorkujeme s rychlostí 100 ksps.

A na závěr malé srovnání:

Je jasné, že srovnatelné, někdy dokonce až neobyčejně podobné obvody může vyrábět více „polovodičových dílen“, které se pak budou trumfovat dosaženými parametry, případně je maskovat jinými podmínkami měření, takže vyloučí jakoukoli možnost přímého srovnání. Ať už je to tak či onak, my se nyní zkusíme dopídit základních rozdílů mezi výše zmíněnými SAR převodníky MAX1393 / MAX1396 a jejich možnou náhradou v podobě

  • AD7466

od dalšího velikána, Analog Devices (viz také [3] a [4]).

Možná náhrada v podobě převodníků AD7466 od Analog Devices

V čem jsou obvody Maxim MAX1393 / MAX1396 lepší ve srovnání s přístupem Analog Devices a jejich AD7466:

  • Rychlost: Převodníky MAX1393/96 vzorkují až do 300 ksps, AD7466 zvládá maximálně 200 ksps.
  • Vstupní pin pro vnější referenci 0.6 V až Vdd: Vstup pro externí referenci v režii Maximu zvyšuje flexibilitu. Převodník AD7466 pak už jen umožňuje poměrová měření s referencí v podobě napájecího napětí Vdd (nic ovšem nebrání přímému napájení celého čipu z vhodné reference, samozřejmě, pokud nebude nepřiměřeně zatěžována – viz obr.).

A/D převodník Analog Devices AD7466, napájený ze zdroje referenčního napětí REF192

  • Větší přesnost: U obvodů MAX1393 a MAX1396 se zaručuje ±1 LSB INL, ±1 LSB DNL a ±2 LSB TUE, kdežto AD7466 vykazuje 1.5 LSB INL a DNL v rozmezí od -0.9 až do +1.5 LSB.
  • Menší spotřeba při napájení z 3 V zdroje: Struktury MAX1393/96 spotřebují 0.53 mW (typ.), AD7466 si zase na 100 ksps vezme 0.62 mW.

V Maximu však chtějí být objektivní a proto přiznali i jednu slabinu.

V čem jsou obvody Maxim MAX1393 / MAX1396 horší ve srovnání s přístupem Analog Devices v podobě AD7466:

  • Vyšší spotřeba při napájení z 1.6 V zdroje: Převodníky AD7466 zde spotřebují 0.12 mW, přičemž Maxim bude při vzorkovací rychlosti 100 ksps vykazovat 0.28 mW, tj. více než jednou tolik.

Pokud jde o cenu, při odběru 1 000 ks zaplatíme srovnatelnou částku $2.48 (Maxim), resp. $2.38 (Analog Devices). Budeme-li v nabídce Maximu hledat další vhodné alternativy ke konkurenčním polovodičům, můžeme použít následující klikací odkaz

ve kterém na nás čeká srovnání, zahrnující nabídku 23 dalších výrobců. 

Použitá literatura:

Download a odkazy:

 

 

Hodnocení článku: