Jste zde

Analog Devices a řešení pro IO. Od A až po D

Jan Robenek, 7. Červenec 2014 - 7:07

Uvedením integrovaného obvodu na trh vše teprve začíná. Po květnaté mluvě tiskového střediska již u nejednoho vývojáře propukla vyrážka, protože spíše než pohádky o nejlepším řešení ve známém vesmíru si raději poslechnou něco ze života. Praktický návod, jak na to, autorizovaný pokud možno největšími kapacitami ve svém oboru.

Ne, že by na představování novinek bylo něco špatného. Ostatně i u nás na HW serveru se kupříkladu novým součástkám pravidelně věnujeme týden co týden (http://www.hw.cz/soucastky). Přesvědčit vývojového inženýra o přednostech čipu, který není pouhým okem viditelný, je jedna věc, podat mu však pomocnou ruku a svěřit se s výsledky dlouhodobého bádání, testování a ověřování souvislostí, které by vykouzlilo téměř „laboratorní“ podmínky i na jeho stole, věc druhá. Třebaže, jak praví známé moudro, se kvapná práce nevyplácí a ani nezaplatí, zbytečné otálení nám také v téhle „pořád někam spěchající“ době dveře ke světlým zítřkům neotevře, spíše tak na Úřad práce. Vymýšlet vymyšlené se zkrátka nenosí, a platit to bude nejen ve spojitosti s patenty jako takovými (na HW.cz čtěte též Nevymýšlejte vymyšlené. Přes 80 milionů inovativních nápadů volně k využití), ale též v každé dílčí fázi vývoje elektronického systému. Proč nezačít s vlastním vymýšlením tam, kde již skončil někdo přede mnou, zvláště pak v případě, byl – li natolik laskav, že mi vše nezbytné sám připravil a podrobně sepsal!

Pomocná ruka natažena

Tvůrci integrovaných obvodů se odlišují nejen svými produkty, ale též délkou pomocné ruky, kterou k nim, byť na dálku a složením z nul a jedniček, podají. Výjimkou nejsou ani případy, kdy výrobce A přichystá „shodné“ řešení jako ti od B a s hrdostí sobě vlastní se bude chlubit ještě lepšími výsledky – viz např. 16bitový A/D převodník od Analog Devices AD7694 [1], který si měl již před lety podle všeho „utahovat“ z obvodu LTC1864 [2] od sousedních Linear Technology. U výchozí technické dokumentace to zpravidla nekončí (na HW serveru jste mohli číst Jak číst v datasheetu mezi řádky?), a právě zde přichází prostor pro vybudování vlastní individuality. Hodnotí se přístup, praktická hodnota, dostupnost a také snad i nějaký ten „lidský faktor“. Nic nepotěší víc než nutnost registrace kvůli každému technickému údaji, který již nebude minimálním napájecím napětím nebo maximální povolenou teplotou. A bude prý ještě hůř...

Ale zpátky k pozitivnímu tónu. Jako učebnicový příklad nám v tomto článku poslouží novinka, kterou společnost Analog Devices oficiálně představila 4. září minulého roku. Jmenuje se AD7960 a nepůjde o nic menšího než 18bitový rozdílový A/D převodník PulSAR® s pěti MSPS (!), ikdyž se svými rozměry 5 x 5 mm se velikánem stane spíše až pod lupou a zejména pak „pod proudem“.

Eko – formulí mezi převodníky

Do rukou se nám tehdy dostal nejrychlejší průmyslový 18bitový ADC s postupnou aproximací, který kdy byl představen [3]. A není se ani čemu divit, když jeho vzorkovací rychlost 5 MS/s měla tvořit dvojnásobek rychlosti kteréhokoli jiného A/D převodníku typu SAR (Successive-Approximation Register). Obvod AD7960 (představení formou kratičkého videa, na HW.cz viz také článek Mezi vámi a součástkami 2: Video průvodci) se bude vyjímat v multiplexovaných systémech, jako jsou např. digitální rentgeny, nebo aplikacích s převzorkováním včetně spektroskopie, řízení gradientu MRI (Magnetic Resonance Imaging) či plynové chromatografie. Na rozdíl od jiných 18bitových A/D převodníků, u nichž bývá obětována přesnost a nízká energetická spotřeba s cílem dosáhnout vysoké rychlosti vzorkování, AD7960 ke své činnosti s rychlostí 5 MS/s potřebuje pouze 39 mW, je optimalizován s ohledem na stejnosměrnou linearitu (±0,8 LSB INL) a stejně tak též střídavé parametry (99 dB SNR), to vše navíc při maximálních rychlostech. Nový převodník se rovněž může pochlubit nejlepšími šumovými vlastnostmi ve své třídě (22,4 nV/√Hz, vztaženo k plnému vstupnímu rozsahu). A aby toho nebylo málo, ve společnosti Analog Devices zároveň představili též 16bitovou verzi PulSARu AD7961, dosahující odstupu signálu od šumu 95 dB a integrální nelinearity INL ±0,2 LSB při rychlosti 5 MS/s.

A/D převodníky AD7960 a AD7961 jsou naštěstí vzájemně vývodově slučitelné a nabízejí tak v oblasti přístrojové techniky a lékařské elektroniky možnost zvýšení nebo zase snížení rozlišení mezi 16bitovými a 18bitovými aplikacemi sběru dat. Oba typy výrobce vybavil flexibilním rozhraním LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) schopným přenášet data mimo čip rychlostí až 300 MHz. Příslušné vývojové prostředky, jako jsou referenční obvody, vývojové sady a „mezzanine cards FPGA“ (Field Programmable Gate Arrays), zahrnují kód HDL (Hardware Description Language) a ovladače pro snadnou integraci s programovatelnými hradlovými poli FPGA, kde podporují rychlejší proces vývoje v jednodušším vývojovém prostředí. Rovněž jsme se dozvěděli, že pro vytvoření úplného signálového řetězce pracujícího s vysokou přesností lze A/D převodník AD7960 použít v součinnosti s nízkopříkonovým operačním zesilovačem ADA4897 s výstupem rail-to-rail, operačním zesilovačem se vstupem i výstupem rail-to-rail AD8031 a napěťovými referencemi ADR4540 nebo ADR4550 (představeny byly na HW serveru v článku Nezašumí a neodjede: reference přesná a ještě přísnější).

V první stovce

Za vše pěkné se ale platí, takže po předchozích dvou odstavcích chvály přichází na řadu částečná dolarová „sprcha“ (o další verzi tohoto nástroje jste na HW.cz četli v článku Už ani kapka studené. Žádejte komfort i úsporu sprchy mechatronické). Cena obou obvodů je i bezmála po jednom roce stále stejná a za jedno provedení s 32 vývody a 18bitovým rozlišením tak dnes při odběru 1 000 ks zaplatíme $31.00 a snížení rozlišení o dva bity pak s cenovkou „zahýbe“ směrem dolů o dalších deset dolarů.

Blokový diagram obvodu AD7960, 18-Bit, 5 MSPS PulSAR® Differential ADC

Tak jako tak to ale nic nezměnilo na skutečnosti, že se obvod AD7960 minulým rokem se ctí dostal mezi „žhavou“ stovku vybraných produktů EDN Hot 100 products of 2013 [4]. V analogové kategorii, zahrnující analogové integrované obvody včetně zesilovačů, datových převodníků a dalších prvků s obdobnými funkcemi [5], se umístil třeba po boku 20bitového A/D převodníku s postupnou aproximací LTC2378-20 od Linear Technology (1 MSPS) nebo nám již dobře známého prvního převodníku typu LDC (Inductance-to-Digital Converter) od Texas Instruments s označením LDC1000, nové to kategorie datových převodníků, která s cílem zajistit oproti současným přístupům vyšší rozlišení, větší spolehlivost a také snad i vyšší míru flexibility používá na pozici senzorů kupříkladu tištěné cívky nebo pružiny (podrobnosti jsme na HW serveru přinesli v článku Natáhněte pružinu, dolijte inkoust. Vzniklou cívku převede LDC na číslo).

Od slov k pájecímu hrotu

Ceněný převodník od Analogu již tedy známe a zhruba tak tušíme, co od něj můžeme očekávat. A právě to nejzajímavější nás čekat teprve bude. Příště si totiž všechno pěkně zapojíme na desku plošného spoje a vedeni výrobcem, který nás neponechá osudu svému, se necháme překvapit, co se bude dít a proč. Ostatně, co si budeme říkat, 24 bitů to sice ještě není, ale 16 už taky dávno ne. Tak tedy, vítejte ve vyšším „levelu“!