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国冠杯曼联对皇马:AD7899是一個快速,低功耗,14位400 kSPS模數轉換器

時間:2019-11-8, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

瓦伦西亚曼联 www.rxlibr.com.cn 特征

快速(2.2秒)14位ADC;400 kSPS吞吐率;0.3s跟蹤/保持采集時間;單電源操作;輸入范圍選擇:10 V、5 V和2.5 V;0伏至2.5伏和0伏至5伏;高速并行接口,也允許與3V處理器接口;低功率,80兆瓦(典型值);節電模式,20W典型;模擬輸入過電壓?;?;通過STBY引腳斷電模式。

一般說明

AD7899是一個快速,低功耗,14位a/D轉換器,工作在一個單一的5伏電源該部分包含一個2.2位的逐次逼近ADC,一個跟蹤/保持放大器,2.5 V參考,片上時鐘振蕩器,信號調理電路和高速并行接口。該部件可接受±10 V、±5 V、±2.5 V、0 V至2.5 V和0 V至5 V的模擬輸入范圍。該部件模擬輸入上的過電壓?;ぴ市碓誆凰鴰擋考那榭魷魯淙氳繆?。轉換速度可以由內部修剪的時鐘振蕩器或外部時鐘控制。

轉換開始信號(CONVST)將磁道/保持置于保持模式并啟動轉換。BUSY/EOC信號表示轉換結束。使用標準CS和RD信號,通過14位并行數據總線從零件讀取數據AD7899的最大吞吐量為400 kSPS。AD7899采用28鉛SOIC和SSOP封裝。

產品亮點

1、AD7899具有快速(2.2微秒)ADC,允許高達400 kSPS的吞吐量。

2、AD7899由一個5伏電源供電,功耗僅為80兆瓦,是低功耗和便攜式應用的理想選擇。

3、該部分提供了一個高速并行接口接口can以3v和5v模式工作,允許輕松連接到3v或5v微處理器、微控制器和數字信號處理器。

4、該部分有三個版本,具有不同的模擬輸入范圍AD7899-1提供±10 V和±5 V的標準工業范圍;AD7899-2提供0 V至2.5或0 V至5 V的單極范圍,AD7899-3的輸入范圍為±2.5 V。

術語信噪比

這是在A/D轉換器輸出端測得的信噪比(噪聲+失真)信號是基波的均方根振幅噪聲是所有非基本信號的均方根和,不超過采樣頻率(fS/2)的一半,直流除外。該比率取決于數字化過程中量化層級的數量;層級越多,量化噪聲越小具有正弦波輸入的理想N位轉換器的理論信噪比為:

因此對于14位轉換器,這是86.04db。

總諧波失真

總諧波失真(THD)是諧波的均方根和與基波的比值。對于AD7899,定義如下:

其中V1是基波的均方根振幅,V2、V3、V4和V5是第二次諧波至第五次諧波的均方根振幅。

峰值諧波或雜散噪聲

峰值諧波或雜散噪聲被定義為ADC輸出頻譜中下一個最大分量(最高fS/2,不包括dc)的均方根值與基波的均方根值之比。通常,本規范的值由頻譜中最大的諧波確定,但對于諧波埋入噪聲層的部分,它將是噪聲峰值。

互調失真

當輸入由兩個頻率fa和fb的正弦波組成時,任何具有非線性的有源器件都會在mfa±nfb的和頻和差頻產生畸變產物,其中m,n=0,1,2,3等?;サ饗釷莔和n都不等于零的項例如,二階術語包括(fa+fb)和(fa-fb),三階術語包括(2fa+fb),(2fa-fb),(fa+2fb)和(fa-2fb)。

AD7899使用兩個輸入頻率進行測試。在這種情況下,二階和三階項的意義是不同的。二階項通常在頻率上與原始正弦波相距較遠,而三階項通常在接近輸入頻率的頻率上因此,二階和三階術語是分開指定的互調失真的計算是根據THD規范進行的,其中它是單個失真產品的rms和與以dBs表示的基波的rms振幅的比值。

微分非線性

這是ADC中任意兩個相鄰代碼之間的測量值和理想1 LSB變化之間的差值。

正增益誤差(AD7899-1、AD7899-3)

這是最后一個代碼轉換(01)的偏差. . 110至01年. . 111)從理想的4×VREF–3/2 LSB(AD7899 at±10 V),2×VREF–3/2 LSB(AD7899在±5 V范圍內)或VREF–調整雙極偏移誤差后的3/2 LSB(AD7899在±2.5 V范圍內)。

正增益誤差(AD7899-2)

這是最后一個代碼轉換(11)的偏差. . 110至11號. . 111)從理想的2×VREF–3/2 LSB(AD7899 at調整單極偏移誤差后,±10 V),2×VREF–3/2 LSB(0 V至5 V范圍內的AD7899)或VREF–3/2 LSB(0 V至2.5 V范圍內的AD7899)。

單極偏移誤差(AD7899-2)

這是第一個代碼轉換(00)的偏差。. . 00至00點. . 01)從理想AGND+1/2 LSB。

雙極零點誤差(AD7899-1、AD7899-2)

這是中尺度轉換(所有0到所有1)與理想AGND–1/2 LSB的偏差。

負增益誤差(AD7899-1、AD7899-3)

這是第一個代碼轉換(10)的偏差. . 000至10個. . 001)理想值–4×VREF+1/2 LSB(AD7899 at調整雙極零點誤差后,–10 V)、–2×VREF+1/2 LSB(AD7899在±5 V范圍內)或–VREF+1/2 LSB(AD7899在±2.5 V范圍內)。

跟蹤/保持采集時間

跟蹤/保持捕獲時間是在轉換結束后(跟蹤/保持返回到跟蹤模式的點)跟蹤/保持放大器的輸出達到其最終值(在±1/2 LSB范圍內)所需的時間。它也適用于在AD7899的選定VINA/VINB輸入上施加的輸入電壓有階躍輸入變化的情況這意味著用戶必須等待轉換結束后或步驟輸入更改為VINA/VINB后的跟蹤/保持采集時間的持續時間,然后才能開始另一個轉換,以確保部件按規范運行。

轉換器詳細信息

AD7899是一款高速、低功耗、14位a/D轉換器,由一個5伏電源供電該部分包含2.2μs逐次逼近ADC、跟蹤/保持放大器、內部2.5 V基準和高速并行接口。該部件接受±10 V或±5 V(AD7899-1)、0 V至2.5 V或0 V至5 V(AD7899-2)和±2.5 V(AD7899-3)的模擬輸入范圍。部件模擬輸入上的過電壓?;ぴ市硎淙氳繆勾锏健?8 V(AD7899-1的輸入范圍為±10 V)、-9 V至+18 V(AD7899-1的輸入范圍為±5 V)、-1 V至+18 V(AD7899-2)和-4 V至+18 V(AD7899-3),而不會造成損壞。

通過脈沖CONVST輸入,在AD7899上啟動轉換在CONVST的上升沿上,片上磁道/保持置于保持位置,并開始轉換。BUSY/EOC輸出信號在CONVST的上升沿被高觸發,并在轉換序列期間保持高該部件的轉換時鐘是使用激光修剪時鐘振蕩器電路在內部生成的。也可以選擇使用外部時鐘外部非連續時鐘應用于CLKIN管腳如果在CONVST的上升沿,該輸入為高,則使用外部時鐘外部時鐘應在CONVST上升沿100 ns后開始通過使用外部時鐘使用內部生成的時鐘see獲得最佳吞吐量BUSY/EOC信號表示轉換結束,此時Track and Hold返回跟蹤模式轉換結果可以在轉換結束時通過14位并行數據總線讀?。ㄓ葿USY/EOC變低表示),標準CS和RD信號參見定時和控制。

AD7899的轉換時間為2.2微秒,跟蹤/保持捕獲時間為0.3微秒。為了從部件獲得最佳性能,在轉換期間或在下一個CONVST上升沿之前的150 ns期間不應進行讀取操作這允許部件以高達400 kHz的吞吐量運行,并達到數據表規范。

電路描述軌道/保持段

AD7899上的跟蹤/保持放大器允許ADC將滿標度振幅的輸入正弦波精確轉換為14位精度即使當ADC以其最大吞吐量率為400 kSPS(即,跟蹤/保持可以處理超過200 kHz的輸入頻率)時,跟蹤/保持的輸入帶寬大于ADC的奈奎斯特速率。

跟蹤/保持放大器在小于300ns的時間內將輸入信號采集到14位精度。跟蹤/保持的操作對用戶基本上是透明的跟蹤/保持放大器對CONVST上升沿上的輸入通道進行采樣跟蹤/保持的光圈時間(即外部CONVST信號和實際進入保持的跟蹤/保持之間的延遲時間)通常為15ns,并且更重要的是,在設備之間很好地匹配它允許多個AD7899同時采樣多個信道在轉換結束時,零件返回到其跟蹤模式。跟蹤/保持放大器的采集時間從此時開始。

參考章節

AD7899包含一個標號為VREF的參考管腳,該參考管腳提供對零件自身2.5V參考電壓的訪問,或允許連接外部2.5V參考電壓,以提供零件的參考電壓源。該部件規定為2.5 V參考電壓。

要使用內部基準作為AD7899的基準源,只需將0.1μF電容器從VREF引腳連接到AGND。此引腳上出現的電壓在應用到ADC之前在內部緩沖如果需要在AD7899外部使用該基準,則應將其緩沖,因為該部件具有與基準輸出串聯的FET開關,導致該輸出的源阻抗為6 kΩ標稱值在25°C時,內部參考公差為±10 mV,典型溫度系數為25 ppm/°C,最大誤差為±20 mV。

如果應用程序需要具有更嚴格公差的參考或AD7899需要與系統參考一起使用,則用戶可以選擇將外部參考連接到此VREF管腳。外部參考將有效地驅動內部參考,從而為ADC提供參考源參考輸入在被施加到ADC之前被緩沖,最大輸入電流±100μA。AD7899的合適參考源包括AD680、AD780、RIF192和ReF43精度2.5 V參考。

模擬輸入部分

AD7899分為三種類型:AD7899-1,其輸入可配置為±10 V或±5 V輸入電壓范圍;AD7899-2,其輸入可配置為0 V至5 V或0 V至2.5 V輸入電壓范圍;AD7899-3,其處理輸入電壓范圍±2.5 V。流入模擬輸入的電流量取決于模擬輸入范圍和模擬輸入電壓。當負滿刻度被施加時,最大電流流動。

AD7899-1型

圖2顯示了AD7899-1的模擬輸入部分該輸入可配置為AD7899-1上的±5 V或±10 V操作對于±5 V操作,VINA和VINB輸入連接在一起,輸入電壓同時施加在兩者上。對于±10 V操作,VINB輸入與AGND相連,輸入電壓施加到VINA輸入。VINA和VINB輸入是對稱的,可以完全互換。

對于AD7899-1,R1=4 kΩ,R2=16 kΩ,R3=16 kΩ,R4=8 kΩ。電阻輸入級之后是跟蹤/保持放大器的高輸入阻抗級。

設計的代碼轉換發生在連續整數LSB值(即1/2 LSB、3/2 LSB、5/2 LSB等)的中間。LSB大小由公式1 LSB=FSR/16384給出。對于±5 V范圍,1 LSB=10 V/16384=610.4μV。對于±10 V范圍,1 LSB=20 V/16384=1.22 mV。輸出編碼是2的補碼二進制,LSB=FSR/16384AD7899-1的理想輸入/輸出傳遞函數如表1所示。

筆記

FSR是滿標度范圍,在±10 V范圍內為20 V,在±5 V范圍內為10 V,VREF=2.5 V。

1、 LSB=FSR/16384=1.22 mV(±10 V–AD7899-1)和610.4微V(±5 V–AD7899-1),VREF=2.5 V。

AD7899-2型

圖3顯示了AD7899-2的模擬輸入部分。每個輸入可配置為0 V至5 V操作或0 V至2.5 V操作。對于0 V到5 V的操作,VINB輸入與GND相連,輸入電壓施加到VINA輸入對于0 V至2.5 V的操作,VINA和VINB輸入連接在一起,輸入電壓同時施加在兩者上VINA和VINB輸入是對稱的,可以完全互換。

對于AD7899-2,R1=4 kΩ,R2=4 kΩ。再次,設計的代碼轉換發生在連續的整數LSB值上。對于0至2.5 V和0至5 V選項,輸出編碼為1 LSB=FSR/16384=2.5 V/16384=0.153 mV和5 V/16384=0.305 mV的直接(自然)二進制。表II顯示了AD7899-2的理想輸入和輸出傳遞函數。

筆記

FSR是滿標度范圍,對于VREF=2.5 V的AD7899-2,為0至2.5 V和0至5 V。

1、 LSB=FSR/16384,對于VREF=2.5 V的AD7899-2為0.153 mV(0-2.5 V)和0.305 mV(0-5 V)。

AD7899-3型

圖4顯示了AD7899-3的模擬輸入部分在VINA輸入上,模擬輸入范圍為±2.5 VVINB輸入可以保持不連接,但如果它連接到電位,則該電位必須接地。

對于AD7899-3,R1=4 kΩ,R2=4 kΩ電阻輸入級之后是跟蹤/保持放大器的高輸入阻抗級。

設計的代碼轉換發生在連續整數LSB值(即1/2 LSB、3/2 LSB、5/2 LSB等)的中間。LSB大小由公式1 LSB=FSR/16384給出輸出編碼是2的補碼二進制,1lsb=FSR/16384=5v/16384=610.4μV。AD7899-3的理想輸入/輸出傳輸函數如表3所示。

定時和控制啟動轉換

通過對CONVST信號應用上升沿來啟動轉換。這會將磁道/保持置于保持模式并開始轉換轉換狀態由雙功能信號BUSY/EOC指示。AD7899可以在兩種轉換模式下工作,即EOC(轉換結束)模式和忙碌模式工作模式由轉換結束時的CONVST狀態決定。

選擇轉換時鐘

AD7899有一個內部激光修剪振蕩器,可用于控制轉換過程或者,可以使用外部時鐘源來控制轉換過程。允許的最高外部時鐘頻率為6.5兆赫這意味著與使用內部時鐘的2.2微秒相比,轉換時間為2.46微秒。然而,在某些情況下,當不需要高吞吐量時,使用外部時鐘可能是有用的。例如,可以通過對所有設備使用相同的外部時鐘來同步兩個或多個ad7899這樣,由于內部時鐘振蕩器的頻率不同,輸出邏輯信號之間沒有延遲。

在CONVST的上升沿上,AD7899將檢查CLKIN pin的狀態如果這個引腳低,它將使用內部激光修剪振蕩器作為轉換時鐘。如果CLKIN引腳高,AD7899將等待外部時鐘提供給該引腳,然后將其用作轉換時鐘。外部時鐘的第一個下降沿在CONVST上升沿之后至少100 ns內不應出現,以確保正確操作圖5顯示了BUSY/EOC輸出如何與CLKIN信號同步每次轉換需要16個時鐘。轉換的結果被傳送到第15個時鐘周期的下降沿上的輸出數據寄存器。當選擇內部時鐘時,CLKIN引腳的狀態在轉換期間可以自由更改,但必須遵守CLKIN設置和保持時間,以確保使用正確的轉換時鐘如果要使用內部轉換時鐘,CLKIN管腳也可以永久地固定在低位。

EOC模式

CONVST信號通常很高。將CONVST低脈沖將在其上升沿啟動轉換轉換結束時檢查CONVST信號的狀態。自從轉換當這種情況發生時,AD7899 BUSY/EOC引腳將執行其EOC功能,并使BUSY/EOC線在一個時鐘周期內處于低位,然后再次返回高位在這種模式下,EOC可以與RD和CS信號綁定,以便在需要時自動讀取轉換結果EOC模式下運行的時序圖如圖6所示。

忙碌模式

CONVST信號通常很低脈沖轉換器高將在其上升沿啟動轉換轉換結束時檢查CONVST信號的狀態由于發生這種情況時CONVST將處于低位,因此AD7899 BUSY/EOC引腳將承擔其BUSY功能,從而使BUSY/EOC處于低位,表明轉換已完成BUSY/EOC將保持低位,直到CONVST的下一個上升邊緣BUSY/EOC返回高位。在繁忙模式下運行的時序圖如圖7所示。

連續轉換模式

當AD7899與外部時鐘一起使用時,將CLKIN和CONVST信號連接在一起將導致AD7899連續執行轉換每次轉換完成時,BUSY/EOC引腳將低脈沖一個時鐘周期(EOC功能),指示轉換結果可用圖8顯示了AD7899在連續轉換模式下的定時和控制順序。

從AD7899讀取數據

通過帶有標準CS和RD信號的14位并行數據總線從零件讀取數據CS和RD輸入是內部選通的,以便將轉換結果轉換到數據總線上。當CS和RD均為邏輯低時,數據線DB0到DB13保持高阻抗狀態因此,如果需要,CS可以被永久地綁定為邏輯低電平,并且用于訪問轉換結果的RD信號。圖6和圖7顯示了一個稱為“安靜時間”的定時規范,這是在讀取操作之后和開始下一次轉換之前應該留下的時間量安靜時間在很大程度上取決于數據總線電容,但典型的情況是50 ns到100 ns,最壞的情況是150 ns。

待機模式操作

AD7899具有待機模式,因此可以將設備置于低電流消耗模式(典型為5μa)。AD7899通過使邏輯輸入低電平而處于待機狀態AD7899可以再次通電,使STBY邏輯處于高位,以便正常運行當AD7899處于待機狀態時,輸出數據緩沖區仍在工作。這意味著當AD7899處于待機狀態時,用戶仍然可以繼續訪問轉換結果。此功能可用于降低使用低吞吐量的系統中的平均功耗。為了降低平均功耗,可以在每個轉換序列結束時將AD7899置于待機狀態,并在下一個轉換序列開始之前再次從待機狀態中取出AD7899從待機狀態出來所需的時間稱為“喚醒”時間。此喚醒時間將限制在轉換之間斷電時可以操作AD7899的最大吞吐率。當AD7899與內部基準一起使用時,基準電容器將在待機期間開始放電?;叫咽鋇縟萜魃系氖S嗟繆菇【鲇詿奔?,從而影響喚醒時間。最小喚醒時間通常是2秒。最大喚醒時間是當電容器在待機時間足夠長時參考電容器完全放電。在這種情況下,喚醒時間通常為15毫秒。當使用外部參考時,AD7899將在大約1秒內醒來,而不管睡眠時間。

在兩次轉換之間以待機模式操作AD7899時,可以顯著地節省功耗。例如,在吞吐量為10 kSPS和外部基準的情況下,AD7899將每100微秒通電4.2微秒(喚醒時間為2微秒,轉換時間為2.2微秒)。因此,平均功耗下降到80兆瓦×4.2%或大約3.36毫瓦。

AD7899動態規格

AD7899是指定的,100%測試動態性能規范以及傳統的直流規范,如積分和微分非線性這些交流規范是信號處理應用(如相控陣聲納、自適應濾波器和頻譜分析)所必需的這些應用需要有關ADC對輸入信號光譜含量影響的信息。因此,指定AD7899的參數包括信噪比、諧波失真、互調失真和峰值諧波這些術語將在以下各節中詳細討論。

信噪比

SNR是在ADC輸出端測得的信噪比信號是基波的有效值大小。噪聲是所有非基本信號的均方根和,不包括直流電,其最大值為采樣頻率(fS/2)的一半。信噪比取決于數字化過程中使用的量化級別的數量;級別越多,量化噪聲越小。正弦波輸入的理論信噪比由:信噪比=(6.02N+1.76)分貝(1),其中N是位數。

因此,對于理想的14位轉換器,信噪比為86.04db。

圖9顯示了使用5 V電源的AD7899進行8192次直流輸入轉換的直方圖模擬輸入設置在代碼轉換的中心??梢鑰闖?,大多數代碼出現在一個輸出箱中,這表明ADC具有非常好的噪聲性能。

ADC的輸出頻譜通過對模擬輸入施加非常低失真的正弦波信號來評估快速傅里葉變換(FFT)圖生成可以得到信噪比數據。圖10顯示AD7899的典型4096點FFT圖,輸入信號為100 kHz,采樣頻率為400 kHz由該圖得到的信噪比為80.5db。在計算信噪比時應考慮諧波。

有效位數

方程1中給出的公式將信噪比與比特數聯系起來。重寫公式,如在等式2中,可以獲得以有效比特數(N)表示的性能度量。

一個設備的有效位數可以直接從其測量的信噪比計算出來圖11顯示了AD7899的有效位數與頻率的典型關系圖。

互調失真

當輸入由兩個頻率(fa和fb)的正弦波組成時,任何具有非線性的有源器件都會在mfa±nfb的和頻和差頻產生畸變產物,其中m,n=0,1,2,3……等?;サ饗釷侵竚和n都不等于零的互調項例如,二階項包括(fa+fb)和(fa-fb),三階項包括(2fa+fb),(2fa-fb),(fa+2fb)和(fa-2fb)。

AD7899使用兩個輸入頻率進行測試。在這種情況下,二階和三階項具有不同的意義。二階項通常在頻率上與原始正弦波相距較遠,而三階項通常在接近輸入頻率的頻率上因此,二階和三階術語是分開指定的互調失真的計算是根據THD規范進行的,其中它是單個失真產品的rms和與以dBs表示的基波的rms振幅的比值在這種情況下,輸入由兩個等幅低失真正弦波組成。圖12顯示了AD7899的典型IMD圖。

交流線性曲線圖

圖13中的圖表顯示了AD7899的典型DNL和INL。

微處理器接口

AD7899的高速并行接口可以方便地與大多數DSP和微處理器接口AD7899的AD7899接口由數據線(DB0到DB13)、CS、RD和BUSY/EOC組成。

AD7899–ADSP-21xx接口

圖14顯示了AD7899和ADSP-21xx之間的接口。CONVST信號可以由ADSP-21xx或其他外部源產生圖14顯示了由DMS信號和ADSP-21xx的地址總線的組合生成的CS這樣,AD7899被映射到ADSP-21xx的數據存儲器空間中。

當轉換完成時,AD7899 BUSY/EOC線路向ADSP-21xx提供中斷然后,可以使用讀取操作從AD7899讀取轉換結果使用以下指令讀取AD7899:MR0= DM(ADC),其中MR0是ADSP-21xx MR0寄存器,ADC是AD7899地址。

AD7899–TMS320C5x接口

圖15顯示了AD7899和TMS320C5x之間的接口。與前面的接口一樣,可以從TMS320C5x或外部源啟動轉換,當轉換序列完成時,處理器中斷從DS信號和地址總線的解碼導出的到AD7899的CS信號這將AD7899映射到外部數據存儲器中。來自TMS320的RD信號用于啟用數據總線上的ADC數據AD7899具有快速并行總線,因此不需要等待狀態以下指令用于從AD7899讀取轉換結果:在D,ADC,其中D是數據存儲器地址,ADC是AD7899地址。


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