м. Київ, вул. Північно-Сирецька 1-3
т. (044) 400-00-46, 594-26-71, 594-26-76
Ізольовані АЦП (ЦАП)
Application Bulletin AB-11
Вступ
Поділ аналогових і цифрових трактів завжди розглядалося конструкторами як ідеальне рішення проблеми паразитних зв'язків через загальні дроти. Будь-яка зміна струму в загальному проводі аналогової частини, наприклад АЦП, еквівалентно зміни значення сигналу на його вході. На ділянці загального проводу опором 5 мОм паразитний струм 1 мА дасть приріст паразитного напруги 5 мкВ, сприйманого АЦП як приріст у вхідному сигналі. Якщо для 12-bit АЦП це було несуттєво, то для сучасних 24-розрядних сигма-дельта АЦП роздільна здатність становить вже ± 300 НВ. Помилка в 5 мкВ, викликана зворотним струмом, інтерпретується в помилку на уровне16-го розряду, так що фактична розрядність 24-розрядного АЦП на такій платі буде 20. Якщо до того ж врахувати імпульси від тактового генератора (10МГц), від послідовного інтерфейсу і зміна струму в загальній шині відповідно щільності цифрових біт на виході, то стає ясно, що сумарний вплив паразитних струмів в загальній шині на точність і роздільну здатність АЦП не дозволяє і близько підійти до значень, що заявляється в специфікаціях.
Подібні висновки справедливі і для ЦАП. Імпульсні перешкоди в загальній аналогової шині спотворять вихідний сигнал, якщо конструктор не прийме ніяких заходів.
У цій статті розглядаються стандартні ІС серії IsoLoop і їх використання в схемах ізольованих АЦП (ЦАП).
Ізольовані АЦП (ЦАП)
Ізольовані АЦП (ЦАП) - це ті пристрої, для яких ІС серії IsoLoop підходять найкращим чином. На ринку немає сьогодні інших ІС (технологій), здатних конкурувати з ними за динамічними характеристиками, необхідним для одно- і багатоканальних сигма-дельта АЦП, АЦП послідовного наближення, аудіо ЦАП і високочастотних кодеків. Малі спотворення, смуга частот порядку 75 МГц, здатність витримувати сплески до 40 кВ / мкс, відсутність внутрішнього генератора синхроімпульсів, міцність ізоляції 2500В, - все це робить мікросхеми серії IsoLoop неперевершеними в схемах прецизійних ізольованих перетворювачів сигналів.
Сигма-дельта АЦП
На Рис.1 показана типова схема сигма-дельта АЦП з 4-хпроводним SPI-інтерфейсом.
Роздільна здатність і динамічний діапазон дозволяє включати АЦП прямо до виходу мостового датчика без всяких підсилювачів. Системний тактовий генератор розташований на ізольованій стороні, і все потрібно передати через ізолюючий бар'єр чотири сигналу, щоб ізолювати шину управління мікроконтролера. Для цього випадку хорошим вибором буде 4-канальна мікросхема IL717.
Мал. 1. Ізольований сигма-дельта АЦП з мікросхемою IL717
Ізольовані багатоканальні з ІГМА-дельта АЦП
Щоб зберегти точність і динамічний діапазон однаковими для всіх каналів, тремтіння синхроимпульсов, розміщення на тимчасовій діаграмі фронтів і спадів тактових сигналів має збігатися для всіх каналів АЦП. З метою досягнення найбільшої ідентичності, використаний єдиний тактовий генератор на системній стороні і паралельне розподіл синхроімпульсів (через ізолятор) між усіма каналами АЦП. На Рис 2 показана схема такого багатоканального АЦП із застосуванням п'ятиканальної мікросхеми IL261, що має надзвичайно низький розкид між каналами по спотворень.
Мал. 2. Ізольовані багатоканальні з ІГМА-дельта АЦП з використанням ІС IL261
Мал. 3 Багатоканальна система дискретизації з використанням ІС IL262
Намалюйте 3 показана багатоканальна система дискретизації з розділеними A / Ц осередками. Мікросхема IL262 використовується для подачі сигналів управління SPI-інтерфейсу до АЦП і отримання від A / Ц осередку сигналу BUSY, забезпечуючи ефективний керований перериваннями процес дискретизації. Команда BUSY може бути також використана для кадрової синхронізації в відео додатках.
Ізольовані багатоканальні АЦП
Якщо немає необхідності в ізоляції вхідних каналів один від одного, можна використовувати АЦП з мультиплексором на вході, тобто готові інтегральні багатоканальні АЦП. Для передачі адрес каналів в багатоканальному АЦП (наприклад, ADS7825) можна використовувати ізолятор IL261. На Рис.4 показана схема, що дає можливість вибору одного з 4-х каналів.
Мал. 4. Ізольовані багатоканальні АЦП з використанням IL261
Ізольований аудіо ЦАП
На Рис.5 показанасхемаіспользованіядвух IL260 для ЦАП PCM1681.
Мал. 5. Ізольований аудіо ЦАП з використанням двох IL260
Цю схема можна використовувати для домашнього кінотеатру. два ізолятора L260 забезпечують якість Hi-Fi для звуку, тому що не дають цифровим перешкод проникати на аналоговий вихід. Більшість престижних аудіо / відео приймачів для домашнього кінотеатру вже мають роздільні джерела харчування для аналогової і цифрової частини, так що додавання ізоляторів не обійдеться так уже й дорого. А якщо закласти таке рішення при проектуванні, можна зменшити кількість шарів друкованої плати.
Зменшення площі, займаної компонентами
Підтримуючи тенденцію до мініатюризації всіх електронних виробів, фірма NVE випускає свої мікросхеми також і в корпусі MSOP, поставляючи на ринок найменші ізолятори, що задовольняють вимогам IEC 61010. Ці крихітні пристрої займають на друкованій платі площу менше, ніж 3 мм x 5мм, витримуючи 2300 V RMS на ізоляційному бар'єрі . Мікросхеми IL710-1 і IL711-1 в корпусі MSOP, що забезпечують трьохпровідний SPI-інтерфейс, плюс АЦП на Рис.6 в такому ж корпусі займають менше місця, ніж 16-вивідний SOIC.
Мал. 6. Ізольований мікропотужний АЦП із застосуванням IL711 і IL710
Трансляція (зрушення) логічного рівня
Мікросхеми IsoLoop дозволяють елегантно долати проблеми стикування або функціонування пристроїв, напруга живлення яких має бути різним. Всі ІС серій IL7xx і IL2xx здатні транслювати логічні рівні низьковольтних серій (3.3В) в 5-вольт логічні рівні і навпаки.
Менша вартість, придатність для ізоляції великого переліку пристроїв
Як показано вище, цифрові ізолятори серій IL7xx і IL2xx можуть використовуватися для багатьох типів АЦП і ЦАП з шириною смуги до 75МГц. Ізолятори фірми NVE серії IL6xx можуть використовуватися для тих же пристроїв при меншій вартості. Незважаючи на те, що є потреба у додатковому резистор, що забезпечує струм котушки на вході (порядку 5мА), він же дає можливість підключати вхід до джерел сигналу самих різних величин. Наприклад, IL610 може транслювати до 5-вольта логічним рівням не тільки 3-вольт рівні, а й рівні 1.7 В, 2.4 В, 24 В, 4-20мА, диференціальні рівні RS-485 і RS-422. Причому, на відміну від Оптоізолятори, мікросхеми IL610 працюють від постійного струму до 75МГц, забезпечуючи спотворення ширини імпульсу 3нс, затримку поширення 6нс, стабільність і отказоустойчівость.Мікросхеми серії IL6xx випускаються в тих же корпусах, що і серія IL7xx.
На Рис.7 показаний сигма-дельта АЦП із застосуванням в якості ізолятора 3-канальний приймача IL614. З метою зменшення займаної площі ізоляцію можна забезпечити двома мікросхемами IL610 і IL611 в корпусах MSOP.
Рис.7. Ізольований сигма-дельта АЦП з мікросхемою IL614
Корисні поради
Розв'язка по харчуванню
Обидва джерела живлення ізоляторів NVE повинні шунтуватися керамічними конденсаторами 47нФ з низьким послідовним опором (ESR). Розв'язують конденсатори повинні розміщуватися якомога ближче до висновків харчування.
Високовольтний або мініатюрний корпус?
Серія мікросхем IsoLoop випускається в корпусах різних розмірів: від крихітного MSOP до широкого SOIC, здатного витримати більше пробивна напруга. Корпус MSOP здатний витримати 2300 V RMS протягом 1 хвилини. Інші тіпономіналов корпусів випробовуються при 2500 V RMS. Для MSOP максимальна робоча напруга становить 130 V RMS, в той час як для вузького (0.15 ") корпусу SOIC - 150 V RMS. Для корпусів PDIP і широкого (0.3") SOIC максимальна робоча напруга становить 300 V RMS.
Високовольтний або мініатюрний корпус?
