Главная

Радиотехника

Целью второй части статьи является ознакомление читателей с наиболее интересными цифро-аналоговыми преобразователями фирмы Maxim с параллельным интерфейсом. журнал "Схемотехника" N2, 2003 Олег Николайчук Анализ цифро-аналоговых преобразователей с параллельным байтовым интерфейсом Как отмечалось в первой части статьи, цифро-аналоговые преобразователи с параллельным интерфейсом подразделяются на две группы: микросхемы с однобайтовым интерфейсом и микросхемы с интерфейсом большей разрядности, или как их еще называют - "полноразрядные". Технические данные на микросхемы обоих групп приведены в табл. 1 и 2 в первой части статьи. Анализ параметров цифро-аналоговых преобразователей с параллельным однобайтовым интерфейсом, приведенных в табл. 1, позволяет сделать нижеследующие выводы. Всего фирмой Maxim выпускается 27 цифро-аналоговых преобразователей с параллельным однобайтовым интерфейсом. Выпускаются микросхемы с разрядностью 8, 10, 12 и 14. При этом число каналов среди микросхем с разрядностью 8 может составлять от 1 до 8, число каналов 12-разрядных микросхем может быть от 1 до 4, а 10- и 14-разрядные микросхемы выпускаются только одноканальными. Номенклатура питающих напряжений достаточно широка. Выпускаются микросхемы с двуполярным и однополярным питанием. Микросхемы с двуполярным питанием в современной технике имеют ограниченное применение. это ранние модели, имеющие префикс "MX", они используются, в основном, в промышленных системах первого поколения. Микросхемы с однополярным питанием,, можно разделить на микросхемы с повышенным напряжением питания (как правило +12:15 В), микросхемы с напряжением питания +5 В и выше и микросхемы с пониженным напряжением питания, способные работать при напряжении питания от +2,5 до 3,3 В или до 5 В (так называемая "белая" группа перспективных микросхем). Микросхемы с повышенным напряжением питания также представляют ограниченный интерес, т. е. их применение в современных изделиях обязывает разработчика использовать несколько питающих напряжений, что противоречит современной тенденции, заключающейся в сокращении номенклатуры и снижении величины питающих напряжений. В основном, в современных и вновь разрабатываемых изделиях широко используются микросхемы цифро-аналоговых преобразователей с напряжением питания +5 В и ниже, причем изделия, работающие при пониженных напряжениях питания, считаются наиболее перспективными. Рассматриваемая группа микросхем выпускается в корпусах PDIP, SO, QSOP, TSSOP. Большинство современных продуктов выполняются на микросхемах в корпусах DIP. Это позволяет устанавливать микросхемы в панельки, что обеспечивает высокую ремонтопригодность и простую верификацию элементов схемы. Значительно реже используются микросхемы в других типах корпусов. Разработка продуктов с микросхемами в корпусах SO, QSOP, TSSOP и т. п. требует высокого технологического уровня производства печатных плат и значительного опыта монтажных работ. В связи с вышесказанным ограничимся рассмотрением микросхем, выпускаемых в корпусах DIP. из 27 моделей микросхем, приведенных в табл. 1 в первой части статьи, только семь соответствуют вышеописанным критериям. Основные параметры этих микросхем приведены в табл. 6. Первые три микросхемы (MX7523, MX7524, MX7528) имеют токовый выход и расширенный диапазон напряжений питания +5:15 В, остальные четыре микросхемы имеют выход по напряжению и работают либо от одного напряжения питания +5 В, либо от двух источников питания с напряжениями +5 В. Все микросхемы могут использовать внешний источник опорного напряжения, а микросхемы MAX503 и MAX530 имеют также и встроенный источник опорного напряжения. Таблица 6

Тип	Раз ряд ность, бит	Число кана лов	Тип выхода	Напря жение пита ния, В	Макси маль ный ток потреб ления, мкА	Типо вое время уста новле ния, мкс	Источ ник опор ного напря жения	Кор пус	Цена, $
MX7523	8	1	Ток	5:16	100	0,15	Внешн.	PDIP16	2,20
MX7524	8	1	Ток	5:15	500	0,25	Внешн.	PDIP16	2,20
MX7528	8	2	Ток	5:15	100	0,35	Внешн.	PDIP20	2,84
MAX505	8	4	Напр.	+5, +5	10 мА	6	Внешн.	PDIP24	5,95
MAX506	8	4	Напр.	+5, +5	10 мА	6	Внешн.	PDIP20	6,10
MAX503	10	1	Напр.	+5, +5	400	25	Комб.	PDIP24	2,95
MAX530	12	1	Напр.	+5, +5	400	25	Комб.	PDIP24	5,45

Первый отобранный цифро-аналоговый преобразователь MX7523 является простейшим высокопроизводительным DAC, выполненным по технологии CMOS. Эта микросхема совместима с известной микросхемой AD7523. Микросхема не имеет буферизации входного кода, соответственно она не имеет и сигналов стробирования записи. Любое изменение кода на 8-битной входной шине вызывает практически мгновенное (за 150 нс) установление выходного тока. Микросхема может работать на частотах до 200 кГц. Разводка выводов микросхемы приведена в табл. 7. Вторая микросхема - MX7524 - по своим характеристикам аналогична MX7523 за исключением того, что она имеет входной буфер для хранения кода. Соответственно, имеются два входа управления: выборки CS/ и записи WR/. Время установления выходного тока для этой микросхемы несколько больше и достигает 400 нс, разводка ее выводов также приведена в табл. 7. Таблица 7

Вывод	Наимен.	MX7523	MX7524
01	OUT1	Первый инверсный токовый выход
02	OUT2	Второй неинверсный токовый выход
03	GND	Общий вывод питания
04	DB7	Старший седьмой бит данный
05	DB6	Шестой бит данных
06	DB5	Пятый бит данных
07	DB4	Четвертый бит данных
08	DB3	Третий бит данных
09	DB2	Второй бит данных
10	DB1	Первый бит данных
11	DB0	Младший нулевой бит данных
12	CS/	Не используется	Выборка кристалла
13	WR/	Не используется	Строб записи
14	Vdd	Напряжение питания
15	Vref	Опорное напряжение
16	Rfb	Резистор обратной связи

Третья отобранная микросхема - MX7528 - является сдвоенным цифро-аналоговым преобразователем с токовым выходом и по структуре близка к MX7524. Время установления выходного тока для нее также равно 400 нс. Разводка выводов микросхемы приведена в табл. 8. Таблица 8

Вывод	Наимен.	Назначение
01	AGND	Общий аналоговый вывод питания
02	OUT A	Токовый выход первого DAC
03	Rfb A	Резистор обратной связи первого DAC
04	Vref A	Вход опорного напряжения первого DAC
05	DGND	Общий цифровой вывод питания
06	DACB/A/	Выбор канала записи: "0" - канал А / "1" - канал B
07	DB7	Старший седьмой бит данный
08	DB6	Шестой бит данных
09	DB5	Пятый бит данных
10	DB4	Четвертый бит данных
11	DB3	Третий бит данных
12	DB2	Второй бит данных
13	DB1	Первый бит данных
14	DB0	Младший нулевой бит данных
15	CS/	Выборка кристалла
16	WR/	Строб записи
17	Vdd	Напряжение питания
18	Vref B	Вход опорного напряжения второго DAC
19	Rfb B	Резистор обратной связи второго DAC
20	OUT B	Токовый выход второго DAC

Микросхемы MAX505 и MAX506 представляют, пожалуй, наибольший интерес среди рассматриваемой группы цифро-аналоговых преобразователей в связи с тем, что каждая из них в корпусе имеет четыре независимых канала с выходом по напряжению. Микросхема MAX505 имеет независимые входы опорного напряжения для каждого из каналов и выпускается в корпусе DIP24, а микросхема MAX506 имеет один общий вход опорного напряжения выполнена в корпусе DIP20. Время установления выходного кода не превышает 6 мкс. Функциональные схемы микросхем показаны на 1 и 2 соответственно, а назначение выводов приведено в табл. 9. 1.

2.

Таблица 9

Вывод		Наимен.	Назначение
MAX505 DIP24	MAX506 DIP20
1	1	VOUTB	Выходное напряжения второго DAC B
2	2	VOUTA	Выходное напряжения первого DAC A
3	3	VSS	Отрицательный источник питания
4	-	VREFB	Опорное напряжение второго канала B
-	4	VREF	Общее опорное напряжение
5	-	VREFA	Опорное напряжение первого канала A
6	5	AGND	Аналоговый общий провод
7	6	DGND	Цифровой общий провод
8	-	LDAC/	Вход синхронной записи
9	7	D7	Седьмой старший бит данных
10	8	D6	Шестой бит данных
11	9	D5	Пятый бит данных
12	10	D4	Четвертый бит данных
13	11	D3	Третий бит данных
14	12	D2	Второй бит данных
15	13	D1	Первый бит данных
16	14	D0	Нулевой младший бит данных
17	15	WR/	Строб записи
18	16	A1	Первый старший адресный вход
19	17	A0	Нулевой младший адресный вход
20	-	VREFD	Опорное напряжение четвертого канала D
21	-	VREFC	Опорное напряжение третьего канала C
22	18	VDD	Положительное напряжение питания
23	29	VOUTD	Выходное напряжения четвертого DAC D
24	20	VOUTC	Выходное напряжения третьего DAC C

Оба цифро-аналоговых преобразователя позволяют работать как от однополярного напряжения питания +5 В, так и от двуполярного напряжения +5 В. При питании микросхем от однополярного источника питания вывод отрицательного источника питания V_SS (3) должен быть соединен с выводом аналогового AGND (и цифрового DGND) общего провода. Еще одной особенностью микросхемы MAX505 является двойная буферизация данных и возможность внешней синхронизации моментов смены выходных напряжений на всех аналоговых выходах. Для этого предусмотрен вход LDAC/ (активный низкий). Если на этом входе установлено напряжение лог. 0, то входной код попадает вначале на входной регистр и затем сразу на выходной регистр соответствующего канала. При положительном перепаде напряжения на этом входе (переходе от лог. 0 к лог. 1) выходные регистры запоминают значения кодов первичных регистров. Подавая на этот вход последовательность коротких отрицательных импульсов можно синхронизировать смену информации на всех выходах. Микросхемы MAX503 (10-разрядный цифро-аналоговый преобразователь) и MAX530 (12-разрядный цифро-аналоговый преобразователь) имеют одинаковые функциональные схемы и разводку выводов и выпускаются в корпусе DIP24. Время установления выходного напряжения не превышает 25 мкс. Входная организация позволяет состыковывать микросхему непосредственно с 4-, 8- и 16- разрядными микроконтроллерами или микроциклорами. Обе микросхемы имеют встроенный источник опорного напряжения +2,048 В. Допускается работа со встроенным или внешним источником опорного напряжения, и в режиме однополярного или двуполярного выходного сигнала. Функциональная схема микросхем MAX503 и MAX530 показана на 3, а название и назначение выводов - в табл. 10. 3.

Таблица 10

Вывод MAX503, MAX530	Сигнал	Назначение
24	D0/D8	Нулевой бит данных (A0=0; A1=1) или восьмой бит данных (A0=A1=1)
1	D1/D9	Первый бит данных (A0=0; A1=1) или девятый бит данных (A0=A1=1)
2	D2/D10	Второй бит данных (A0=0; A1=1) или десятый бит данных (A0=A1=1)
3	D3/D11	Третий бит данных (A0=0; A1=1) или одиннадцатый бит данных (A0=A1=1)
4	D4	Четвертый бит данных (A0=0; A1=1) или нулевой бит данных (A0=1; A1=0)
5	D5	Пятый бит данных (A0=0; A1=1) или первый бит данных (A0=1; A1=0)
6	D6	Шестой бит данных (A0=0; A1=1) или второй бит данных (A0=1; A1=0)
7	D7	Седьмой бит данных (A0=0; A1=1;) или третий бит данных (A0=1; A1=0)
8	A0	Нулевой адресный вход. Если А1=1, А0 используется для выбора 4 из 12 линий данных: младшей тетрады D0:D3 (NBL), средней тетрады D4:D7 (NBM) или старшей тетрады D8:D11 (NBH)
9	A1	Первый адресный вход. Выбирает пары тетрад: А0=А1=0 - NBL & NBM; A0=0, A1=1 - NBL; A0=1, A1=0 - NBM; A0=A1=1 - NBH
10	WR/	Строб записи
11	CS/	Сигнал выборки кристалла
12	DGND	Цифровой общий провод
13	REFIN	Вход источника опорного напряжения, может быть соединен либо с выходом внешнего источника опорного напряжения, либо с выходом встроенного источника опорного напряжения (вывод 18) величиной +2,048 В
14	AGND	Аналоговый общий провод
15	CLR/	Вход обнуления выходного регистра
16	LDAC/	Вход синхронной записи
17	REFGND	Общий провод источника опорного напряжения. Должен быть соединен с аналоговым общим проводом AGND при использовании встроенного источника опорного напряжения, или соединен с положительным выводом питания VDD при работе с внешним источником опорного напряжения, при этом внутренний источник выключается с целью энергосбережения.
18	REFOUT	Выход встроенного источника опорного напряжения +2,048 В
19	VSS	Отрицательный источник питания при биполярном питании или общий провод при однополярном питании
20	VOUT	Выходное напряжения
21	RFB	Резистор цепи обратной связи, должен быть соединен с VOUT
22	ROFS	Резистор смещения. Должен быть соединен VOUT для обеспечения коэффициента передачи 1; должен быть соединен с AGND для обеспечения коэффициента передачи 2; должен быть соединен к REFIN для включения режима биполярного выхода.
23	VDD	Положительное напряжение питания

В микросхемах применен механизм "тройного" мультиплексирования данных, иллюстрируемый табл. 11. Он позволяет состыковывать микросхему с 4-, 8- или 16-разрядными микроконтроллерами. Низкий уровень на входе CLR/ сбрасывает входной регистр-защелку независимо от состояний остальных управляющих входов. Если на входах CS/ и WR/ одновременно присутствует высокий логический уровень, а на входе LDAC/ - низкий уровень, то происходит обновление выходного регистра цифро-аналогового преобразователя. При всех других комбинациях, в которых хотя бы один из входов, CS/ или WR/, находится в состоянии высокого логического уровня, операции невозможны. При выбранной микросхеме (CS/ и WR/ одновременно находятся в состоянии низкого логического уровня) происходит собственно обновление данных. Микросхемы могут работать в режиме последовательной потетрадной записи "4+4+4" или режиме "8+4". В первом случае линии D0-D3 и D4-D7 поразрядно объединяются и подключаются к четырем линиям микроконтроллера. Далее в соответствии с табл. 11 производится запись NBH, NBM и NBL тетрад в произвольном порядке. В режиме "8+4" обновление входного регистра производится в два этапа: младший байт NBL и NBM (D0-D7) при A0=A1=0, а затем старшая тетрада NBH (D8-D11) при A0=A1=1 в указанном или обратном порядке. Все описанное выше относится как к микросхеме MAX530, так и к микросхеме MAX503 за тем лишь исключением, что микросхема 10-разрядная, и следовательно, третья тетрада NBH (D8, D9) неполная. Таблица 11

CS/	WR/	LDAC/	A0	A1	Обновление данных
H	X	H	X	X	Нет операций
X	H	H	X	X	Нет операций
H	H	L	X	X	Обновляется выходной регистр преобразователя
L	L	X	L	L	Обновляются младшая и средняя тетрады NBL (D0-D3) и NBM (D4-D7)
L	L	H	H	H	Обновляется старшая тетрада NBH (D8-D11)
L	L	H	H	L	Обновляется средняя тетрада NBM (D4-D7)
L	L	H	L	H	Обновляется младшая тетрада NBL (D0-D3)
L	L	L	H	H	Обновляются старшая тетрада NBH (D8-D11) и выходной регистр преобразователя

Анализ параметров цифро-аналоговых преобразователей с параллельным полноразрядным интерфейсом, приведенных в табл. 2, позволяет сделать следующие выводы. Всего фирмой Maxim выпускается 23 цифро-аналоговых преобразователей с параллельным полноразрядным интерфейсом. Выпускаются микросхемы с разрядностью 10, 12, 13 и 14. При этом число каналов среди микросхем с разрядностью 12 может составлять 1 или 2, число каналов 13- и 14-разрядных микросхем может быть от 1 до 8, а 10-разрядные микросхемы выпускаются только одноканальными. Для выбора претендентов на рассмотрение применим такие же критерии, какие мы применяли в первом разделе статьи, т. е. ограничимся рассмотрением микросхем, работающих от одного источника +5 В. В результате отбора из 23 моделей микросхем, приведенных в табл. 2 в первой части статьи, только восемь соответствуют вышеописанным критериям (табл.12). Таблица 12

Тип	Раз ряд ность, бит	Число кана лов	Тип выхода	Напря жение пита ния, В	Макси маль ный ток потреб ления, мА	Типо вое время уста новле ния, мкс	Источ ник опор ного напря жения	Кор пус	Цена, $
MX7520	10	1	Ток	5...15	2	0,5	Внешн.	DIP16	2,80
MX7530	10	1	Ток	5...15	2	0,5	Внешн.	DIP16	2,80
MX7533	10	1	Ток	5...15	2	0,6 (max)	Внешн.	DIP16	2,84
MX7521	12	1	Ток	5...15	2	0,5	Внешн.	DIP18	5,00
MX7531	12	1	Ток	5...15	2	0,5	Внешн.	DIP18	2,84
MX7541	12	1	Ток	5...16	2	1 (max)	Внешн.	DIP18	5,72
MX7541A	12	1	Ток	5...16	2	0,6	Внешн.	DIP18	7,52
MX7545A	12	1	Ток	5...15	2	1 (max)	Внешн.	DIP20	6,03

Микросхемы цифро-аналоговых преобразователей MX7520/MX7530/MX7533 и MX7521/MX7531/MX7541(A) являются простейшими высокопроизводительными 10- и 12-разрядными DAC, выполненными по технологии CMOS. Эти микросхемы совместимы с известными микросхемами AD7520/AD7530/AD7533 и AD7521/AD7531/AD7541(A). Микросхемы DAC не имеют буферизации входного кода, и соответственно они не имеют и сигналов его записи. Любое изменение кода на 10(12)- битной входной шине вызывает непосредственное (за 500 нс для MX7520/7521/7530/7531 и за 700 нс для MX7533/MX7541) установление выходного тока. Микросхемы MX7520/MX7530/MX7533 выпускаются в корпусе DIP16, а микросхемы MX7521/MX7531/MX7541(A) - в корпусе DIP18. Разводка выводов микросхем приведена в табл. 13. Микросхема MX7545A является буферизированным вариантом 12-разрядного цифро-аналогового преобразователя, выполненным по технологии CMOS. Для записи входного кода в буферный регистр необходима одновременная подача лог. 0 на входы CS/ и WR/. Время установление выходного тока - 1 мкс. Микросхема MX7545(А) выпускается в корпусе DIP20, ее функциональная схема приведена на 4, а разводка выводов микросхемы - в табл. 13. 4.

Таблица 13

MX7520 MX7530 MX7533	MX7521 MX7531 MX7541	MX7545A	Сигнал	Назначение сигнала
1	1	1	OUT1	Первый токовый выход
2	2	-	OUT2	Второй токовый выход
3	3	3	DGND	Цифровой общий провод
13	15	15	D0	Нулевой младший бит данных
12	14	14	D1	Первый бит данных
11	13	13	D2	Второй бит данных
10	12	12	D3	Третий бит данных
9	11	11	D4	Четвертый бит данных
8	10	10	D5	Пятый бит данных
7	9	9	D6	Шестой бит данных
6	8	8	D7	Седьмой бит данных
5	7	7	D8	Восьмой бит данных
4	6	6	D9	Девятый бит данных
-	5	5	D10	Десятый бит данных
-	4	4	D11	Одиннадцатый бит данных
16	18	20	RFB	Резистор обратной связи
15	17	19	VREF	Вход внешнего источника опорного напряжения
14	16	18	VDD	Положительное напряжение питания
-	-	2	AGND	Аналоговый общий провод
-	-	17	WR/	Строб записи
-	-	16	CS/	Строб выборки кристалла

Источник: rtcs.ru