微型数据转换器如何通过更小尺寸为您带来更多价值

本文作者：Gavin Bakshi
(注：Kaustubh Gadgil和Robert Schreiber合撰此技术文章。)
 
随着系统尺寸越来越小，每平方毫米的印刷电路板（PCB）面积都至关重要。与此同时，随着对数据需求的增加，则需要监视更多的传感器。本文将讨论如何显著减少PCB占用空间，增加通道密度以及最大限度地发挥其他组件和功能与TI微型数据转换器高度集成的优势，从而以更小的尺寸创造更多的价值。
 
优点1：PCB占用空间更小

和封装技术的进步使得电子元件变得越来越小。

如图1所示，TI最新的单通道ADC（ADS7042）占用空间为2.25mm²，几乎是十年前同类ADC的一半。同样，TI最新的单通道DAC（DAC53401）是十年前同类DAC的四分之一。同样，对于多通道应用，TI最新的8通道ADC（ADS7138）和DAC（DAC53608）的占用空间均为9mm²（每个通道约1mm²）。

图1：TI的更小数据转换器

这些微型数据转换器可以减少空间受限设计的PCB尺寸，或可将更多通道集成到相同的PCB尺寸中，或两者兼有。
 
优点2：集成模拟功能

许多系统使用分立元件和无源元件来实现各种模拟功能，如信号调节、偏置和比较器。由于TI的小型数据转换器集成了这些功能，它们可以消除许多分立和无源元件，从而减小了PCB的尺寸，简化了设计，并且提高了性能和可靠性。
 
此类集成的一些例子包括：
 

· 外部组件更少

如图2所示，DAC53401集成了输出缓冲器和内部基准，节省了PCB面积和成本。
 

 图2：DAC53401中的集成基准和缓冲器

另一个例子是图3所示的ADS7138。对于大多数应用，ADS7138在输入端不需要驱动放大器，因而可再次节省PCB面积和成本。
 

图3：ADS7138不需要外部放大器

· 偏置电压产生（固定和可变）

DAC53401的电可擦可编程只读存储器（EEPROM）和压摆率控制特性为产生固定或可变的偏置电压提供了良好条件。图4所示为一个照明应用的示例。
 

图4：偏置LED的DACx3401

模拟和数字比较器

比较器通常被用在这样的系统中:因为当电流、电压和温度等任何关键信号偏离其预期范围时，它会立即向主机控制器发出警报。此比较器应具有快速响应时间和能够避免误报。
 
如图5所示，单独反馈引脚（FB）可以让您把DAC53401当作带可编程阈值电压的模拟比较器使用。
 

图5：DACx3401可以访问其内部放大器反馈路径

如图6所示，ADS7138将数字比较器功能与可编程阈值、滞后和事件计数器等功能集成在一起，大大降低了错报的可能性。
 

 图6：作为数字比较器的ADS7138

优点3：集成数字特征

更小的数据转换器不仅可以进行远程传感器调节，还可以进行远程数据处理。本地处理提高了远程传感器的性能，减少了报警时的响应时间，并释放了中央处理器中的一些处理带宽。
 
例子包括：
 

· 提高噪声性能的输出平均

如要减少系统中噪声的影响，通常的做法是在短时间内平均传感器读数。如图7所示，ADS7138可以平均多达128个样本，能将噪声的影响减少10倍以上。
 

图7：ADS7138内部的平均特性

· 通用输入/输出（GPIO）

在许多系统中，检测报警事件需要立即进行控制操作（如关闭加热元件或打开危险指示器）。在ADS7138中，一些模拟输入通道可以监测传感器，而未使用的模拟输入通道可以用作GPIO引脚。如图8所示，被监测的传感器可以本地控制GPIO引脚的状态，或者使用I2C接口的中央处理器可以远程控制状态。
 

图8：ADS7138: ADC和GPIO

波形产生

在某些系统中，您需要生成特定的波形以产生提示音（如在医疗应用中）或创造LED呼吸效果（如在照明应用中）。像DAC53401这样的DAC具有称之为连续波形生成的特性，使您能够生成三角形、正方形、梯形或锯齿波，如图9所示。
 

图9：生成多种波形的DACx3401

· 循环冗余校验（CRC）

使用ADCs （如ADS7138）进行关键监测功能或冗余测量时，必须保持数据完整性。如图10所示，ADS7138通过在ADC和中央处理器之间的数据通信上执行CRC来实现这一点。
 

图10：输入和输出数据上带有CRC的ADS7138
 

如图11所示，DAC53401和DAC43401等DAC使用CRC来确保写入或从非易失性存储器或EEPROM加载的内容没有损坏。
 

图11：NVM上带CRC的DACx3401

集成这些模拟功能和数字特性可能会导致集成电路更加复杂，但它可以通过添加处理和诊断能力大大减少整个系统的复杂性。