微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器如何通過更小尺寸為您帶來更多價值

2025China.cn 2019年12月20日

　　隨著系統(tǒng)尺寸越來越小，每平方毫米的印刷電路板（PCB）面積都至關(guān)重要。與此同時，隨著對數(shù)據(jù)需求的增加，則需要監(jiān)視更多的傳感器。

　　本文將討論如何顯著減少PCB占用空間，增加通道密度以及最大限度地發(fā)揮其他組件和功能與TI微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器高度集成的優(yōu)勢，從而以更小的尺寸創(chuàng)造更多的價值。

第一個優(yōu)點：PCB占用空間更小

　　和封裝技術(shù)的進步使得電子元件變得越來越小。
　　如圖1所示，TI最新的單通道ADC（ADS7042）占用空間為2.25mm2，幾乎是十年前同類ADC的一半。同樣，TI最新的單通道DAC（DAC53401）是十年前同類DAC的四分之一。同樣，對于多通道應用，TI最新的8通道ADC（ADS7138）和DAC（DAC53608）的占用空間均為9mm2（每個通道約1mm2）。

圖1：TI的更小數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

　　這些微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以減少空間受限設(shè)計的PCB尺寸，或可將更多通道集成到相同的PCB尺寸中，或兩者兼有。

優(yōu)點2：集成模擬功能

　　許多系統(tǒng)使用分立元件和無源元件來實現(xiàn)各種模擬功能，如信號調(diào)節(jié)、偏置和比較器。由于TI的小型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器集成了這些功能，它們可以消除許多分立和無源元件，從而減小了PCB的尺寸，簡化了設(shè)計，并且提高了性能和可靠性。

　　此類集成的一些例子包括：

　　●外部組件更少
　　如圖2所示，DAC53401集成了輸出緩沖器和內(nèi)部基準，節(jié)省了PCB面積和成本。

圖2：DAC53401中的集成基準和緩沖器

　　另一個例子是圖3所示的ADS7138。對于大多數(shù)應用，ADS7138在輸入端不需要驅(qū)動放大器，因而可再次節(jié)省PCB面積和成本。

圖3：ADS7138不需要外部放大器

　　●偏置電壓產(chǎn)生（固定和可變）
　　DAC53401的電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）和壓擺率控制特性為產(chǎn)生固定或可變的偏置電壓提供了良好條件。圖4所示為一個照明應用的示例。

圖4：偏置LED的DACx3401

模擬和數(shù)字比較器
　　比較器通常被用在這樣的系統(tǒng)中:因為當電流、電壓和溫度等任何關(guān)鍵信號偏離其預期范圍時，它會立即向主機控制器發(fā)出警報。此比較器應具有快速響應時間和能夠避免誤報。

　　如圖5所示，單獨反饋引腳（FB）可以讓您把DAC53401當作帶可編程閾值電壓的模擬比較器使用。

圖5：DACx3401可以訪問其內(nèi)部放大器反饋路徑

　　如圖6所示，ADS7138將數(shù)字比較器功能與可編程閾值、滯后和事件計數(shù)器等功能集成在一起，大大降低了錯報的可能性。

圖6：作為數(shù)字比較器的ADS7138

優(yōu)點3：集成數(shù)字特征

　　更小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不僅可以進行遠程傳感器調(diào)節(jié)，還可以進行遠程數(shù)據(jù)處理。本地處理提高了遠程傳感器的性能，減少了報警時的響應時間，并釋放了中央處理器中的一些處理帶寬。

　　例子包括：

　　●提高噪聲性能的輸出平均
　　如要減少系統(tǒng)中噪聲的影響，通常的做法是在短時間內(nèi)平均傳感器讀數(shù)。如圖7所示，ADS7138可以平均多達128個樣本，能將噪聲的影響減少10倍以上。

圖7：ADS7138內(nèi)部的平均特性

　　●通用輸入/輸出（GPIO）
　　在許多系統(tǒng)中，檢測報警事件需要立即進行控制操作（如關(guān)閉加熱元件或打開危險指示器）。在ADS7138中，一些模擬輸入通道可以監(jiān)測傳感器，而未使用的模擬輸入通道可以用作GPIO引腳。如圖8所示，被監(jiān)測的傳感器可以本地控制GPIO引腳的狀態(tài)，或者使用I2C接口的中央處理器可以遠程控制狀態(tài)。

圖8：ADS7138: ADC和GPIO

波形產(chǎn)生
　　在某些系統(tǒng)中，您需要生成特定的波形以產(chǎn)生提示音（如在醫(yī)療應用中）或創(chuàng)造LED呼吸效果（如在照明應用中）。像DAC53401這樣的DAC具有稱之為連續(xù)波形生成的特性，使您能夠生成三角形、正方形、梯形或鋸齒波，如圖9所示。

圖9：生成多種波形的DACx3401

　　●循環(huán)冗余校驗（CRC）
　　使用ADCs （如ADS7138）進行關(guān)鍵監(jiān)測功能或冗余測量時，必須保持數(shù)據(jù)完整性。如圖10所示，ADS7138通過在ADC和中央處理器之間的數(shù)據(jù)通信上執(zhí)行CRC來實現(xiàn)這一點。