微型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器如何通過(guò)更小尺寸為您帶來(lái)更多價(jià)值

（注：Kaustubh Gadgil和Robert Schreiber合撰此技術(shù)文章。）

隨著系統(tǒng)尺寸越來(lái)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(shí)，隨著對(duì)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(shì)，從而以更小的尺寸創(chuàng)造更多的價(jià)值。

第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：PCB占用空間更小

和封裝技術(shù)的進(jìn)步使得電子元件變得越來(lái)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(duì)于多通道應(yīng)用，TI最新的8通道ADC（ADS7138）和DAC（DAC53608）的占用空間均為9mm²（每個(gè)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(jì)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(diǎn)2：集成模擬功能

許多系統(tǒng)使用分立元件和無(wú)源元件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種模擬功能，如信號(hào)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(wú)源元件，從而減小了PCB的尺寸，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，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(zhǔn)，節(jié)省了PCB面積和成本。

圖2：DAC53401中的集成基準(zhǔn)和緩沖器

另一個(gè)例子是圖3所示的ADS7138。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，ADS7138在輸入端不需要驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(gè)照明應(yīng)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?yàn)楫?dāng)電流、電壓和溫度等任何關(guān)鍵信號(hào)偏離其預(yù)期范圍時(shí)，它會(huì)立即向主機(jī)控制器發(fā)出警報(bào)。此比較器應(yīng)具有快速響應(yīng)時(shí)間和能夠避免誤報(bào)。

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

圖5：DACx3401可以訪問(wèn)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(jì)數(shù)器等功能集成在一起，大大降低了錯(cuò)報(bào)的可能性。

圖6：作為數(shù)字比較器的ADS7138

優(yōu)點(diǎn)3：集成數(shù)字特征

更小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳感器調(diào)節(jié)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。本地處理提高了遠(yuǎn)程傳感器的性能，減少了報(bào)警時(shí)的響應(yīng)時(shí)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(shí)間內(nèi)平均傳感器讀數(shù)。如圖7所示，ADS7138可以平均多達(dá)128個(gè)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(cè)報(bào)警事件需要立即進(jìn)行控制操作（如關(guān)閉加熱元件或打開(kāi)危險(xiǎn)指示器）。在ADS7138中，一些模擬輸入通道可以監(jiān)測(cè)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(cè)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(yuǎn)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(yīng)用中）或創(chuàng)造LED呼吸效果（如在照明應(yīng)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(yàn)（CRC）

使用ADCs （如ADS7138）進(jìn)行關(guān)鍵監(jiān)測(cè)功能或冗余測(cè)量時(shí)，必須保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。如圖10所示，ADS7138通過(guò)在ADC和中央處理器之間的數(shù)據(jù)通信上執(zhí)行CRC來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

圖10：輸入和輸出數(shù)據(jù)上帶有CRC的ADS7138

如圖11所示，DAC53401和DAC43401等DAC使用CRC來(lái)確保寫入或從非易失性存儲(chǔ)器或EEPROM加載的內(nèi)容沒(méi)有損壞。

圖11：NVM上帶CRC的DACx3401

集成這些模擬功能和數(shù)字特性可能會(huì)導(dǎo)致集成電路更加復(fù)雜，但它可以通過(guò)添加處理和診斷能力大大減少整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。