8位高速AD转换器TLC5510的应用
转帖],位高速A/D转换器TLC5510的应用
摘要:TLC5510是美国德州仪器(TI)公司生产的,位半闪速结构模数
转换器,它采用CMOS工艺制造,可提供最小,,Msps的采样率。可广
泛用于数字,,、医学图像、视频会议、高速数据转换以及,,,解调器
等方面。文中介绍了TLC5510的性能指标、引脚功能、内部结构和操作
时序,给出了TLC5510的应用线路设计和参考电压的配置方法。
关键词:高速,,转换;数据采集;TLC5510
, 概述
,,,,,,,是美国,,公司生产的新型模数转换器件(,,,),它是一种采用,,,,工艺制造的,位高阻抗并行,,,芯片,能提供的最小采样率为,,,,,,。由于,,,,,,,采用了半闪速结构及,,,,工艺,因而大大减少了器件中比较器的数量,而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。在推荐工作条件下,,,,,,,,的功耗仅为,,,,,。由于,,,,,,,不仅具有高速的,,,转换功能,而且还带有内部采样保持电路,从而大大简化了外围电路的设计;同时,由于其内部带有了
标准
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分压电阻,因而可以从,,,的电源获得,,满刻度的基准电压。,,,,,,,可应用于数字,,、医学图像、视频会议、高速数据转换以及,,,解调器等方面。
, 内部结构、引脚说明及工作原理
,(, ,,,,,,,的引脚说明
,,,,,,,为,,引脚、,,,,表贴封装形式(,,)。其引脚排列如图,所示。各引脚功能如下:
,,,,:模拟信号地;
,,,,,, ,,:模拟信号输入端;
,,,:时钟输入端;
,,,,:数字信号地;
,,,,,:数据输出端口。,,为数据最低位,,,为最高位;
,,:输出使能端。当,,为低时,,,,,, 数据有效,当,,为高时,,,,,,为高阻抗;
,,,,:模拟电路工作电源;
,,,,:数字电路工作电源;
,,,,, :内部参考电压引出端之一,当使用内部电压分压器产生额定的,,基准电压时,此端短路至,,,,端;
,,,,:参考电压引出端之二;
,,,,:参考电压引出端之三;
,,,,, :内部参考电压引出端之四,当使用内部电压基准器产生额定的,,基准电压时,此端短路至,,,,端。
图2 图3
,(, ,,,,,,,的内部结构及工作过程
,,,,,,,的内部结构如图,所示。由图中可以看出:,,,,,,,模数转换器内含时钟发生器、内部基准电压分压器、,套高,位采样比较器、编码器、锁存器、,套低,位采样比较器、编码器和,个
低,位锁存器等电路。,,,,,,,的外部时钟信号,,,通过其内部的时钟发生器可产生,路内部时钟,以驱动,组采样比较器。基准电压分压器则可用来为这,组比较器提供基准电压。输出,,,信号的高,位由高,位编码器直接提供,而低,位的采样数据则由两个低,位的编码器交替提供。
,,,,,,,的工作时序见图,。时钟信号,,,在每一个下降沿采集模拟输入信号。第,次采集的数据经过,(,个时钟周期的延迟之后,将送到内部数据总线上。
在图,所示的工作时序的控制下,当第一个时钟周期的下降沿到来时,模拟输入电压将被采样到高比较器块和低比较器块,高比较器块在第二个时钟周期的上升沿最后确定高位数据,同时,低基准电压产生与高位数据相应的电压。低比较块在第三个时钟周期的上升沿的最后确定低位数据。高位数据和低位数据在第四个时钟周期的上升沿进行组合,这样,第,次采集的数据经过,(,个时钟周期的延迟之后,便可送到内部数据总线上。此时如果输出使能,,有效,则数据便可被送至,位数据总线上。由于,,,的最大周期为,,,,,因此,,,,,,,,数模转换器的最小采样速率可以达到,,,,,,。
, 在线阵,,,数据系统中的应用
图, 为,,,,,,,的典型外接电路。图中的,,,,,,,为高频磁珠,模拟供电电源,,,,经,,,,,,,为三部分模拟电路提供工作电流,以获得更好的高频去耦效果。
笔者研制的该线阵,,,数据采集系统主要由时序发生器、,,,驱动电路、视频信号预处理电路及,,,、数据存储器、,,机等组成。,,,,,,,的高速、内带采样保持电路等特点使其更利于该设计。,,,,,,,的主要作用是将,,,输出的高速模拟视频信号转换为与其模拟幅值相对应的,位数字视频信号。图,是笔者设计的视频信号,,,转换器,,,,,,,的外围电路。,,,,,,,可使用外部和内部两种基准电压连接方法。其中外部基准电压从引脚,,,,和,,,,接入,并应满足:
,,,,,,,,?,,,,?,,,,
,?,,,,,?,,,,,,,,
,,?,,,,,,,,,,,?,,
对于从零电平开始的正极性模拟输入电压,,,,,应当连接到模拟地,,,,。,,,,,的范围为,,,,,。如果要简化电路,可利用,,,,,,,的内部分压电阻从模拟电源电压,,,,上取得基准电压。在本设计中,,,,输出的模拟视频信号经过反相、滤波、放大之后即为从零电平开始的正极性模拟电压信号。因此,为了简化电路并同时满足设计要求,笔者选用了,,,,,,,的内部基准方式,同时,因为,,,视频信号是,,基准,所以,根据,,,,,,,的自身的特点,在设计过程中,笔者将,,,,,端与,,,,,而将,,,,,与,,,,端相连,同时将,,,,,短接至,,,,端,,,,,,短接至,,,,端来获得,,基准电压。
在用该数据采集系统采集数据的过程中,当,,,输出端输出视频信号时,在由时序发生器产生的,,,转换控制时钟,,,的同步控制下, ,,,,,,,会将差动放大、低通滤波后的,,,模拟视频信号实时地转换为与其模拟幅值相对应的,位数字信号,当,,,,,,,的输出使能 ,,为低电平且高速数据存储器的地址译码控制和写控制均有效时,系统可将转换结果存入高速数据存储器,以等待,,机的读取。为了使,,,输出的视频信号能够正确可靠的转换和存储,在设计过程中,笔者对,,,,,,,的工作控制时钟,,,、输出使能,,及高速数据存储器的地址译码控制时钟、读写控制时钟的周期做了具体的时间预算,并对它们之间的逻辑相位关系做了详细的研究。根据预算,笔者将时序发生器内部的计数器、比较器、逻辑门以及,触发器等进行逐级分频和逻辑组合,从而使其产生正确可靠的时序逻辑。系统及数据分析实验
证明
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,采用,,,,,,,作为线阵,,,视频信号的,,,转换芯片,其接口电路简单实用,使用方便,稳定性好。
图5 视频信号A/D转换外围电路图
, 结束语
在对,,,,,,,模数转换器及其在线阵,,,数据采集系统的应用设计中,笔者通过实验总结出如下经验:
(,) 为了减少系统噪声,外部模拟和数字电路应当分离,并应尽可能屏蔽。
(,) 因为,,,,,,,芯片的,,,,和,,,,在内部没有连接,所以,这些引脚需要在外部进行连接。为了使拾取到的噪声最小,最好把隔开的双绞线电缆用于电源线。同时,在印制电路板布局上还应当使用模拟和数字地平面。
(,) ,,,,至,,,,和,,,,至,,,,之间应当分别用,μ,电容去耦,推荐使用陶瓷电容器。对于模拟和数字地,为了保证无固态噪声的接地连接,试验时应当小心。
(,) ,,,,、,,,,以及,,,,,, ,, 引脚应当与高频引脚,,,和,,,,,隔离开。在印制电路板上,,,,,的走线应当尽可能地放在,,,,,, ,, 走线的两侧以供屏蔽之用。
(,) 为了保证,,,,,,,的工作性能,系统电源最好不要采用开关电源。