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。

 

第一个优点: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。