Аналого-цифровые преобразователи National Semiconductor с LVDS-интерфейсом


PDF версия

Компания National Semiconductor по праву занимает достойное место в группе ведущих мировых производителей интегральных микросхем для преобразования аналоговых сигналов. Компания всегда уделяла большое внимание совершенствованию характеристик аналого-цифровых преобразователей. В последние годы эта группа компонентов развивается особенно быстро. В статье приведен краткий обзор новых высокоскоростных АЦП National Semiconductor, выпущенных с октября 2007 г. по март 2008 г. Рассматриваемые АЦП спроектированы на базе единой архитектуры и имеют LVDS-интерфейс.

Еще раз о LVDS

Технология LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) была предложена компанией National Semiconductor в середине 90-х годов прошлого века [1]. В наши дни передача цифровой информации с помощью дифференциальных сигналов напряжения низкого уровня широко используется в измерительных приборах, медицинской аппаратуре, системах промышленной автоматики. Этот способ передачи применяется также в телекоммуникационной аппаратуре, автомобильной электронике, переносных компьютерах и во многих других электронных устройствах, без которых теперь уже трудно представить окружающий мир. Основная причина столь широкого распространения LVDS — простота и, следовательно, низкая стоимость аппаратной реализации данной технологии. Большое значение также имеют высокая помехоустойчивость при передаче дифференциальных сигналов благодаря подавлению синфазных помех, низкая потребляемая мощность, низкий уровень электромагнитных помех, создаваемых каналом связи. Из трех наиболее популярных в настоящее время скоростных цифровых интерфейсов — CML (Current-Mode Logic), LVPECL (Low-Voltage Positive-Emitter-Coupled Logic) и LVDS — последний является наилучшим выбором для тех приложений, где требуется передавать данные со скоростями от десятков мегабит в секунду до 3 Гбит/с на относительно небольшие расстояния — до 75 см по печатной плате или до 10 м по кабелю [2].

 

Новые высокоскоростные АЦП National Semiconductor

В развитии современной микроэлектроники устойчива тенденция к миниатюризации, увеличению скорости и точности обработки сигналов и, одновременно с этим, к снижению энергопотребления. Многие достижения в этой области — результат труда специалистов National Semiconductor, работающих в шестнадцати американских, восьми европейских и пяти азиатских инженерных центрах компании.
За последние полгода в производственной программе National Semiconductor появились сразу несколько АЦП, максимальная скорость преобразования которых лежит в пределах от 1 до 200 млн. отсчетов в секунду. По классификации National Semiconductor [3] такие АЦП относятся к группе высокоскоростных преобразователей. Основные параметры новых АЦП приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Основные параметры АЦП
Обозначение микросхемы
Разрешение, бит
Число каналов
Максимальная скорость, Msps
Напряжение питания, В
Потребляемая мощность, мВт
Корпус
Интерфейс
ADC14V155
14
1
155
3,0…3,6
951
LLP-48
DDR LVDS
ADC14DS105
14
2
105
2,7…3,6
1060
LLP-60
Serial LVDS
ADC14DS080
14
2
80
2,7…3,6
845
LLP-60
Serial LVDS
ADC12V170
12
1
170
3,0…3,6
780
LLP-48
DDR LVDS
ADC12DS105
12
2
105
2,7…3,6
1060
LLP-60
Serial LVDS
ADC12DS080
12
2
80
2,7…3,6
445
LLP-60
Serial LVDS

Msps (Megasamples per second) — млн. отсчетов в секунду; DDR (Dual Data Rate) — удвоенная скорость обмена данными.

 

В таблице 2 приведены типовые значения нелинейности и некоторых динамических погрешностей АЦП (все значения динамических погрешностей указаны для частоты входного сигнала 70 МГц).

 

Таблица 2. Статические и динамические погрешности АЦП
Обозначение микросхемы

INL/LSB

DNL/LSB

SNR, дБ

SFDR, дБ

THD, дБ

SINAD, дБ

ENOB, бит

ADC14V155

±2,4

±0,55

71,7

86,9

-82,2

71,2

11,5

ADC14DS105

±1,5

±0,50

72,5

86,0

-84,0

72,3

11,7

ADC14DS080

±1,5

±0,50

72,0

88,0

-85,0

72,7

11,8

ADC12V170

±0,5

±0,30

67,2

85,8

-82,3

67,1

10,9

ADC12DS105

±0,5

±0,30

70,0

85,0

-85,0

69,9

11,3

ADC12DS080

±0,5

±0,25

70,5

85,0

-85,0

70,3

11,4

INL (Integral Non-Linearity) – интегральная нелинейность; LSB (Least Significant Bit) – наименьший значащий бит; DNL (Differential Non-Linearity) – дифференциальная нелинейность; SNR (Signal-to-Noise Ratio) – отношение сигнала к шуму; SFDR (Spurious Free Dynamic Range) – динамический диапазон без паразитных составляющих; THD (Total Harmonic Distortion) – общие гармонические искажения; SINAD (Signal-to-Noise And Distortion ratio) – отношение сигнала к шуму и искажениям; ENOB (Effective Number Of Bits) – эффективное количество двоичных разрядов.

 

Подробное описание характеристик АЦП можно найти в публикациях [4, 5], а полные спецификации микросхем National Semiconductor — на web-сайте производителя [3].
В новых микросхемах используется конвейерная архитектура аналого-цифрового преобразования, хорошо зарекомендовавшая себя в более ранних разработках National Semiconductor в области высокоскоростных АЦП. Применяется также уникальное дифференциальное устройство выборки и хранения входного сигнала, благодаря которому ширина полосы пропускания входного тракта АЦП равна 1,1 ГГц.
Одноканальные преобразователи ADC14V155 и ADC12V170 выпускаются в 48-выводных корпусах типа LLP размером 7 × 7 × 0,8 мм с расстоянием между выводами 0,5 мм, а двухканальные — в 60-выводных корпусах того же типа размером 9 × 9 × 0,8 мм, причем в обеих группах микросхемы имеют повыводную совместимость между собой.
Хочется обратить внимание разработчиков электронной аппаратуры на то, что все рассмотренные выше АЦП имеют LVDS-выходы, причем двухканальные преобразователи имеют последовательный интерфейс, а одноканальные — параллельный интерфейс с удвоенной скоростью обмена данными. Возможность передачи результата преобразования с выхода микросхемы непосредственно в линию связи без использования внешних интерфейсных преобразователей позволяет минимизировать количество компонентов и снизить общую потребляемую мощность аналого-цифровой системы. Кроме того, разработчик получает большую свободу при компоновке системы, так как у него есть возможность разместить аналоговую и цифровую части системы на значительном удалении друг от друга, соединив их простой и дешевой линией связи. Наибольший эффект достигается в том случае, когда цифровая подсистема обработки сигнала выполнена на базе микросхемы FPGA (Field Programmable Gate Array) с аппаратно реализованным LVDS-интерфейсом [6].

 

Рис. 1. Применение микросхемы ADC14DS105 в приемнике разнесенных сигналов с дискретизацией на высокой промежуточной частоте (публикуется с любезного разрешения National Semiconductor)

Новые высокоскоростные АЦП спроектированы для использования в следующих приложениях: приемниках с дискретизацией сигнала на высокой промежуточной частоте (см. рис. 1), приемниках базовых станций для беспроводных сетей, в том числе для новейших технологий WiMAX, в контрольно-измерительных приборах, например, цифровых осциллографах. Микросхемы ADC14V155 и ADC12V170 могут также найти применение в радиолокаторах и для линеаризации усилителей мощности в передатчиках для цифрового телевизионного вещания.

 

Дополнительную техническую информацию по продукции National Semiconductor можно получить в компании «ЭФО», которая в феврале 2008 г. стала новым официальным представителем National Semiconductor на территории Российской Федерации. Телефон: (812)-327-8654, e-mail: di@efo.ru

 

Литература
1. IEEE Std 1596.3-1996 IEEE Standard for Low-Voltage Differential Signals (LVDS) for Scalable Coherent Interface (SCI). Description. http://standards.ieee.org/reading/ieee/std_public/description/busarch/1596.3-1996_desc.html.
2. LVDS Owner’s Manual Including High-Speed CML and Signal Conditioning. — Fourth Edition. 2008. http://www.national.com/appinfo/lvds.
3. Справочно-информационный портал компании National Semiconductor по аналого-цифровым преобразователям. http://www.national.com/appinfo/adc.
4. Райс В. Как работают аналого-цифровые преобразователи и что можно узнать из спецификации на АЦП? // Компоненты и технологии, 2005, № 3, с. 116-121.
5. Gray N. ABCs of ADCs. Analog-to-Digital Converter Basics. 2003 — 2006. http://www.national.com/appinfo/adc/files/ABCs_of_ADCs.pdf.
6. ПЛИС ALTERA. Выбор семейства. http://www.altera.ru/text/mikrosxem_table.htm.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *