Интегральные микросхемы АЦП

В настоящее время серийно выпускаются интегральные микросхемы АЦП, основанные на различных принципах преобразования. Они предназначены для работы в устройствах сопряжения датчиков аналоговых сигналов с ЭВМ и микропроцессорами, в различных измерительных устройствах, мультиметрах, в медицинской и бытовой аппаратуре, например, в цифровых термометрах, в телевизорах, стиральных машинах и др. Применение ЦАП и АЦП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых к цифровым устройствам.

Ведущие производители микросхем поставляют на рынок многие десятки моделей как микросхем соответствующей разрядности, так и микроконтроллеров с АЦП и/или ЦАП на кристалле.

Наиболее крупными производителями АЦП в России являются заводы «Микрон» и «Сапфир», а за рубежом – компании: Analog Devices (США), Philips, Maxim, Sony и др. Этими и многими другими фирмами выпускается так много различных микросхем ЦАП и АЦП, что трудно даже произвести их сравнение, тем более что многие фирмы используют собственную классификацию и приводят ряд нестандартных характеристик [3].

В самом современном микроконтроллере SAK 167 CR-LM фирмы Simens/Infinion Technologies имеется 16 встроенных 10-разрядных АЦП с временем преобразования 9, 75 мкс. Ближайший отечественный аналог 1874ВЕ36 содержит 8 встроенных 10-разрядных каналов АЦП с временем преобразования 20 мкс. Отставание в развитии микроэлектроники связано с почти полным прекращением научных исследований и опытно-конструкторских работ по разработке электронных компонентов после развала СССР, начиная с 1996 г. Данная ситуация, продолжавшаяся около 10 лет, привела к масштабному отставанию отечественной промышленности от западных и восточных конкурентов. Очевидно, что без применения надежных и современных электронных приборов невозможно создать образец вооружения и специальной техники (ВВСТ) с требуемыми параметрами. Озабоченное такой ситуацией, государство поручило министерству обороны, как основному Государственному заказчику ВВСТ, разработать и организовать внедрение нормативных актов, регулирующих порядок использования и применения импортных компонентов. Такая ситуация диктуется необходимостью исключения зависимости предприятий оборонного комплекса от импортных поставщиков и возможности воспроизведения образцов ВВСТ в особый период. Министерство обороны России на основании государственных нормативных актов в этой области разработало руководящие документы, определяющие порядок работы промышленности, выполняющей государственный оборонный заказ. В рамках данной системы с середины 2006 г. было выставлено техническое задание на выполнение ОКР по разработке микроконтроллера, аналога SAK 167CR-LM. В результате проведенных мероприятий был разработан и успешно прошел испытания высокопроизводительный 16-р микроконтроллер, российский аналог SAK 167CR-LM, работающий на тактовой частоте 20 МГц. В его составе имеется 16 10-разрядных АЦП.

Данный компонент предназначен для построения на его базе специальных систем управления различными авиационными агрегатами и обеспечения технологической независимости в ходе их разработки и производства [13].

В подавляющем большинстве приложений достаточно преобразователей низкой (8-10 бит) или средней (12-14 бит) разрешающей способности. Однако ряд фирм выпускают АЦП с разрешением до 24 разрядов. Повысилось быстродействие серийных микросхем. Налажено производство АЦП с максимальной частотой преобразования 20…50 МГц. Такие АЦП используются при преобразовании видеосигналов в цифровую форму в цифровых телевизорах, видеомагнитофонах и других устройствах. Одновременно уменьшается потребляемая мощность. Так, например, 10-разрядный АЦП AD876 фирмы Anаlog Devices при максимальной частоте преобразования 20 МГц потребляет мощность всего 160 мВт, разработанный ранее такой же по быстродействию АЦП К1107 ПВ2 при 8-ми разрядах потребляет около 3 Вт.

В качестве примера дадим краткую характеристику нескольких отечественных микросхем, изготовляемых по различным технологиям.

АЦП 1107 ПВ4 – это микросхема быстродействующего 8-разрядного АЦП параллельного типа. Микросхема обеспечивает максимальную скорость преобразования больше 30 МГц (время преобразования 0, 03 мкс). Потребляемая мощность составляет 3 Вт.

АЦП К572 ПВ1. БИС 12-разрядного микро-мощного АЦП является многофункциональным универсальным узлом аналогового ввода-вывода МП-систем низкого и среднего быстродействия. Совместно с внешними: ОУ, источником опорного напряжения и генератором тактовых импульсов выполняет функцию АЦП последовательных приближений с выводом параллельного двоичного кода через каскады с тремя состояниями, а также умножающего ЦАП с параллельным и последовательным вводом информации. Конструктивно БИС выполнена в двух вариантах корпусов с 48 выводами: в плоском металлическом (К572 ПВ1) и пластмассовом с двухрядным параллельным расположением выводов (КР572 ПВ1). В состав БИС входят устройства для организации побайтового обмена информацией с 8-разрядной шиной данных МП.

Работа БИС в режиме АЦП происходит в соответствии с принципом последовательного приближения с программируемым сдвигом. Преобразование осуществляется за 12 рабочих тактов, каждый из которых по длительности равен двум импульсам ГТИ. Вспомогательный такт используется для формирования сигнала «Конец преобразования». По этому сигналу происходит считывание цифровой информации.

Время преобразования 110 мкс. Стоимость 322 руб. Аналогичный 12-разрядный АЦП AD574 AJN, имеющий время преобразования 0, 35 мкс., продается за 1159 руб.

Особенности конструктивно-технологического исполнения БИС АЦП К572 ПВ1 делают возможной ее совместную работу с серийно выпускаемыми МП – комплектами без применения внешних дополнительных устройств.

АЦП К572 ПВ2. Микросхема представляет собой АЦП, работающий по принципу двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля и определением полярности входного сигнала. Она предназначена для использования в измерительной аппаратуре различного назначения. Цифровая информация на выходе микросхемы представляется в специальном виде, предназначенном для непосредственного управления 3, 5-декадным цифровым табло с 7-сегментными индикаторами.

Микросхема К572 ПВ2 применяется в малогабаритной аппаратуре широкого применения. Высокая чувствительность и большое входное сопротивление легко позволяет дополнить АЦП различными преобразующими и масштабирующими устройствами для измерения постоянных и переменных токов и напряжений в широком диапазоне амплитуд. Наличие дифференциального входа и высокая степень ослабления синфазных сигналов позволяют осуществить измерения на значительном удалении от преобразователя в условиях действия помех.

АЦП К572 ПВ5 – по функциональному назначению, схемотехническому и технологическому исполнению является аналогом БИС К572 ПВ2 и специально ориентирована на применение с жидко-кристаллическими индикаторами. Совместно с БИС К572 ПВ5 применяются конденсаторы с низкой абсорбцией в диэлектрике типов К71-5, К72-9, индикаторы типа ИЖКЦ5-4/8. МС К572 ПВ5 с успехом применяются в аппаратуре различных отраслей промышленности, в том числе, например, в сигнализаторах «Сигнал-2», предназначенных для непрерывного автоматического контроля за содержимым метана в шахтной атмосфере и выдачи звукового и светового сигнала с цифровой индикацией.