Целью второй части статьи является ознакомление читателей с наиболее интересными цифро-аналоговыми преобразователями фирмы Maxim с параллельным интерфейсом.
журнал "Схемотехника" N2, 2003
Олег Николайчук
Анализ цифро-аналоговых преобразователей с параллельным байтовым интерфейсом
Как отмечалось в первой части статьи, цифро-аналоговые преобразователи с параллельным интерфейсом подразделяются на две группы: микросхемы с однобайтовым интерфейсом и микросхемы с интерфейсом большей разрядности, или как их еще называют - "полноразрядные". Технические данные на микросхемы обоих групп приведены в табл. 1 и 2 в первой части статьи.
Анализ параметров цифро-аналоговых преобразователей с параллельным однобайтовым интерфейсом, приведенных в табл. 1, позволяет сделать нижеследующие выводы.
Всего фирмой Maxim выпускается 27 цифро-аналоговых преобразователей с параллельным однобайтовым интерфейсом.
Выпускаются микросхемы с разрядностью 8, 10, 12 и 14. При этом число каналов среди микросхем с разрядностью 8 может составлять от 1 до 8, число каналов 12-разрядных микросхем может быть от 1 до 4, а 10- и 14-разрядные микросхемы выпускаются только одноканальными.
Номенклатура питающих напряжений достаточно широка. Выпускаются микросхемы с двуполярным и однополярным питанием. Микросхемы с двуполярным питанием в современной технике имеют ограниченное применение. Как правило, это ранние модели, имеющие префикс "MX", они используются, в основном, в промышленных системах первого поколения. Микросхемы с однополярным питанием, в свою очередь, можно разделить на микросхемы с повышенным напряжением питания (как правило +12:15 В), микросхемы с напряжением питания +5 В и выше и микросхемы с пониженным напряжением питания, способные работать при напряжении питания от +2,5 до 3,3 В или до 5 В (так называемая "белая" группа перспективных микросхем). Микросхемы с повышенным напряжением питания также представляют ограниченный интерес, т. е. их применение в современных изделиях обязывает разработчика использовать несколько питающих напряжений, что противоречит современной тенденции, заключающейся в сокращении номенклатуры и снижении величины питающих напряжений. В основном, в современных и вновь разрабатываемых изделиях широко используются микросхемы цифро-аналоговых преобразователей с напряжением питания +5 В и ниже, причем изделия, работающие при пониженных напряжениях питания, считаются наиболее перспективными.
Рассматриваемая группа микросхем выпускается в корпусах PDIP, SO, QSOP, TSSOP. Большинство современных изделий выполняются на микросхемах в корпусах DIP. Это позволяет устанавливать микросхемы в панельки, что обеспечивает высокую ремонтопригодность и простую верификацию элементов схемы. Значительно реже используются микросхемы в других типах корпусов. Разработка изделий с микросхемами в корпусах SO, QSOP, TSSOP и т. п. требует высокого технологического уровня производства печатных плат и значительного опыта монтажных работ. В связи с вышесказанным ограничимся рассмотрением микросхем, выпускаемых в корпусах DIP.
Таким образом, из 27 моделей микросхем, приведенных в табл. 1 в первой части статьи, только семь соответствуют вышеописанным критериям. Основные параметры этих микросхем приведены в табл. 6. Первые три микросхемы (MX7523, MX7524, MX7528) имеют токовый выход и расширенный диапазон напряжений питания +5:15 В, остальные четыре микросхемы имеют выход по напряжению и работают либо от одного напряжения питания +5 В, либо от двух источников питания с напряжениями +5 В. Все микросхемы могут использовать внешний источник опорного напряжения, а микросхемы MAX503 и MAX530 имеют также и встроенный источник опорного напряжения.
Таблица 6
Тип |
Раз ряд ность, бит |
Число кана лов |
Тип выхода |
Напря жение пита ния, В |
Макси маль ный ток потреб ления, мкА |
Типо вое время уста новле ния, мкс |
Источ ник опор ного напря жения |
Кор пус |
Цена, $ |
MX7523 |
8 |
1 |
Ток |
5:16 |
100 |
0,15 |
Внешн. |
PDIP16 |
2,20 |
MX7524 |
8 |
1 |
Ток |
5:15 |
500 |
0,25 |
Внешн. |
PDIP16 |
2,20 |
MX7528 |
8 |
2 |
Ток |
5:15 |
100 |
0,35 |
Внешн. |
PDIP20 |
2,84 |
MAX505 |
8 |
4 |
Напр. |
+5, +5 |
10 мА |
6 |
Внешн. |
PDIP24 |
5,95 |
MAX506 |
8 |
4 |
Напр. |
+5, +5 |
10 мА |
6 |
Внешн. |
PDIP20 |
6,10 |
MAX503 |
10 |
1 |
Напр. |
+5, +5 |
400 |
25 |
Комб. |
PDIP24 |
2,95 |
MAX530 |
12 |
1 |
Напр. |
+5, +5 |
400 |
25 |
Комб. |
PDIP24 |
5,45 |
Первый отобранный цифро-аналоговый преобразователь MX7523 является простейшим высокопроизводительным DAC, выполненным по технологии CMOS. Эта микросхема совместима с известной микросхемой AD7523. Микросхема не имеет буферизации входного кода, соответственно она не имеет и сигналов стробирования записи. Любое изменение кода на 8-битной входной шине вызывает практически мгновенное (за 150 нс) установление выходного тока. Микросхема может работать на частотах до 200 кГц. Разводка выводов микросхемы приведена в табл. 7.
Вторая микросхема - MX7524 - по своим характеристикам аналогична MX7523 за исключением того, что она имеет входной буфер для хранения кода. Соответственно, имеются два входа управления: выборки CS/ и записи WR/. Время установления выходного тока для этой микросхемы несколько больше и достигает 400 нс, разводка ее выводов также приведена в табл. 7.
Таблица 7
Вывод |
Наимен. |
MX7523 |
MX7524 |
01 |
OUT1 |
Первый инверсный токовый выход |
02 |
OUT2 |
Второй неинверсный токовый выход |
03 |
GND |
Общий вывод питания |
04 |
DB7 |
Старший седьмой бит данный |
05 |
DB6 |
Шестой бит данных |
06 |
DB5 |
Пятый бит данных |
07 |
DB4 |
Четвертый бит данных |
08 |
DB3 |
Третий бит данных |
09 |
DB2 |
Второй бит данных |
10 |
DB1 |
Первый бит данных |
11 |
DB0 |
Младший нулевой бит данных |
12 |
CS/ |
Не используется |
Выборка кристалла |
13 |
WR/ |
Не используется |
Строб записи |
14 |
Vdd |
Напряжение питания |
15 |
Vref |
Опорное напряжение |
16 |
Rfb |
Резистор обратной связи |
Третья отобранная микросхема - MX7528 - является сдвоенным цифро-аналоговым преобразователем с токовым выходом и по структуре близка к MX7524. Время установления выходного тока для нее также равно 400 нс. Разводка выводов микросхемы приведена в табл. 8.
Таблица 8
Вывод |
Наимен. |
Назначение |
01 |
AGND |
Общий аналоговый вывод питания |
02 |
OUT A |
Токовый выход первого DAC |
03 |
Rfb A |
Резистор обратной связи первого DAC |
04 |
Vref A |
Вход опорного напряжения первого DAC |
05 |
DGND |
Общий цифровой вывод питания |
06 |
DACB/A/ |
Выбор канала записи: "0" - канал А / "1" - канал B |
07 |
DB7 |
Старший седьмой бит данный |
08 |
DB6 |
Шестой бит данных |
09 |
DB5 |
Пятый бит данных |
10 |
DB4 |
Четвертый бит данных |
11 |
DB3 |
Третий бит данных |
12 |
DB2 |
Второй бит данных |
13 |
DB1 |
Первый бит данных |
14 |
DB0 |
Младший нулевой бит данных |
15 |
CS/ |
Выборка кристалла |
16 |
WR/ |
Строб записи |
17 |
Vdd |
Напряжение питания |
18 |
Vref B |
Вход опорного напряжения второго DAC |
19 |
Rfb B |
Резистор обратной связи второго DAC |
20 |
OUT B |
Токовый выход второго DAC |
Микросхемы MAX505 и MAX506 представляют, пожалуй, наибольший интерес среди рассматриваемой группы цифро-аналоговых преобразователей в связи с тем, что каждая из них в корпусе имеет четыре независимых канала с выходом по напряжению. Микросхема MAX505 имеет независимые входы опорного напряжения для каждого из каналов и выпускается в корпусе DIP24, а микросхема MAX506 имеет один общий вход опорного напряжения выполнена в корпусе DIP20. Время установления выходного кода не превышает 6 мкс. Функциональные схемы микросхем показаны на рис. 1 и 2 соответственно, а назначение выводов приведено в табл. 9.
Рис. 1.
Рис. 2.
Таблица 9
Вывод |
Наимен. |
Назначение |
MAX505 DIP24 |
MAX506 DIP20 |
1 |
1 |
VOUTB |
Выходное напряжения второго DAC B |
2 |
2 |
VOUTA |
Выходное напряжения первого DAC A |
3 |
3 |
VSS |
Отрицательный источник питания |
4 |
- |
VREFB |
Опорное напряжение второго канала B |
- |
4 |
VREF |
Общее опорное напряжение |
5 |
- |
VREFA |
Опорное напряжение первого канала A |
6 |
5 |
AGND |
Аналоговый общий провод |
7 |
6 |
DGND |
Цифровой общий провод |
8 |
- |
LDAC/ |
Вход синхронной записи |
9 |
7 |
D7 |
Седьмой старший бит данных |
10 |
8 |
D6 |
Шестой бит данных |
11 |
9 |
D5 |
Пятый бит данных |
12 |
10 |
D4 |
Четвертый бит данных |
13 |
11 |
D3 |
Третий бит данных |
14 |
12 |
D2 |
Второй бит данных |
15 |
13 |
D1 |
Первый бит данных |
16 |
14 |
D0 |
Нулевой младший бит данных |
17 |
15 |
WR/ |
Строб записи |
18 |
16 |
A1 |
Первый старший адресный вход |
19 |
17 |
A0 |
Нулевой младший адресный вход |
20 |
- |
VREFD |
Опорное напряжение четвертого канала D |
21 |
- |
VREFC |
Опорное напряжение третьего канала C |
22 |
18 |
VDD |
Положительное напряжение питания |
23 |
29 |
VOUTD |
Выходное напряжения четвертого DAC D |
24 |
20 |
VOUTC |
Выходное напряжения третьего DAC C |
Оба цифро-аналоговых преобразователя позволяют работать как от однополярного напряжения питания +5 В, так и от двуполярного напряжения +5 В. При питании микросхем от однополярного источника питания вывод отрицательного источника питания VSS (3) должен быть соединен с выводом аналогового AGND (и цифрового DGND) общего провода. Еще одной особенностью микросхемы MAX505 является двойная буферизация данных и возможность внешней синхронизации моментов смены выходных напряжений на всех аналоговых выходах. Для этого предусмотрен вход LDAC/ (активный низкий). Если на этом входе установлено напряжение лог. 0, то входной код попадает вначале на входной регистр и затем сразу на выходной регистр соответствующего канала. При положительном перепаде напряжения на этом входе (переходе от лог. 0 к лог. 1) выходные регистры запоминают значения кодов первичных регистров. Подавая на этот вход последовательность коротких отрицательных импульсов можно синхронизировать смену информации на всех выходах.
Микросхемы MAX503 (10-разрядный цифро-аналоговый преобразователь) и MAX530 (12-разрядный цифро-аналоговый преобразователь) имеют одинаковые функциональные схемы и разводку выводов и выпускаются в корпусе DIP24. Время установления выходного напряжения не превышает 25 мкс. Входная организация позволяет состыковывать микросхему непосредственно с 4-, 8- и 16- разрядными микроконтроллерами или микропроцессорами. Обе микросхемы имеют встроенный источник опорного напряжения +2,048 В. Допускается работа со встроенным или внешним источником опорного напряжения, а также в режиме однополярного или двуполярного выходного сигнала. Функциональная схема микросхем MAX503 и MAX530 показана на рис. 3, а название и назначение выводов - в табл. 10.
Рис. 3.
Таблица 10
Вывод MAX503, MAX530 |
Сигнал |
Назначение |
24 |
D0/D8 |
Нулевой бит данных (A0=0; A1=1) или восьмой бит данных (A0=A1=1) |
1 |
D1/D9 |
Первый бит данных (A0=0; A1=1) или девятый бит данных (A0=A1=1) |
2 |
D2/D10 |
Второй бит данных (A0=0; A1=1) или десятый бит данных (A0=A1=1) |
3 |
D3/D11 |
Третий бит данных (A0=0; A1=1) или одиннадцатый бит данных (A0=A1=1) |
4 |
D4 |
Четвертый бит данных (A0=0; A1=1) или нулевой бит данных (A0=1; A1=0) |
5 |
D5 |
Пятый бит данных (A0=0; A1=1) или первый бит данных (A0=1; A1=0) |
6 |
D6 |
Шестой бит данных (A0=0; A1=1) или второй бит данных (A0=1; A1=0) |
7 |
D7 |
Седьмой бит данных (A0=0; A1=1;) или третий бит данных (A0=1; A1=0) |
8 |
A0 |
Нулевой адресный вход. Если А1=1, А0 используется для выбора 4 из 12 линий данных: младшей тетрады D0:D3 (NBL), средней тетрады D4:D7 (NBM) или старшей тетрады D8:D11 (NBH) |
9 |
A1 |
Первый адресный вход. Выбирает пары тетрад: А0=А1=0 - NBL & NBM; A0=0, A1=1 - NBL; A0=1, A1=0 - NBM; A0=A1=1 - NBH |
10 |
WR/ |
Строб записи |
11 |
CS/ |
Сигнал выборки кристалла |
12 |
DGND |
Цифровой общий провод |
13 |
REFIN |
Вход источника опорного напряжения, может быть соединен либо с выходом внешнего источника опорного напряжения, либо с выходом встроенного источника опорного напряжения (вывод 18) величиной +2,048 В |
14 |
AGND |
Аналоговый общий провод |
15 |
CLR/ |
Вход обнуления выходного регистра |
16 |
LDAC/ |
Вход синхронной записи |
17 |
REFGND |
Общий провод источника опорного напряжения. Должен быть соединен с аналоговым общим проводом AGND при использовании встроенного источника опорного напряжения, или соединен с положительным выводом питания VDD при работе с внешним источником опорного напряжения, при этом внутренний источник выключается с целью энергосбережения. |
18 |
REFOUT |
Выход встроенного источника опорного напряжения +2,048 В |
19 |
VSS |
Отрицательный источник питания при биполярном питании или общий провод при однополярном питании |
20 |
VOUT |
Выходное напряжения |
21 |
RFB |
Резистор цепи обратной связи, должен быть соединен с VOUT |
22 |
ROFS |
Резистор смещения. Должен быть соединен VOUT для обеспечения коэффициента передачи 1; должен быть соединен с AGND для обеспечения коэффициента передачи 2; должен быть соединен к REFIN для включения режима биполярного выхода. |
23 |
VDD |
Положительное напряжение питания |
В микросхемах применен механизм "тройного" мультиплексирования данных, иллюстрируемый табл. 11. Он позволяет состыковывать микросхему с 4-, 8- или 16-разрядными микроконтроллерами. Низкий уровень на входе CLR/ сбрасывает входной регистр-защелку независимо от состояний остальных управляющих входов. Если на входах CS/ и WR/ одновременно присутствует высокий логический уровень, а на входе LDAC/ - низкий уровень, то происходит обновление выходного регистра цифро-аналогового преобразователя. При всех других комбинациях, в которых хотя бы один из входов, CS/ или WR/, находится в состоянии высокого логического уровня, операции невозможны. При выбранной микросхеме (CS/ и WR/ одновременно находятся в состоянии низкого логического уровня) происходит собственно обновление данных. Микросхемы могут работать в режиме последовательной потетрадной записи "4+4+4" или режиме "8+4". В первом случае линии D0-D3 и D4-D7 поразрядно объединяются и подключаются к четырем линиям микроконтроллера. Далее в соответствии с табл. 11 производится запись NBH, NBM и NBL тетрад в произвольном порядке. В режиме "8+4" обновление входного регистра производится в два этапа: младший байт NBL и NBM (D0-D7) при A0=A1=0, а затем старшая тетрада NBH (D8-D11) при A0=A1=1 в указанном или обратном порядке. Все описанное выше относится как к микросхеме MAX530, так и к микросхеме MAX503 за тем лишь исключением, что микросхема 10-разрядная, и следовательно, третья тетрада NBH (D8, D9) неполная.
Таблица 11
CS/ |
WR/ |
LDAC/ |
A0 |
A1 |
Обновление данных |
H |
X |
H |
X |
X |
Нет операций |
X |
H |
H |
X |
X |
Нет операций |
H |
H |
L |
X |
X |
Обновляется выходной регистр преобразователя |
L |
L |
X |
L |
L |
Обновляются младшая и средняя тетрады NBL (D0-D3) и NBM (D4-D7) |
L |
L |
H |
H |
H |
Обновляется старшая тетрада NBH (D8-D11) |
L |
L |
H |
H |
L |
Обновляется средняя тетрада NBM (D4-D7) |
L |
L |
H |
L |
H |
Обновляется младшая тетрада NBL (D0-D3) |
L |
L |
L |
H |
H |
Обновляются старшая тетрада NBH (D8-D11) и выходной регистр преобразователя |
Анализ параметров цифро-аналоговых преобразователей с параллельным полноразрядным интерфейсом, приведенных в табл. 2, позволяет сделать следующие выводы.
Всего фирмой Maxim выпускается 23 цифро-аналоговых преобразователей с параллельным полноразрядным интерфейсом.
Выпускаются микросхемы с разрядностью 10, 12, 13 и 14. При этом число каналов среди микросхем с разрядностью 12 может составлять 1 или 2, число каналов 13- и 14-разрядных микросхем может быть от 1 до 8, а 10-разрядные микросхемы выпускаются только одноканальными.
Для выбора претендентов на рассмотрение применим такие же критерии, какие мы применяли в первом разделе статьи, т. е. ограничимся рассмотрением микросхем, работающих от одного источника +5 В. В результате отбора из 23 моделей микросхем, приведенных в табл. 2 в первой части статьи, только восемь соответствуют вышеописанным критериям (табл.12).
Таблица 12
Тип |
Раз ряд ность, бит |
Число кана лов |
Тип выхода |
Напря жение пита ния, В |
Макси маль ный ток потреб ления, мА |
Типо вое время уста новле ния, мкс |
Источ ник опор ного напря жения |
Кор пус |
Цена, $ |
MX7520 |
10 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
0,5 |
Внешн. |
DIP16 |
2,80 |
MX7530 |
10 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
0,5 |
Внешн. |
DIP16 |
2,80 |
MX7533 |
10 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
0,6 (max) |
Внешн. |
DIP16 |
2,84 |
MX7521 |
12 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
0,5 |
Внешн. |
DIP18 |
5,00 |
MX7531 |
12 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
0,5 |
Внешн. |
DIP18 |
2,84 |
MX7541 |
12 |
1 |
Ток |
5...16 |
2 |
1 (max) |
Внешн. |
DIP18 |
5,72 |
MX7541A |
12 |
1 |
Ток |
5...16 |
2 |
0,6 |
Внешн. |
DIP18 |
7,52 |
MX7545A |
12 |
1 |
Ток |
5...15 |
2 |
1 (max) |
Внешн. |
DIP20 |
6,03 |
Микросхемы цифро-аналоговых преобразователей MX7520/MX7530/MX7533 и MX7521/MX7531/MX7541(A) являются простейшими высокопроизводительными 10- и 12-разрядными DAC, выполненными по технологии CMOS. Эти микросхемы совместимы с известными микросхемами AD7520/AD7530/AD7533 и AD7521/AD7531/AD7541(A). Микросхемы DAC не имеют буферизации входного кода, и соответственно они не имеют и сигналов его записи. Любое изменение кода на 10(12)- битной входной шине вызывает непосредственное (за 500 нс для MX7520/7521/7530/7531 и за 700 нс для MX7533/MX7541) установление выходного тока. Микросхемы MX7520/MX7530/MX7533 выпускаются в корпусе DIP16, а микросхемы MX7521/MX7531/MX7541(A) - в корпусе DIP18. Разводка выводов микросхем приведена в табл. 13.
Микросхема MX7545A является буферизированным вариантом 12-разрядного цифро-аналогового преобразователя, выполненным по технологии CMOS. Для записи входного кода в буферный регистр необходима одновременная подача лог. 0 на входы CS/ и WR/. Время установление выходного тока - 1 мкс. Микросхема MX7545(А) выпускается в корпусе DIP20, ее функциональная схема приведена на рис. 4, а разводка выводов микросхемы - в табл. 13.
Рис. 4.
Таблица 13
MX7520 MX7530 MX7533 |
MX7521 MX7531 MX7541 |
MX7545A |
Сигнал |
Назначение сигнала |
1 |
1 |
1 |
OUT1 |
Первый токовый выход |
2 |
2 |
- |
OUT2 |
Второй токовый выход |
3 |
3 |
3 |
DGND |
Цифровой общий провод |
13 |
15 |
15 |
D0 |
Нулевой младший бит данных |
12 |
14 |
14 |
D1 |
Первый бит данных |
11 |
13 |
13 |
D2 |
Второй бит данных |
10 |
12 |
12 |
D3 |
Третий бит данных |
9 |
11 |
11 |
D4 |
Четвертый бит данных |
8 |
10 |
10 |
D5 |
Пятый бит данных |
7 |
9 |
9 |
D6 |
Шестой бит данных |
6 |
8 |
8 |
D7 |
Седьмой бит данных |
5 |
7 |
7 |
D8 |
Восьмой бит данных |
4 |
6 |
6 |
D9 |
Девятый бит данных |
- |
5 |
5 |
D10 |
Десятый бит данных |
- |
4 |
4 |
D11 |
Одиннадцатый бит данных |
16 |
18 |
20 |
RFB |
Резистор обратной связи |
15 |
17 |
19 |
VREF |
Вход внешнего источника опорного напряжения |
14 |
16 |
18 |
VDD |
Положительное напряжение питания |
- |
- |
2 |
AGND |
Аналоговый общий провод |
- |
- |
17 |
WR/ |
Строб записи |
- |
- |
16 |
CS/ |
Строб выборки кристалла |
Источник: rtcs.ru