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Este artículo analiza dos nuevos convertidores A / D de Analog Devices: el AD7380 y el AD7381.

Los AD7380 / AD7381 son convertidores de registro de aproximación sucesiva (SAR) de doble canal y muestreo simultáneo. El AD7380 y el AD7381 son, respectivamente, convertidores de 16 y 14 bits y alcanzan una tasa de rendimiento máxima de 4 MSPS. Los dispositivos tienen entradas analógicas totalmente diferenciales y aceptan un amplio rango de modo común. Con una tensión de referencia externa de 3.3 V, el AD7380 y el AD7381 pueden alcanzar una relación señal / ruido (SNR) típica de 92.5 dB y 85.4 dB, respectivamente.

Los dispositivos incorporan bloques de sobremuestreo en el chip que se pueden usar para mejorar la SNR. Los AD7380 / AD7381 están disponibles en paquetes LFCSP de 3 mm 3 mm. El control del motor, los sistemas de adquisición de datos y la demodulación I / Q son tres de las aplicaciones comunes para los convertidores de datos AD7380 / AD7381.

En el resto del artículo, examinaremos más de cerca algunas de las características importantes de estos ADC.

Diagrama de bloques funcional

El diagrama de bloques funcional del AD7380 / AD7381 se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Imagen cortesía de Analog Devices.

Hay dos bloques de ADC, "ADC A" y "ADC B", que son operados simultáneamente por el mismo "Control Logic" y el oscilador ("OSC"). La salida del “ADC A” / “ADC B” se procesa mediante un bloque de sobremuestreo y finalmente se pasa al pin de salida de la interfaz en serie (SDOA, SDOB / $$ overline {ALERT} $$). Los dos canales del ADC exhiben alta coincidencia. Por ejemplo, la coincidencia de error de ganancia y la coincidencia de error cero entre los dos canales son respectivamente ± 0.002% FS (escala completa) y ± 0.1 mV para el AD7380.

Tenga en cuenta que el AD7380 / AD7381 incluye una referencia de voltaje interno de 2.5 V que puede activarse configurando algunos registros dentro del dispositivo. Para las descripciones de funciones de los pines, consulte la hoja de datos del dispositivo.

Sobremuestreo

El AD7380 / AD7381 utiliza el método conocido de sobremuestreo para mejorar el rendimiento. En esta técnica, se capturan y promedian múltiples muestras para reducir el ruido de cuantificación y el ruido térmico. El sobremuestreo en chip permite que el AD7380 / AD7381 tenga un tiempo de procesamiento más rápido en comparación con un diseño que utiliza un dispositivo externo, como un microcontrolador, para realizar el sobremuestreo.

El sobremuestreo AD7380 / AD7381 tiene dos modos de operación que se explican a continuación.

Sobremuestreo promedio normal

Cuando este modo de operación está activado, el ADC toma un número dado de muestras, las suma y divide el resultado por la cantidad de muestras. Este valor promedio final es el resultado del ADC. Para producir otra muestra de salida, el ADC tomará un nuevo conjunto de muestras y las procesará (el conjunto de muestras anterior se descartará). La figura 2 a continuación muestra el modo de operación de sobremuestreo de promedio normal.

Figura 2. Imagen cortesía de Analog Devices.

Como puede ver, un flanco descendente de $$ overline {CS} $$ inicia el proceso de muestreo. Con cada flanco descendente de $$ overline {CS} $$, se toman n muestras y se promedian. El resultado está listo para volver a leer en el siguiente acceso a la interfaz serie. Como se muestra en la Figura 3 a continuación (consulte la columna "Relación de sobremuestreo"), el AD7380 / AD7381 puede promediar hasta 32 muestras.

Figura 3. Imagen cortesía de Analog Devices.

Como era de esperar, aumentar la relación de sobremuestreo mejora la SNR; sin embargo, reduce la tasa de datos de salida. Es por eso que el método normal de sobremuestreo promedio es adecuado para aplicaciones donde se requiere una SNR alta pero el ancho de banda no es una preocupación. El parámetro "RES" que aparece en la tabla es un bit de configuración que se puede establecer en lógica alta cuando se usa el modo de operación de sobremuestreo. Cuando “RES” = 1, el número de bits utilizados para representar la salida de ADC aumenta en dos, de modo que los datos de salida pueden acomodar el mayor rendimiento alcanzado por el modo de operación de sobremuestreo.

Tenga en cuenta que, con el sobremuestreo promedio normal, podemos aplicar un flanco descendente de $$ overline {CS} $$ para iniciar el proceso de toma de muestras, pero no tenemos control sobre el instante de muestreo de las muestras adicionales. El instante de muestreo de estas muestras adicionales en realidad está determinado internamente por el dispositivo. Esto puede ser un inconveniente en algunas aplicaciones.

Vale la pena mencionar que el ADC ajustará automáticamente la frecuencia de reloj de la interfaz SPI de acuerdo con la relación de sobremuestreo (OSR) porque la velocidad de los datos a transmitir depende de la OSR.

Sobremuestreo promedio rodante

Este modo de operación toma un número dado de muestras, las suma y divide el resultado por la cantidad de muestras para producir una muestra de salida ADC. El sobremuestreo promedio normal descarta el conjunto de muestras después de calcular el promedio; con el sobremuestreo del promedio móvil, el conjunto de muestras no se borra una vez que se completa el proceso. En su lugar, el método de laminación utiliza un búfer FIFO para mantener un número dado de las muestras anteriores más recientes y calcular el promedio. La Figura 4 ilustra el modo de operación de sobremuestreo de la media móvil.

Figura 4. Imagen cortesía de Analog Devices.

El método de sobremuestreo de promedio móvil admite una OSR máxima de ocho. Con este método, el rendimiento de OSR no afecta el rendimiento. Es por eso que este método es adecuado para aplicaciones que requieren tanto alta SNR como alto rendimiento (consulte la Figura 5).

Figura 5. Imagen cortesía de Analog Devices.

Es importante tener en cuenta que el instante de muestreo del método de sobremuestreo de la media móvil está determinado por el flanco descendente de $$ overline {CS} $$ (consulte la Figura 4). Por lo tanto, para las aplicaciones que requieren un tiempo de muestreo preciso, debemos utilizar el método de sobremuestreo de promedio continuo.

Referencia de voltaje interno

Como se muestra en el diagrama de bloques de la Figura 1, el AD7380 / AD7381 incorpora una referencia interna amortiguada de 2.5 V. El coeficiente de temperatura de esta referencia de voltaje es de 10 ppm / ° C. Esto puede no ser tan bueno como una referencia de voltaje externo, como el REF3425-EP, que tiene un coeficiente de temperatura de 6 ppm / ° C; Sin embargo, puede ser útil si necesita un diseño más compacto. Por lo tanto, para una referencia más precisa o un rango dinámico más alto, puede considerar conectar una referencia de voltaje externa al pin REFIO. La referencia externa puede estar en el rango de 2.5 V a 3.3 V.

Cuando se activa la referencia interna, su salida de 2.5 V está disponible en el pin REFIO. Este voltaje puede ser usado por otros componentes; sin embargo, debe ser amortiguado.

Interfaz SPI

El AD7380 / AD7381 usa una interfaz serial para comunicarse con otros dispositivos. Como se muestra en la Figura 6, un borde descendente en el pin de selección de chip, $$ overline {CS} $$, inicia una transferencia de datos en serie. Además, este flanco descendente inicia una conversión ADC.

Figura 6. Imagen cortesía de Analog Devices.

Tenga en cuenta que hay dos formas de leer los resultados de la conversión: modo serial de dos cables y modo serial de un cable. El modo de dos cables necesita un número menor de ciclos SCLK para transferir los datos, pero tomará dos pines de E / S de un microcontrolador conectado. El modo de un cable se comunica a través de un solo pin de E / S, pero a costa de ciclos de reloj adicionales.

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En este artículo, analizamos algunas de las características importantes de los convertidores de datos AD7380 / AD7381. Estos ADC de muestreo simultáneo de doble canal incorporan bloques de sobremuestreo en el chip para ofrecer una SNR más alta. Tienen bloques de referencia internos de 2.5 V y admiten comunicación SPI de dos hilos y uno.