Новые изделия Burr-Brown (TI)

В настоящее время изделия, выпускаемые под торговой маркой Burr-Brown, пользуются повышенным спросом. Причина в приобретении BB фирмой Texas Instruments и в стремительно возросшем дефиците аналоговой и аналого-цифровой продукции ведущих производителей. Несмотря на внутренние перемены, фирма BB выпустила в 2000 г. около сотни новых изделий. Сразу хочется отметить их две общие особенности: сбалансированность цены и технических характеристик и использование при создании самых последних технологий и схемотехнических решений.

Статья представляет собой обзор изделий BB, предлагаемых европейскими дистрибьюторами.

Перечень выпускаемых под торговой маркой BB от TI изделий включает:

АЦП с высоким разрешением (дельта-сигма АЦП)

Это один из классов изделий, в котором BB всегда был лидером. Изделия, долгое время определявшие лицо фирмы, — особо точные преобразователи ADS1210/1211 на 24 разряда. Дифференциальные входы и функция программирования частоты опроса обеспечили преобразователю возможность непосредственного подключения к датчикам с широким диапазоном измеряемых сигналов. Гибко программируемая частота и точность обеспечили превосходный рабочий диапазон. Варьируя выбором Turbo режима и частотой модуляции, можно обеспечить необходимую точность (до 23 эффективных разрядов). В последующих моделях, при сохранении высокой точности, снижено напряжение питания, потребляемая мощность и стоимость изделий (табл. 1).

Таблица 1

Расскажем подробнее об устройствах этого класса — ADS1240/ADS1241 — 24-разрядных 4/8-канальных дельта-сигма АЦП. ADS1240/ADS1241 обеспечивает 24-разрядное разрешение и 21-разрядный эффективный код. Преобразователь содержит модулятор 2-го порядка, ЦАП, обеспечивающий необходимое корректирующее смещение для усилителя PGA с переменным коэффициентом усиления. PGA обеспечивает ряд возможных коэффициентов усиления: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Его работа улучшает разрядность эффективного кода и эквивалентна использованию 26-разрядного АЦП. 8-разрядный ЦАП обеспечивает смещение в диапазоне половины шкалы FSR. Устройство включает в себя также цифровой фильтр и 8-разрядный мультиплексор с дифференциальными входами, обеспечивающий возможность подключения любого из восьми источников сигналов с низким уровнем ко входу сопротивлением 5 МОм. Возможное смещение и ошибка усиления могут быть минимизированы с помощью cамокалибровки, как общей, так и раздельной для каждой из характеристик. Возможна системная калибровка, требующая подачи определенных сигналов на вход АЦП.

ADS1252 — 24-разрядный дельта-сигма АЦП в индустриальном SO-8 корпусе. Цепь преобразования включает модулятор четвертого порядка, цифровой фильтр пятого уровня. Запись результатов преобразования в выходной регистр сопровождается установкой индикационного разряда готовности для считывания. Функционирование АЦП, его производительность определяется частотой внешних синхроимпульсов. При частоте синхросигналов 16 МГц частота модулятора составит 2,667 МГц. Количество перевыборок является фиксированным по отношению к частоте модулятора. При тактовой частоте 16 МГц и 64 перевыборках возможная частота съема выходных данных составит 2,667/64 = 41,667 кГц. Реализованный в устройстве последовательный двухпроводной интерфейс является более простым и дешевым вариантом, чем традиционно используемые 3- и 4-проводные. Характеристика линейности преобразования — 0,0015 % полной шкалы FS. Уровень шумов менее 3,8 ppm FS, что обеспечивает 18 эффективных разрядов. В целом предлагаемый АЦП обладает более высокой точностью, чем существующие АЦП, и более высоким быстродействием, чем существующих дельта-сигма АЦП.

BB выпустила несколько новых моделей в классах 12- и 14- разрядных АЦП. ADS2807 — сдвоенный 12-разрядный АЦП, выполненный в корпусе TQFP-64. Включает широкополосную схему опроса/хранения, обеспечивающую отличную характеристику свободного динамического диапазона (SFDR) до частоты Найквиста. Обработка сигналов — конвейерная с использованием 11 циклов и цифровой коррекции ошибки после каждого из циклов. Частота опроса входов — 50 МГц. Сквозная дифференциальная организация от входов до выходов минимизирует влияние гармоник и обеспечивает защиту от появления шума. Результат цифровой коррекции — отличная дифференциальная линейность. Аналоговые входы имеют очень высокий импеданс. Два диапазона входных сигналов — до 2 В и до 3 В. Существует индикатор выхода за пределы диапазона. Хорошее соотношение сигнал/шум — 66 дБ для 2-вольтового диапазона и 68 дБ для 3-вольтового. Отличные характеристики, особенно дифференциальной линейности, делают ADS2807 идеальным для обработки образов.

ADS850 — 14-разрядный АЦП с возможностью самокалибровки. Обеспечивает частоту 10 млн выборок/с. Полностью дифференциален по входам. Использует цифровую коррекцию ошибок, обеспечивающую 14-разрядную линейность. Включает в себя широкополосную схему выборки/хранения. Диапазон входных сигналов определяется возможностями внутренних источников опорного напряжения, что соответствует с учетом дифференциальной организации входным диапазонам 2 В и 4 В. Существует возможность подключения внешнего особо точного источника опорного сигнала. Корректность использования обеспечивается индикатором выхода за границы входного диапазона. Источник опорного сигнала может дополнительно использоваться для смещения управляющих сигналов. Для высоких частот особенно критична устойчивость внешнего генератора синхроимпульсов к искажению (jitter) во избежание ухудшения соотношения сигнал/шум. Семейство совместимых АЦП пополнилась 16-разрядным ADS8341, совместимым по выводам с 12-разрядным ADS7841. Четырехканальный преобразователь с одним источником питания 2,7 В идеален для систем с батарейным питанием. 15 безошибочных разрядов при частоте опроса до 100 кГц. Значение характеристики SINAD — 86 дБ.

Цифро-аналоговые преобразователи

Фирма BB выпустила несколько новых моделей, представляющих собой несколько направлений развития. DAC90X — серия быстродействующих 8-, 10-, 12-, 14-разрядных взаимозаменяемых ЦАП. Они cовместимы по выводам, обладают единой частотой выборок, используют одно напряжение питания (2,7…5 В) и имеют встроенный источник опорного напряжения на 1,24 В. При их построении использована быстродействующая технология управления по току, обеспечивающая быструю (30 нс ± 0,1 %) установку и высокую частоту изменений (165 млн./с). Принципиальна использованная сегментация внутренних источников тока — диф- ференциальных токовых ключей, улучшающая диапазон неискаженного сигнала (SFDR) до значения 61 дБ. Устройства серии DAC90X отличает высокий импеданс (до 200 кОм). Диапазон выходного тока обеспечивается одним выходным сопротивлением и составляет 2…20 мА. Мощность в рабочем режиме 170 мВт, в режиме пониженного потребления — 45 мВт. Микросхемы выпускаются в мини-корпусах типа SO-28, TSSOP-28 и ориентированы на использование в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием. Все модели DAC90X в своих классах разрядности превосходят по цене и производительности аналогичные модели ADI и Intersil.

DAC7644 — счетверенный 16-разрядный ЦАП, не имеет прямых аналогов. Основную функцию буфера обеспечивает двойной входной буфер, в котором осуществляется прием параллельного 16-разрядного кода c возможным одновременным изменением всех разрядов ЦАП, а также за счет своих особенностей считывания состояния внутреннего регистра. Для всех регистров ЦАП существуют два режима очистки: с установкой в ноль и с установкой в значение половины шкалы значений. Существует возможность разбиения ЦАП на две группы с подключением каждой к своему источнику опорного сигнала с дифференциальной организацией. Высокая точность (мл. значащий разряд соответствует значению — 38 мкВ) вызывает ряд проблем, связанных с влиянием сопротивления контактов и заземления: при токе нагрузки 1 мА введение соединяющих проводов и сопротивлений контактов приводит к появлению соизмеримого падения напряжения величиной до 40 мкВ. Решением проблемы является наличие в составе устройства разомкнутой цепи выходного регистра, обеспечивающей возможность включения в нее, например, транзистора для подстройки величины тока.

DAC7512, DAC7513 — последовательные 12-разрядные ЦАП. Обладают пониженным энергопотреблением (0,7 мВт) и возможностью еще большего его снижения (до 1 мкВт). Три функции пониженного питания и необходимость одного источника питания делают микросхемы идеальными для использования в устройствах с батарейным питанием. Функции снижения мощности сопровождаются определенным состоянием выходов. ЦАП совместимы по входу со стандартными интерфейсами микроконтроллеров, синхронизируются на частоте 30 МГц. Выходной регистр типа rail-to-rail обеспечивает диапазон выходного сигнала «от шины до шины». Выпускается в микрокорпусах MSOP-8, SOT23-6.

Аудиопреобразователи

Аудиопреобразователи — это активно развиваемое BB направление, одним из представителей которого является двухканальный аудио ЦАП PCM2702, ориентированный на USB 1.0 интерфейс. Включает внутренний генератор аудиосинхроимпульсов, цифровой фильтр с 8-кратной перевыборкой, многоуровневый дельта-сигма модулятор, ЦАП, выходной низкочастотный фильтр. Обрабатывает 16-разрядные стерео и моно USB-сигналы. Опрашивает входы на одной из трех возможных частот: 48, 44,1 и 32 кГц. В сравнении с аналогичными устройствами PCM2702 дешевле и компактнее (корпус SSOP-28). Может использоваться в любых аудиоприложениях.

Другое новое изделие — PCM1741 представляет собой 24-разрядный аудио ЦАП для обработки сигналов в индустриальном 16- и 24-разрядном аудиоформате. Частота опроса — 100 кГц. Набор функций пользователя обеспечивается 3-разрядным пользовательским интерфейсом. PCM2702 асинхронен по отношению к последовательному аудиоинтерфейсу, управляет программным регистром режима. Функции последнего включают контроль над цифровым аттенюатором, скоростью перевыборок, работой ЦАП, форматом входных слов, цифровым фильтром, функциями флага, выходных фаз. Если установка регистра режима не используется пользователем, действует установка по умолчанию. Аудиоинтерфейс включает трехпроводной синхронизируемый последовательный порт, обеспечивающий естественный интерфейс для аудио ЦОС. Микросхема требует внешних системных импульсов, синхронизирующих работу цифровых интерполирующих фильтров и многоуровнего дельта-сигма модулятора. При этом необходим источник с низким уровнем помех и малыми фазовыми искажениями (jitter), обеспечивающий хорошее соотношение сигнал/шум. На выходе устройства имеются два независимых аналоговых канала. Используемая при построении устройства 8-уровневая организация модулятора обеспечивает стабильность характеристик и меньшую чувствительность к фазовым искажениям синхро- сигналов по сравнению, например, с двухуровневой организацией. Схема включения предполагает использование внешних элементов: входного стабилизатора напряжения, конденсаторов и резисторов, обеспечивающих построение фильтров и развязку цепей. Фильтры снижают высокочастотную помеху, улучшая соотношение сигнал/шум. PCM2702 выполнен в корпус SSOP-16.

Инструментальные усилители

Есть основания говорить о развитии всех направлений: дифференциальных, высокопрецизионных, аудиоинструментальных усилителей (табл. 2).

Таблица 2

Недорогие дифференциальные быстродействующие INA154, INA157 предназначены для использования в системах автоматики, медицинской аппаратуре, системах контроля и управления. Лазерная подгонка обеспечивает точность усиления и подавление помех. Ширина полосы пропускания 3 МГц, скорость нарастания 14 В/мкс. Дрейф смещения 2 мкВ/с.

В маломощном INA121 c FET-входом малый входной ток 4 пА обеспечивает возможность работы с устройствами с высоким внутренним сопротивлением, снижение погрешности и уровня помех. Этот ИУ является более точным, дешевым устройством с меньшим потреблением, чем предыдущие инструментальные усилители с FET-входом. Установка коэффициента усиления (от 1 до 10 000) выполняется с помощью одного резистора. Высокий коэффициент подавления шумов 106 дБ. Напряжение смещения 200 мкВ, дрейф напряжения смещения 2 мкВ. Схема защиты входа обеспечивает работу с напряжением до 40 В. Микросхема доступна в корпусах DIP-8, SO-8.

INA125 имеет встроенный источник опорного напряжения 2,5 B; 5 B; 10 B. Ток потребления — 460 мкА, смещение нуля — 250 мкВ, дрейф нуля — 2 мкВ/с, коэффициент подавления синфазного сигнала 100 дБ при G = 100. Благодаря функциональной законченности ИУ эффективен в датчиках температуры и давления.

INA155 и INA122 — инструментальные усилители с одним напряжением питания, что делает эффективным их использование в портативных устройствах, а также в устройствах с батарейным питанием. У INA155 очень высокий входной импеданс и малый ток смещения. Реализована организация выходного каскада «От шины до шины». При частоте пропускания 550 кГц, скорости нарастания 6,4 В/мкс ток потребления составляет 1,7 мА. Микросхема выпускается в корпусе SO-8. I

NA122 инструментальный усилитель, имеющий самое низкое потребление (ток потребления 60 мкА). При этом работает в диапазоне напряжений питания 2,2…36 В и имеет большой размах выходного напряжения (150 мВ). Нелинейность — 0,012 %, коэффициент усиления — 5…10 000. I

NA138, INA168 — измерители токовых цепей. Продолжают линию развития дифференциальных инструментальных усилителей. Эти микросхемы по своему уникальны, поскольку позволяют измерять «за пределами диапазона». Как шунт вносят погрешность 25 мкА. Диапазон входных напряжений (2,7 … 60 В) обеспечивает широкое применение. Выбор коэффициента усиления G (1–100) осуществляется простой установкой нагрузочного сопротивления. Коэффициент подавления синфазной помехи (CMRR) 100 дБ, полоса пропускания 0,8 МГц. INA138 и INA168 не требуют дополнительных элементов и более дешевы по сравнению с аналогичным LT1490. Микросхемы выпускаются в корпусе SOT-23-5.

Уже ставший популярным INA117 благодаря делителю напряжения на входе позволяет измерять дифференциальные сигналы до 200 В в полосе пропускания 0,2 МГц, соотношением С/Ш 86. Напряжение питания — ±5, ±18 В, ток потребления — 1,5 мА.

У более поздних INA148 и INA146 уменьшен потребляемый ток и увеличена полоса пропускания. INA148 потребляет 0,6 мА при полосе пропускания 0,1 МГц, коэффициент подавления синфазных помех — 70, входное сопротивление составляет 1 МОм, диапазон входных напряжений ± 200 В. INA146 с программируемым коэффициентом усиления (G = 1–100) обладает полосой пропускания 0,55 МГц, током потребления 0,57 мА.

Стабилизаторы напряжения

REG103 — стабилизатор напряжения на основе новой Ultra-LDO технологии. Выполняется в вариантах с напряжением 2,5; 2,7; 3,0; 3,3 В и с регулируемым напряжением. Основу стабилизатора составляет N-канальный DMOS-элемент. При незначительном отклонении входного и выходного напряжений DMOS-элемент подобен резистору с сопротивлением 230 мОм: при постоянной нагрузке перепад входного и выходного напряжений не превышает 115 мВ (при максимальном выходном токе). При резком возрастании тока нагрузки и при опасности падения выходного напряжения следует столь же реактивное изменение свойств структуры стабилизатора. Резкое увеличение тока нагрузки меняет свойство DMOS-элемента, обеспечивающего минимально возможный перепад напряжений, повторение входного напряжения и тем самым стабилизацию выходного напряжения. Величина этого перепада в несколько раз меньше, чем у аналогичных устройств других производителей.

Стабилизатор обладает полной системой защиты:

Температурной, срабатывающей примерно при 150 °С с отключением выходов. После остывания примерно до 130 °С устройство включается в рабочее состояние.
По предельно допустимому току.
По напряжению с контролем границ рабочего диапазона выходного напряжения (контроль превышения примерно на 10%). Корректность напряжения контролируется состоянием специального разряда.

Стабилизатор не требует стабилизирующего конденсатора.

Устройство выпускается в корпусах DDPak, SOT-223, SO-8. Корпуса DDPak и SOT-223 без дополнительных элементов обеспечивают хороший теплоотвод при полной шкале напряжения (до 15 В).

Изолирующие усилители

BB долгое время выпускала устройства этого класса. Естественная эволюция привела к созданию 8-канального буфера ISO508 и дифференциального шинного приемопередатчика ISO422. ISO422 — высокоинтегрированный дифференциальный шинный приемопередатчик промышленных данных. ISO422 предна- значен для недорогой сканирующей или многоточечной высокоскоростной передачи данных, сопровождаемой помехами. Обеспечивает полную дуплексную или полудуплексную связь на скорости до 2,5 Мбит/с и отличную характеристику сигнал/шум на больших расстояниях.

ISO508 — 8-канальный буфер с емкостной изоляцией, ориентированный на использование в системах с uP-шинной организацией. Он обеспечивает возможность множественного доступа к данным, так как имеет 3-стабильный выход, управляемый традиционным для шинных устройств входом OE. Скорость передачи данных 2 Мбайт/с. ISO508 имеет синхронный и асинхронный режимы. Одно из состояний выходов — высокий импеданс. Двойная буферизация на входе и выходе обеспечивает естественную интеграцию устройства в системы с шинной организацией. Имеет индустриальный температурный диапазон и выпускается в 24-выводных корпусах, в том числе и для поверхностного монтажа.

DC/DC-преобразователи

Миниатюрные изолированные DC/DC-преобразователи преобразуют постоянное напряжение в переменное, а затем в постоянное, изолированное относительно «земли». Преобразователи содержат схему термозащиты и вы- пускаются в вариантах с регулируемым и нерегулируемым напряжением мощностью 1 и 2 Вт, одним и двумя выходными напряжениями.

Используемая технология BiMOS/DMOS отличает изделия BB от изделий других фирм, создающих свои устройства на основе герметизированных гибридных модулей. Взаимодействие узлов, созданных по одной технологии, обеспечивает более высокую эффективность, например до 89 % для DCP-типа.

Преобразователи содержат внутренний генератор с частотой 800 кГц, обеспечивая частоту переключения 400 кГц. В случае совместного использования нескольких DC/DC-преобразователей необходима подача внешней частоты во избежание эффекта биения взаимовлияющих частот разных преобразователей. Для этой цели используется специальный cинхровход. Длину соединяющих цепей при этом необходимо минимизировать для уменьшения паразитной емкости. Выпрямленное напряжение стабилизируется выходным стабилизатором, выполненным по LDO-технологии. Внешний конденсатор способен окончательно «сгладить» полученное выходное напряжение. Высокое значение частоты переключения позволяет использовать для фильтрации конденсатор с небольшой емкостью, что также снижает и габариты используемого в преобразователе трансформатора. Обеспечивается достаточная изоляция гальванической развязки, что для DCV-типа составляет 1,5 кВ (в течение 60 с). Устройства выполне1,5 кВ (в течение 60 с). Устройства выполнены в стандартном DIP JEDEC или SO корпусе.

Мощные операционные усилители

Возможности BB в области этих изделий всегда были уникальны. Высоковольтные сильноточные промышленные усилители имеют диапазон выходных напряжений до 80 В (OPA452,OPA453), а выходных токов — до 15 А (OPA512). Усилители ориентированы на промышленное применение и работают в расширенном индустриальном диапазоне: –40 °C … +125 °C (табл. 3).

Таблица 3

В последних моделях (OPA551, OPA552) выражено стремление сделать мощные усилители более быстродействующими и дешевыми. OPA551 имеет полосу пропускания 3 МГц и скорость нарастания 15 В/мкс, стабилен при коэффициенте усиления, равном 1. Усилитель OPA552 оптимизирован для коэффициента усиления 5, полосы пропускания 12 МГц и скорости нарастания 24 В/мкс. Мощные усилители традиционно выпускались в корпусах TO-3, TO-220, DDPAK, ориентированных на рассеивание большой мощности. Но OPA551, OPA552 уже выпускаются в миниатюрных корпусах SO-8, DIP-8. Модели BB включают схемы тепловой защиты и ограничители выходного тока, которыми не снабжены изделия некоторых других производителей.

Цифровые сигнальные процессоры

Производство цифровых сигнальных процессоров для ПЗС — достаточно новое для фирмы направление. Одна из последних моделей — VSP3200/VSP3210 — функционально законченный ПЗС-сигнальный процессор. Для приложений, связанных со сканированием изображений и фотокопированием, процессор способен выполнять обработку сигналов с выходов приборов с зарядовыми связями (ПЗС). В каждом из трех каналов процессор содержит схему выборки сигналов с двойной корреляцией, усилители PGA с программируемым коэффициентом усиления, управляющие процессом оцифровки, мультиплексор, объединяющий выходы трех каналов перед обработкой АЦП, схему восстановления постоянной составляющей сигналов, схему управления смещением, схему последовательного интерфейса, схему временной синхронизации, генератор опорного сигнала, программируемый 8-разрядный конфигурационный регистр.

Процессор работает в одноканальном и трехканальном режимах. При этом используются возможности каналов, сигналы в которых связаны по постоянной составляющей со смещением по уровню. Усиление 0…4,8 дБ (0…13 дБ) и смещение от –500 до +500 мВ в каждом из каналов определяются 10-разрядным регистром смещения и 6-разрядным регистром усиления. Устройства обеспечивают установку уровня черного, нормирование снимаемых сигналов, подстройку под уровень освещенности.

Интерфейсные схемы для цифровых абонентских линий

Назначение таких схем — соединение цифрового сигнального процессора с телефонными цепями или трансформаторами. Необходимые преобразования вызывают необходимость использования в этих устройствах, кроме приемо-передающих частей, активной схемы прямого и обратного преобразователей. Их особенность заключается в том, что все активные устройства — фильтры и преобразователи — автоматически масштабируют шкалу сигналов под входную тактовую частоту, адаптируясь к скоростям подключенного канала.

AFE1302 — интерфейсная система ADSL цифрового сигнального процессора. Синхронизируется на частоте 35,328 МГц, обеспечивая выходную скорость 8,832 Мб/с. Активная часть устройства обеспечивает связь с линейными драйверами, приемниками, фильтрами приемо-передающего тракта, трансформаторами и POTS-фильтрами. В передающем тракте сигнал преобразуется в дельта-сигма ЦАП четвертого порядка, фильтруется низкочастотным емкостным фильтром, усиливается аттенюатором и буферизуется. В приемном тракте сигнал усиливается в усилителе PGA с малым уровнем шумов, фильтруется, преобразуется в дельта-сигма АЦП четвертого порядка с 32-я перевыборками и фильтруется уже цифровым фильтром. Полученные данные передаются в линию, выполненную в виде витой пары. Самостоятельным блоком устройства является управляемый напряжением генератор импульсов VCXO.