И. Воронов

Интегральные цифро-аналоговые преобразователи от ANALOG DEVICES

Стремительное развитие технологий производства интегральных схем приводит к быстрой смене их поколений. При этом ИСстановятся всё более доступными по стоимости и удобными в применении. Это, в свою очередь, приводит к расширению областей применения, увеличению выпуска и соответствующему уменьшению стоимости ИС. Кроме того, это неизбежно ведёт за собой расширение номенклатуры, группировку в семейства и рост специализации ИС. На фоне растущего многообразия всё сложнее охватить все выпускаемые изделия. В статье дан обзор недавно появившихся и ожидаемых в скором будущем цифро-аналоговых преобразователей фирмы ANALOG DEVICES Inc. и предпринята попытка проследить современные тенденции развития этих приборов.
    Для простоты, рассмотрение ИС будем производить по семействам, в порядке увеличения разрядности и быстродействия.
    Технические характеристики малопотребляющих ЦАП сведены в табл. 1. Как видно из неё, все современные преобразователи данной группы имеют малое напряжение питания, выход с полным размахом напряжения (rail-to-rail), малый потребляемый ток и режимы пониженного энергопотребления (powerdown). В дальнейшем мы не будем акцентировать внимание на перечисленных характеристиках. Рассмотрим более подробно параметры перечисленных ИС, классифицируя их по семействам.
    Семейство дешевых 8-разрядных относительно быстрых ЦАП AD7801/7302/7303/7304/7305 состоит из одиночного преобразователя с параллельным интерфейсом, 2- и 4-канальных преобразователей с последовательным и параллельным интерфейсом. Семейство характеризуется достаточно высоким быстродействием (типовое значение времени установления 1,2 мкс, скорость нарастания выходного напряжения 7,5 В/мкс) при относительно небольшой потребляемой мощности. Для дальнейшего снижения потребления можно использовать режим сбережения энергии с временем возврата в нормальный режим 13 мкс. Данное семейство не содержит встроенного источника опорного напряжения, но позволяет использовать напряжение питания в качестве опорного. ИС с последовательным интерфейсом имеют быстрый 3-проводной SPI-совместимый интерфейс, работающий на частотах до 30 МГц. Эти ИС предназначены для применения в портативной аппаратуре с питанием от батарей, для построения схем программируемых источников тока и напряжения, цифровых подстроек, перестраиваемых аттенюаторов и в других областях, где имеет значение низкое потребление, низкая стоимость и обеспечение полного размаха выходного напряжения. ИС выпускаются в корпусах DIP, SOIC, microSOIC, TSSOP; их параметры нормируются в автомобильном диапазоне температур от -40 до +125°C. Основные преимущества представителей данного семейства: они выпускаются в меньших корпусах и имеют более высокое быстродействие и точность в более широком температурном диапазоне, по сравнению с изделиями других фирм.
    Семейство преобразователей AD5300/5310/5320 состоит из 8-, 10-и 12-разрядных совместимых по выводам ЦАП с быстрым последовательным интерфейсом и чрезвычайно низким потреблением. Важной привлекательной чертой этих ИС является очень низкая стоимость. Кроме того, эти ЦАП выпускаются в корпусах microSOIC и SOT-23-6 - самых маленьких на сегодняшний день корпусах для ИС. При переходе в режим энергосбережения потребляемый ток падает до очень малого значения, выход преобразователя может отключаться или соединяться с землей через резистор 1 или 100 КОм. При включении питания на выходе автоматически устанавливается нулевое напряжение. ЦАП этого семейства не имеют отдельного входа опорного напряжения, в качестве опорного напряжения используется напряжение питания. Хотя преобразователи имеют относительно низкую точность (интегральная нелинейность составляет 4 МЗР для AD5310, дифференциальная нелинейность - 1 МЗР), существует огромное количество областей, в которых эти ЦАП найдут своё применение. Параметры этих ИС нормируются в расширенном индустриальном диапазоне температур от -40 до +105°C. Описанные ИС предназначены для применения в портативной аппаратуре с батарейным питанием и обладают наименьшими размерами корпуса и стоимостью. Это семейство будет развиваться в дальнейшем. В частности, уже сейчас объявлено о выпуске ИС AD5302/5303/5302/5303/5302/5303, являющихся двухканальными аналогами предыдущего семейства. Кроме этого, планируется появление аналогичных преобразователей с интерфейсом I 2 C, с параллельным интерфейсом; 2- и 4-канальных версий, обеспечивающих более низкую стоимость преобразователя за один канал.
    Семейство 10-разрядных ЦАП AD7804/7805/7808/7809 состоит из 4-канальных и 8-канальных последовательных и параллельных преобразователей с выходом по напряжению и полным размахом напряжения. Они имеют встроенный источник опорного напряжения, но позволяют использовать и внешний источник. ЦАП имеют двойную буферизацию данных, поэтому данные во всех каналах ЦАП могут обновляются одновременно, кроме того, они могут быть одновременно сброшены в начальное состояние внешним сигналом. Особенностью данного ЦАП является формирование выходного напряжения в виде суммы двух напряжений, первое из которых задаётся в диапазоне от 2/32 до 62/32 опорного напряжения с точностью 10 разрядов, второе - в диапазоне от 1/32 до 3/32 с точностью 8 разрядов. Другая особенность данного семейства ИС - два режима сбережения энергии: режим полного отключения преобразователя, который позволяет снизить потребление до 3 мкА, и режим частичного энергосбережения, оставляющий включённым источник опорного напряжения. Последний режим позволяет обеспечить быстрое включение преобразователя при потребляемом токе, не превышающем 250 мкА (ток, потребляемый источником опорного напряжения). Каждый канал преобразователя переключается в энергосберегающее состояние индивидуально. Ещё одной особенностью данных устройств является сброс по включению питания, что позволяет избежать возникновения выбросов напряжения до загрузки ЦАП. ИС выпускаются в корпусах типа DIP, SOIC, SSOP, TQFP. Областью применения данных ЦАП являются системы с электронными регулировками параметров, системы автокалибровки, замена подстроечных резисторов и др. Основным преимуществом этих ИС является то, что они обеспечивают 10-разрядную точность установки выходного напряжения при цене 8-разрядных систем.
    Семейство ЦАП AD7390/7391/7392/7393/7394/7395/7396/7397 состоит из 12- и 10-разрядных последовательных и параллельных, одиночных и сдвоенных ЦАП. Члены семейства обеспечивают совместимость по выводам между 10- и 12-разрядными ИС в группах с последовательными и с параллельными интерфейсами. Эти ИС работают при низком напряжении питания, обеспечивая чрезвычайно низкое значение потребляемого тока, дополнительный режим снижения потребляемой мощности имеют только преобразователи с параллельным интерфейсом. Преобразователи этой серии не содержат встроенного источника опорного напряжения, в качестве опорного напряжения можно использовать напряжение питания. Низкая потребляемая мощность данных ЦАП, в сочетании с их до- статочно высокой точностью преобразования (интегральная нелинейность 1,6 МЗР), делает их чрезвычайно полезными в различной портативной аппаратуре. Эти ИС найдут своё применение в таких областях, как коммуникации, автомобильная электроника, системы управления технологическими процессами и других. ИС выпускаются в корпусах типа DIP, SOIC и TSSOP, их параметры нормируются в автомобильном температурном диапазоне. В данный момент поставляются ИС типов AD7390/91/92/93, поставки остальных начнутся в ближайшее время. Кроме того, в скором будущем появятся 4-канальные преобразователи этого семейства.
    Прецизионные 12-разрядные ЦАП AD8300/8303 с последовательным интерфейсом пришли на смену ИС DAC8512/AD8522. Являясь их полной функциональной заменой, как по выполняемым функциям, так и по расположению выводов, они обладают меньшей стоимостью и работоспособны при более низком напряжении питания - до 2,7 В. Единственным отличием преобразователей является более низкое опорное напряжение, равное 2,048 В. Являясь законченным ЦАП с выходом по напряжению и внутренним источником опорного напряжения, одиночный ЦАП AD8300 потребляет ток всего 1,2 мА, а AD8303, потребляя всего 2 мА, имеет режим энергосбережения. Они обеспечивают дифференциальную и интегральную нелинейность ±0,5 МЗР (типичное значение). Областями применения этих ИС являются портативные устройства, устройства с ограниченным потреблением мощности, преобразователи, питающиеся по "токовой петле", в которых необходимо обеспечить 12-разрядную точность, а также замена DAC8512/AD8522. Надо отметить, что это семейство является первым семейством ЦАП с напряжением питания меньше 4,5 В, обладающих точностью 12 разрядов.
    Семейство прецизионных 4-канальных 14-разрядных ЦАП AD7834/35/36 характеризуется высокой точностью. Преобразователи отличаются друг от друга только типом интерфейса. Члены этого семейства обладают привлекательно низкой ценой за канал для 14-разрядных преобразователей и имеют возможность одновременного подключения большого количества преобразователей к одной шине. Благодаря использованию двуполярного питания, преобразователи обеспечивают размах выходного напряжения +/- 8,192 В. Они предназначены для автоматической измерительной аппаратуры и индустриальных применений.
    Многоканальные подстроечные ИС AD8801/02/03/04 - это 8- и 12-канальные 8-разрядные ЦАП. Они работают от источника питания от 2,7 до 5,5 В и потребляют ток 5 мкА. В режиме снижения потребляемой энергии ток, потребляемый от источника питания, не меняется, но снижается ток, потребляемый от источника опорного напряжения. Каждая ИС имеет две модификации: с входом установки среднего значения напряжения на выходе и входом максимального выходного напряжения, минимальное равно нулю (AD8801/02), и со входами независимой установки максимального и минимального выходного напряжения без входа сброса (AD8803/04). Обладая привлекательной ценой за канал, эти ЦАП представляют собой хорошую замену для подстроечных резисторов, используемых для установки постоянных напряжений.
    Относительно недавно появилось новое направление в цифро-аналоговых преобразователях - потенциометры с цифровой регулировкой (табл. 2).
    Члены семейства AD8400/02/03 представляют собой 8-разрядные (256 положений движка) одиночные, сдвоенные или счетверённые цифровые потенциометры. Они имеют последовательный интерфейс, позволяющий соединять потенциометры в цепочку, и режим пониженного потребления энергии. Потенциометры выпускаются на сопротивления 1, 10, 50, 100 КОм. Напряжения питания от 2,7 до 5,5 В, потребляемый ток - 5 мкА. Напряжение на выводах потенциометра не должно выходить за границы напряжения питания. Потенциометры обладают низким коэффициентом нелинейных искажений - 0,003% и шумом. От изделий других производителей они отличаются низкой потребляемой мощностью, низким "сопротивлением подвижного контакта" - 50 Ом, высокой точностью и линейностью перестройки - 0,5 шага. Основными областями применения являются перестраиваемые фильтры, линии задержки, времязадающие цепи; схемы перестройки коэффициента передачи, усиления, уровня; согласование импедансов и замена механических потенциометров. Одиночный цифровой 7-разрядный потенциометр AD7376 дополняет семейство AD8400/02/03, обеспечивая работу в диапазоне напряжений до 30 В, и расширяет диапазон допустимых значений сопротивлений цифровых потенциометров до 1 МОм.

фирма "AUTEX Ltd."
тел. (095) 334-7741, 334-9151
факс (095) 334-8729, 234-9991
E-mail: info@autex.ru