CAN de alta velocidad SO-8 de 12 bits que funciona con 5V o 3V

Avanzando en la vanguardia de los ADCs de alta velocidad y bajo consumo en serie de 12 bits en SO-8, LTC presenta el LTC1401 y el LTC1404. El LTC1401 es un ADC de 12 bits de 3 V y 200 ks de alimentación única. El LTC1404 es una actualización compatible pin a pin del actual LTC1400. Muestrea a 600 ksps con una sola alimentación de 5V o ±5V. Ambos dispositivos son pequeños en tamaño pero grandes en funcionalidad. Alcanzan velocidades muy superiores a las del resto. Una vez más, LTC ha vuelto a batir el récord de mayor rendimiento por superficie de placa cuadrada de cualquier ADC de 12 bits del mercado. Ambos dispositivos cumplen con los requisitos de procesamiento de señales digitales del futuro y ocupan un espacio mínimo.

fuentes de alimentación de 3V, 5V o ±5V

El LTC1401 ofrece una solución A/D completa de 200 ks. que funciona con una sola fuente de alimentación de tan sólo 2,7 V. La corriente de alimentación típica es de 5mA y el rango de entrada analógica es de 0V a 2,048V, dando un LSB de 0,5mV. A diferencia del LTC1400 y el LTC1404, el LTC1401 de un solo extremo sustituye la patilla de alimentación negativa no utilizada por una entrada de apagado. El usuario puede apagar el chip inmediatamente tirando de este pin hacia abajo. Al igual que el LTC1400, el LTC1404 funciona con una única alimentación de 5V o ±5V y consume aproximadamente 15mA. El rango de la señal de entrada analógica se determina automáticamente por la tensión de alimentación. Si VSS está conectado a tierra, el chip funciona en modo unipolar y acepta señales analógicas entre 0V y 4,096V. Si VSS se conecta a una alimentación de -5V, el chip pasa a modo bipolar, en cuyo caso el rango de entrada es de ±2,048V. En ambos modos, el LSB es de 1mV. La figura 1 muestra una aplicación típica del LTC1401 o LTC1404.

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Figura 1. Aplicaciones típicas del LTC1401 y del LTC1404.

Referencia, S/H y E/S en serie

Las características comunes a ambos dispositivos incluyen una referencia de precisión interna, que puede sobrecargarse externamente, y un circuito S/H de alta frecuencia. La entrada analógica de alta impedancia puede ser conducida por un MUX sin añadir errores de CC debido a la resistencia de entrada. La baja capacitancia de entrada permite un tiempo de adquisición rápido para el muestreo y la retención, incluso con una alta impedancia de la fuente. Hay una sencilla interfaz digital de 3 hilos con el ordenador central, el DSP o el microcontrolador. La interfaz consta de un reloj de entrada en serie (CLK), una salida de datos (DOUT) y una señal de inicio de conversión (CONV). La entrada CONV permite un control preciso de cada conversión de muestra, lo que es vital para las aplicaciones DSP que requieren un muestreo preciso. El flanco ascendente de CLK sincroniza todos los eventos del ADC para garantizar que ninguna de las comparaciones críticas del ADC se produzca simultáneamente con un flanco de reloj o una transición de salida de datos. La DOUT el pin es de alta impedancia cuando el ADC no está convirtiendo. Durante el funcionamiento, emite primero un bit REFRDY y le siguen los datos en serie de 12 bits. La figura 2 muestra el diagrama de bloques y la temporización digital. El diagrama de bloques ilustra la disposición de las clavijas y las diferencias funcionales entre el LTC1401 y el LTC1404. El bit REFRDY indica que la referencia interna está lista para la conversión. REFRDY es un 1 lógico si la referencia es válida; en caso contrario, emite un 0. Este indicador de bits se convierte en una función muy útil cuando el chip cambia entre los modos activo y desactivado.

Figura 2. Diagramas de bloques y de tiempos.

Modos de parada NAP y SLEEP

La combinación de las señales CLK y CONV realiza otra función muy importante. Los ADCs pueden ponerse en modo NAP o SLEEP manejando adecuadamente estas dos señales de entrada. La figura 3 muestra la forma de onda del apagado. Con CLK mantenido a un nivel lógico bajo, dos pulsos CONV consecutivos activan el modo NAP y apagan todos los circuitos internos excepto la referencia, que carga completamente el condensador de bypass externo; el bit REFRDY está en alto. En estas condiciones, las corrientes de alimentación del LTC1401 y del LTC1404 son de 500µA y 1,3mA respectivamente. Cualquiera de los dos ADC puede despertarse rápidamente para reanudar la conversión. Si el ADC no se despierta y CLK sigue manteniéndose bajo, otros dos pulsos consecutivos de CONV (cuatro pulsos en total) activan el modo SLEEP y detienen la referencia; la carga de sus condensadores de derivación pasa a cero y el bit REFRDY se pone bajo, reduciendo la corriente de alimentación a 6,5µA para el LTC1401 y a 8µA para el LTC1404. La figura 4 muestra el consumo de energía del LTC1404 en sus distintos modos de funcionamiento.

Figura 3: Formas de onda de los modos NAP y SLEEP.

Figura 4: Consumo de energía del LTC1404 en diferentes modos de funcionamiento.

Indicador de referencia listo

En el modo NAP o SLEEP, el primer flanco ascendente de CLK devuelve el ADC al funcionamiento normal. Cuando se desactiva el modo SLEEP en el LTC1404, la referencia interna se enciende primero y el condensador de referencia se carga lentamente. Como el LTC1404 tiene una capacidad de corriente de fuente limitada para cargar el condensador, se requiere un tiempo finito y este tiempo depende del valor de la capacitancia. La monitorización del bit REFRDY impide adivinar cuando el condensador está totalmente cargado. El bit REFRDY garantiza que la referencia es estable y que el resultado digital es correcto. Algunos ADC de la competencia necesitan una referencia fuera del chip. Con estas piezas, corresponde al diseñador del sistema encontrar la forma de poner la referencia en reposo y determinar el tiempo que tarda en despertarse. Debido a variaciones en la placa o en las condiciones de carga de la referencia, la salida convertida puede no ser correcta debido a los diferentes tiempos de activación de la referencia. Gracias a su esquema de apagado propio, los LTC1401 y LTC1404 de alta velocidad pueden ahorrar más energía cuando funcionan a bajas frecuencias de muestreo que algunos ADC de "micropoder" sin función de apagado.

Plano del terreno

Al igual que otros convertidores analógicos de alta resolución y alta velocidad, el LTC1401/LTC1404 requiere una atención especial a los detalles de diseño. Entre ellos están la conexión a tierra, la derivación y la inductancia del cable. El mejor rendimiento se consigue cuando el LTC1401/LTC1404 se utiliza como dispositivo analógico y se alimenta con una fuente analógica. Su clavija de tierra debe estar conectada a un plano de tierra analógico. Este plano de tierra debe tener una sola conexión a la tierra del sistema. Esto evita que las corrientes de tierra del sistema tomen un atajo a través de la tierra analógica. Esta única conexión debe realizarse en un punto cercano a la clavija de tierra del ADC. Alternativamente, una resistencia de 10Ω o un puente de cuentas de ferrita en lugar de un cortocircuito directo puede ayudar a reducir el ruido digital.

Anulando el suministro de energía

El ruido de la fuente de alimentación puede provocar errores en el ADC. A bajas frecuencias, el convertidor tiene muy buen rechazo de la fuente de alimentación, pero a medida que aumenta la frecuencia, todos los convertidores pierden su capacidad de rechazar el ruido de la fuente de alimentación. Para eliminar el ruido de la fuente de alimentación, el LTC1401/LTC1404 VDC debe derivarse directamente al plano de tierra analógico con un buen condensador AVX de 10µF en paralelo con una cerámica de 0,1µF; para obtener mejores resultados, se puede añadir otro condensador AVX de 10µF. A 600 ks, la frecuencia CLK del LTC1404 puede alcanzar los 9,6 MHz. Algunos condensadores de mala calidad pueden perder más del 80% de su capacidad en este rango de frecuencias. Por tanto, es importante consultar la hoja de datos del fabricante antes de seleccionar un condensador. Para el LTC1404, a 600ksps, cada decisión de bit debe determinarse en 104ns (9,6MHz). Durante este breve intervalo de tiempo, la perturbación de la fuente de alimentación debida a la transición de CLK debe estabilizarse, el ADC debe actualizar su DAC, tomar una decisión de comparación, bloquear la nueva información del DAC y emitir los datos en serie. Ambos ADCs sólo tienen un pin de alimentación, que se conecta a los circuitos analógicos y digitales internos. Cualquier timbre debido a una mala derivación, a una inductancia de traza parásita, a un sobreimpulso/desimpulso de CLK y CONV o a un DOUT la carga de corriente puede provocar errores en el CAD. Deben evitarse los trazos estrechos de suministro. Su inductancia, comparativamente alta, puede comprometer el rendimiento de la derivación y los errores de conversión. Las señales de entrada de los pines CLK y CONV deben estar correctamente terminadas. La DOUT la señal debe amortiguarse si es necesario para conducir una traza larga o una carga pesada.

Rendimiento de CC y CA

Teniendo en cuenta estas preocupaciones básicas, no es difícil obtener el mejor rendimiento del LTC1401 y del LTC1404. El rendimiento de CC del LTC1401 y el LTC1404 incluye ±1LSB INL y DNL. No se garantiza la ausencia de códigos en la temperatura. Además de estas excelentes especificaciones de CC, estos dispositivos tienen referencias de precisión corregidas por curvatura de 1,20V (LTC1401) o 2,43V (LTC1404). Para las aplicaciones de conversión de alta frecuencia, el LTC1401 y el LTC1404 destacan por su excelente rendimiento en CA. Las figuras 5 y 6 muestran el rendimiento del LTC1401 y del LTC1404, respectivamente.

Figura 5a. FFT DEL LTC1401.

Figura 5b. Error DNL del LTC1401.

Figura 5c. Error INL del LTC1401.

Figura 6a. LTC1404 FFT.

Figura 6b. Error DNL del LTC1404.

Figura 6c. LTC1404 Error INL.

El LTC1401 y el LTC1404 encontrarán aplicaciones en telecomunicaciones, procesamiento de señales digitales, tarjetas de adquisición de datos para ordenadores portátiles y adquisición de datos de alta velocidad o multiplexados.

En las aplicaciones de telecomunicaciones, como la HDSL (interfaz de línea de abonado digital de alta velocidad), son esenciales la alta velocidad y la baja disipación de energía, porque los sistemas suelen alimentarse de la propia línea telefónica. Se requiere un excelente rendimiento dinámico para muestrear y mantener el ADC. La interfaz en serie reduce al mínimo el número de líneas de señal que hay que tender, ahorrando mucho espacio en la placa. El LTC1404 a 600ksps, con su huella SO-8, es una excelente opción para aplicaciones HDSL. A 584 ksps, con codificación 2B1Q, el LTC1404 recibe a 2,048 Mbps a través de dos hilos.

Otro uso habitual de los ADC es en las aplicaciones de adquisición de datos. Los diseñadores de sistemas siempre se han enfrentado al problema de optimizar las aplicaciones de adquisición de datos en términos de velocidad, tamaño, potencia y coste, especialmente en los diseños portátiles. La alta frecuencia de muestreo, el alto nivel de integración funcional y el bajo coste de estos convertidores los convierten en opciones ideales para estas aplicaciones. El LTC1401 y el LTC1404 pueden interconectarse fácilmente con un MUX de bajo coste (por ejemplo, CD4051, 74HC4051 o LTC1391) gracias a sus entradas de alta impedancia. La alta impedancia de entrada de estos ADCs elimina la necesidad de un buffer entre el MUX y el ADC, reduciendo así el coste y el espacio en la placa.

Los nuevos LTC1401 y LTC1404 presentan un rendimiento ADC completo y una interfaz serie fácil de usar. Estos dispositivos completos, autónomos, de alta velocidad y bajo consumo, simplificarán el trabajo de los diseñadores de sistemas.

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