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      8位半閃速架構A/D轉換器TLC5510的性能特點和典型應用電路研究

      2020年07月31日 15:38 ? 次閱讀

      1、 TLC5510簡介

      TLC5510是美國德州儀器TI)公司的8位半閃速架構A/D轉換器。采用CMOS工藝,大大減少比較器數。

      TLC5510最大可提供20 Ms/s的采樣率,可廣泛應用于高速數據轉換、數字TV、醫學圖像、視頻會議以及QAM解調器等領域。TLC5510的工作電源為5 V,功耗為100 mW(典型值)。內置采樣保持電路,可簡化外圍電路設計。TLC5510具有高阻抗并行接口和內部基準電阻,模擬輸入范圍為0.6 V~2.6 V。

      1.1 引腳功能描述

      TLC5510采用24引腳的貼片封裝,其引腳配置如圖1所示,各引腳功能描述如下:

      AGND:模擬信號地;

      ANGLOG IN:模擬信號輸入端;

      CLK:時鐘輸入端;

      DGND:數字信號地;

      D1~D8:數據輸出端。D1為數據低位,D8為數據高位;

      OE:輸出使能端。OE為低電平時數據端有效,否則數據端為高阻態;

      VDDA:模擬電路工作電壓;

      VDDD:數字電路工作電壓;

      REFTS:內部參考電壓。當內部分壓器輸出額定2 V基準電壓時,該端短路至REFT;

      REFT:參考電壓(T代表Top為2.6 V);

      REFB:參考電壓(B代表Bottom為0.6 V);

      REFBS:參考電壓。當內部分壓器產生2 V的額定基準電壓時,該端短路至REFB。

      8位半閃速架構A/D轉換器TLC5510的性能特點和典型應用電路研究

      1.2 典型應用電路

      TLC5510的基準電源有多種接法,根據不同場合選擇適當基準電源,利用內部基準源,TLC5510典型應用電路如圖2所示。由于其測量范圍為0.6 V~2.6 V(即:TLC5510在轉換時模擬輸入0.6 V時對應數字輸出00 000 000,2.6 V對應的數字輸出11111 111),因此輸入信號在進入TLC5510之前要塒其處理,要使該輸入信號處于量程內,應加入一個1.6 V的直流分量。

      2、 基于TLC5510的數據采集設計

      2.1 兩級采樣

      TLC5510雖采樣率高,但受干擾嚴重。基于上述特點,將TLC5510運用于寬頻數字示波器的數據采集。為了提高抗干擾能力,專門設計一個有源晶振模塊為TLC5510提供采樣時鐘,但導致采樣率不可調。為了解決這個問題,采用兩級采樣。第一級采樣為控制A/D轉換器對外圍的電信號高速采樣,并將其采樣保存到FPGA內部寄存器,該級采樣率恒定不變,并由硬件設計實現;第二級采樣為軟件采樣,即由FPGA采樣控制模塊從寄存器中提取第一級采集結果,該級采樣率是可調的。

      2.2 等效采樣

      根據奈奎斯特定律,采樣頻率高于信號頻率的兩倍就可恢復原波形。當采樣頻率等于或小于信號頻率可采用等效采樣,在不同周期獲取不同相位的幅值,根據相位將幅值連續排列即可復原波形。

      采用內觸發采樣,即巾被測信號的某相位點位為觸發,然后存儲。其實現過程:每一個完整的采樣需采集256個點,每一個采樣點都是由相同電平觸發,觸發后啟動FPGA內部的計數器,對高頻脈沖記數,脈沖數不同,代表相位也不相同。經過256個周期,就可采集256個不同的相位點。

      3、 基于FPGA的等效采樣

      3.1 實現方案

      該系統沒計采用延遲法來實現等效采樣。如圖3所示,設輸入信號f(t)的周期為T(頻率為f),若將f(t)的一個周期T以△t等分,在時間t1進行第一次取樣,為了采集到下一個相位點,在時間t2進行第二次采樣,tl~t2可相隔多個信號周期。假設m個,則相鄰兩個采樣脈沖的時間間隔為(mT+△t)。如此類推,以下3個采樣點則分別在t3,t4,t5時刻采樣。在每個觸發位置延時N△t(N=0,1,2,3…)后存儲采樣,即可合成一個完整波形。這種方法控制方便,通過FPGA完成整個觸發、延時、采樣和存儲功能,但對觸發電路和延時電路要求很高。

      3.2 硬件電路設計

      3.2.1 整形觸發電路

      由于每一次采樣都要由某一事件觸發,所以該系統設計采用內觸發,即觸發源為被采樣信號,并由硬件觸發電路實現。該電路可把各種波形的周期信號整形為與原信號周期相同的方波信號。

      由于采用等效采樣技術,其被測信號頻率較高。假設被采樣信號的最高頻率約為10 MHz,則整形器件選用Maxim公司的電壓比較器MAX912。當輸入信號電壓高于預置的觸發電平時,輸出高電平;反之輸出低電平。圖4所示為整形觸發電路。

      3.2.2 采樣保持電路

      每次采樣是比觸發時刻延遲N△t的數據點,但由于被采樣信號頻率很高,要準確采樣到該點基本無法實現。為此需要引入采樣保持電路。

      采樣保持電路的功能:在采樣時刻到來之前,該模塊的輸出電壓隨輸入電壓變化。當到達采樣時刻時,輸出電壓保持不變,以供TLC5510采樣。其具體電路如圖5所示。

      該采樣保持電路由兩片運算放大器A1,A2和模擬開關A3構成,采樣時通過FPGA控制時鐘使A3的通道S1導通。A1,A2為單位增益的電壓跟隨器,故Uo=Uc=Uo,此時電容充電至Uc。因電壓跟隨器的輸出電阻很小,故電容快速充電。斷開S1,南于UC無放電通路,其電壓基本不變,故UO保持不變,即保存采樣結果。

      3.3 軟件編程控制

      等效采樣的軟件控制實際上是指對采樣時刻的控制和對外圍采樣保持電路時序的控制,該控制可以在FPGA內部編程實現,對應的實現模塊如圖6所示,主要由兩部分組成。其一為數字鎖相環(PLL),用于產生頻率足夠高的脈沖信號。由于采樣率與△t有關,因此將原來FPGA自帶的40 MHz時鐘信號送入數字鎖相環使之5倍頻,進而提高至200 MHz。其二為控制模塊,采用同步開啟異步復位的編程思想。它有兩個時鐘輸入端:clkce2是被測信號經整形電路后的脈沖信號,該信號為同步信號,也為觸發源。每次采樣都由該信號觸發開始計數;clk_200是數字鎖相環產生的高頻采樣脈沖,計數開始后內部計數器對clk_200計數,當計數到m后(即肌△t時間),計數完畢,馬上控制采樣保持電路進入保持狀態,然后在經過若干個clk_200時鐘周期后(為了使信號完全進入保持狀態電平達到穩定),采樣該數據點(每一數據點代表一個相位的數據值)。若每一個采樣周期需要采樣256個點,則最大延時為256△t=256/200=1.28μs,而被測信號為10 MHz,其周期為0.1μs,所以兩采樣點之間至少要間隔13個周期。

      4 、結束語

      采用傳統的實時采樣方法可對頻率低于1MHz的信號進行采樣,而對于頻率較高的信號,則介紹基于FPGA的等效采樣技術,能使得TLC5510對高頻信號采樣,TLC5510應用更加廣泛。

      責任編輯:gt

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      發表于 2020-07-27 11:02? 55次閱讀
      利用MAX260的特性實現預濾波器的設計

      采用全差分結構的高性能采樣/保持電路的設計

      采樣/保持電路是模數轉換器的重要組成部分,它的性能決定著整個A/D轉換器的性能。隨著科學技術的發展,....
      發表于 2020-07-26 11:03? 139次閱讀
      采用全差分結構的高性能采樣/保持電路的設計

      數字萬用表故障的五種排除方法

      數字萬用表(DMM)是利用模/數轉換原理,將被測量轉化為數字量,并將測量結果以數字形式顯示出來的一種....
      發表于 2020-07-25 10:32? 376次閱讀
      數字萬用表故障的五種排除方法

      微型無人機的電力動力系統是由哪些結構組成的

      目前大型、小型、輕型無人機廣泛采用的動力裝置為活塞發動機系統。而出于成本和使用方便的考慮,微型無人機....
      發表于 2020-07-24 17:37? 190次閱讀
      微型無人機的電力動力系統是由哪些結構組成的

      信號線、連接器、電源線三者之間有什么的角色關系?

      電子產品中不可或缺的除了電子元器件以外,還有線束。雖然也有很多產品用到了板對板連接器可以替代線材,但....
      發表于 2020-07-24 15:58? 175次閱讀
      信號線、連接器、電源線三者之間有什么的角色關系?

      激光打標設備冷卻系統監測控制系統的原理及軟硬件設...

      冷卻系統中冷卻的對象是氪燈,被安置在冷卻腔體內,該器件價格昂貴,占設備成本的比例很高。不完善的冷卻系....
      發表于 2020-07-24 15:38? 166次閱讀
      激光打標設備冷卻系統監測控制系統的原理及軟硬件設...

      基于壓力傳感器和A/D轉換器實現軸載質量測定儀的...

      隨著我國經濟的迅猛發展,公路運輸業成為國民經濟中的支柱產業之一,運輸車輛的數量也在成幾何基數增長。雖....
      發表于 2020-07-24 14:45? 99次閱讀
      基于壓力傳感器和A/D轉換器實現軸載質量測定儀的...

      采用TSMC0.18混合信號雙阱CMOS工藝實現...

      隨著集成電路技術的不斷發展,高性能運算放大器廣泛應用于高速模/數轉換器(ADC)、數/模轉換器(DA....
      發表于 2020-07-24 11:32? 124次閱讀
      采用TSMC0.18混合信號雙阱CMOS工藝實現...

      延遲鎖相環電路的實現方案應用于高分辨率A/D轉換...

      數據轉換器的主要作用要么是由定期的時間采樣產生模擬波形,要么是由一個模擬信號產生一系列定期的時間采樣....
      發表于 2020-07-24 11:14? 53次閱讀
      延遲鎖相環電路的實現方案應用于高分辨率A/D轉換...

      采用NMOS差分對結構實現低電壓運算放大器的設計

      已有文獻[2]采用PMOS差分對來實現電源電壓為1V的運算放大器,但由于Vt,PMOS的典型值為-0....
      發表于 2020-07-24 10:11? 215次閱讀
      采用NMOS差分對結構實現低電壓運算放大器的設計

      三星針對TWS設備推出兩個電源管理集成電路芯片

      由于一些智能手機品牌從某些手機中刪除了3.5毫米音頻插孔,因此藍牙耳機市場正在迅速增長。所有藍牙耳機....
      發表于 2020-07-24 08:56? 202次閱讀
      三星針對TWS設備推出兩個電源管理集成電路芯片

      五菱宏光MINI EV:純電動汽車,家用220V...

      中國人現在到底有錢嗎?這個問題一直以來都存在爭議,如果只看網友在某乎上面的表現,那確實人均985,出....
      發表于 2020-07-24 08:47? 1774次閱讀
      五菱宏光MINI EV:純電動汽車,家用220V...

      Eurocom推出 780W 電源適配器,可用于...

      根據外媒 TechPowerUp 的消息,Eurocom 為筆記本推出 780W 電源適配器,可用于....
      發表于 2020-07-24 08:47? 134次閱讀
      Eurocom推出 780W 電源適配器,可用于...

      臺式電腦的電源線和電飯鍋的電源線為什么一模一樣?

      經常拆裝電腦并且擅長做飯的機友可能會發現,自己的臺式電腦的電源線和電飯鍋用的電源線一模一樣,完全可以....
      發表于 2020-07-24 08:47? 85次閱讀
      臺式電腦的電源線和電飯鍋的電源線為什么一模一樣?

      新的Nvidia圖形卡將得到新的12針電源連接器...

      似乎有關即將推出的新一代Ampere Nvidia顯卡上新的12針電源連接器的謠言已得到證實。消息人....
      發表于 2020-07-23 15:00? 68次閱讀
      新的Nvidia圖形卡將得到新的12針電源連接器...

      數字旋轉變壓器實現異步電機轉子位置信號的精確測量

      提供給控制器的位置信號有兩種輸出方式,一是SPI輸出(12位),最高傳輸速率為2Mbps;二是模擬增....
      發表于 2020-07-23 14:28? 154次閱讀
      數字旋轉變壓器實現異步電機轉子位置信號的精確測量

      FD05型AGC中頻放大器模塊的電路工作原理和實...

      根據模塊的功能要求及環境要求,設計時首先初步確定了電路模式,并繪制出電路原理圖,然后進一步分析原理框....
      發表于 2020-07-23 11:29? 86次閱讀
      FD05型AGC中頻放大器模塊的電路工作原理和實...

      圖像信號處理器和視覺處理器市場的技術趨勢

      如今,圖像傳感器必須超越“拍攝圖像”,能夠實現“分析圖像”,這就是視覺處理器存在的原因。根據Yole....
      發表于 2020-07-23 11:14? 358次閱讀
      圖像信號處理器和視覺處理器市場的技術趨勢
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