WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

№ 8, АВГУСТ 2003 СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ И СИСТЕМЫ 2003 август № 8 (72) МАССОВЫЙ ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ Учредитель и издатель: НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА VD MAIS

Зарегистрирован Министерством информации Украины 24.07.96 г. Свидетельство о регистрации: серия КВ, № 2081Б Издается с мая 1996 г. Подписной индекс 40633 Директор фирмы VD MAIS: В.А. Давиденко Главный ре дактор: А.В. Ермолович Научный редактор: В.А. Романов Редакционная коллегия: В.А. Давиденко В.В. Макаренко В.Р. Охрименко Технический редактор: Г.Д. Местечкина Набор: С.А. Чернявская Верстка: М.С. Заславская Дизайн: А.А. Чабан С.А. Молокович Адрес редакции: Украина, Киев, ул. Жилянская, 29 Тел.: (044) 227 2262, 227 1356 Факс: (044) 227 3668 E m a i l : info Интернет: Адрес для переписки: Украина, 01033 Киев, а/я 942 Цветоделение и печать ДП “Такі справи” т./ф.: 456 9020 Подписано к печати 22.08.2003 Формат 6084/8 Тираж 1000 экз. Зак. № 308 157 1301 СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ Светочувствительный сенсор LX1970 ….................................................... 3 Двухканальный температурный сенсор с автоматической калибровкой смещения нуля …................................. 3 Пленочные мультисенсоры для идентификации запахов и газов …... 5 КМОП датчик изображения ….................................................................... 7 ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Характеристики керамических конденсаторов ….................................. 9 УСИЛИТЕЛИ Шумы в операционных усилителях …..................................................... 12 АЦП и ЦАП Многоканальные 10 /12 разрядные АЦП с программируемой конфигурацией входных цепей …....................... 15 ПЛИС Расширение областей применения ПЛИС …......................................... 16 МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ Низкоскоростные USB микроконтроллеры фирмы Cypress Semiconductor ….............................................................. 22 Микросхема контроллера трехфазного электродвигателя переменного тока ….......................... 26 Интерфейс DSP Blackfin с видеоконтроллерами …............................. 27 ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ DC/DC преобразователи серии ALT с выходной мощностью 25 и 30 Вт …...................................................... 28 ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И СВЯЗЬ Новые микросхемы синтезаторов частот ….......................................... 31 КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ Одноплатные компьютеры в стандарте PCI платы полной длины …................................................. 34 WBS программное обеспечение для SCADА ….................................. 36 Малогабаритный широкополосный анализатор спектра НМ5033.................................................................. 38 ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ Поверхностный монтаж компонентов при сборке электронной аппаратуры: особенности освоения ….... 41 КОНКУРС: ЛУЧШАЯ РАЗРАБОТКА ГОДА Магнитоэлектрические виброизлучатели с уменьшенным уровнем акустического излучения …......................... 44 КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ Правительство Великобритании инвестирует сетевые микронанотехнологии.....................................… 46 Дифференциальный усилитель для высоковольтных систем управления …............................................. 46 Новое поколение сигма дельта АЦП ….................................................. 46 Периферийное сканирование универсальный метод тестирования СБИС …....................................... 47 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗДЕЛИЯ Оценочная плата ADSP 21535 EZ KIT LITE …......................................... Перепечатка опубликованных в журнале материалов допускается c разрешения редакции. За рекламную информацию ответственность несет рекламодатель.

Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp CONTENTS № 8, АВГУСТ SENSORS Visible Light Sensor ….............................................................................. 3 Dual Channel Temperature Sensor Feature Automatic Thermal Offset Calibration …............................... 3 Gas Sensor Elements for Odor Identification …................................. 5 CMOS Image Sensor ….......................................................................... 7 PASSIVE COMPONENTS Ceramic Capacitors Performances …................................................... 9 AMPLIFIERS Op Amp Noise Sources …................................................................... 12 ADCs & DACs Multichannel 10 /12 bit SAR ADCs Offer Programmable Input Configuration …...................................... 15 PROGRAMMABLE LOGIC FPGA and CPLD Applications Development …................................. 16 MICROCONTROLLERS AND DSPs Cypress Semiconductor's Low Speed USB Controllers …............... 22 3 Phase AC Motor Controller …......................................................... 26 Blackfin DSPs and Videocontrollers Interface …................................ 27 POWER SUPPLIES ALT Series DC/DC Converters with 25 and 30 Watt Output Power …............................................................. 28 COMMUNICATIONS New PLL Frequency Synthesizer ICs …............................................... 31 CONTROL AND AUTOMATION Single Board PCI Bus Computers …................................................... 34 White Board System SCADA Software ….......................................... 36 New Hameg Instruments' Wideband Spectrum Analyzer HM5033........................................... 38 SURFACE MOUNT TECHNOLOGY SMT Components Assembly Features …............................................. 41 BEST DESIGN ANNUAL CONTEST Magnetoelectric Vibration Transducers with Low Sound Emission …................................................................. 44 NEWS BRIEFS U.K. Government Invest $150M in Network Nanotechnology ….. 46 Difference Amp for 42 V Automotive Systems ….............................. 46 AD779x the Clear Leader in 24 bit ADCs ….......................... 46 Boundary Scan Universal Technology for the Future …................ 47 PERSPECTIVE PRODUCTS Evaluation Board ADSP 21535 EZ KIT LITE ….................................. Reproduction of text and illustrations is not allowed without written permission.

ELECTRONIC COMPONENTS AND SYSTEMS August 2003 No 8 (72) Monthly Scientific and Technical Journal Founder and Publisher: Scientific Production Firm VD MAIS Director V.A. Davidenko Head Editor A.V. Yermolovich Scientific Editor V.A. Romanov Editorial Board V.A. Davidenko V.V. Makarenko V.R. Ohrimenko Typographier G.D. Mestechkina Type and setting S.A. Chernyavskaya Layout M.S. Zaslavskaya Design A.A. Chaban S.A. Molokovich Address: Zhilyanska St. 29, P.O. Box 942, 01033, Kyiv, Ukraine Tel.: (380 44) 227 2262 (380 44) 227 1356 Fax: (380 44) 227 3668 E mail: info@vdmais.kiev.ua Web address: www.vdmais.kiev.ua Printed in Ukraine Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ СЕНСОР LX Светочувствительный сенсор LX1970 фирмы Microsemi имеет спектральную характеристику человеческого глаза и предназначен для систем контроля яркости мониторов, осветительных установок и других светоизлучающих приборов. Особенности этого сенсора рассмотрены в приведенной ниже статье. В. Романов LX1970 новый светочувстви тельный сенсор, спектральная ха рактеристика которого практичес ки не отличается от спектральной характеристики человеческого гла за (рис. 1) [1]. В составе LX1970 имеется уникальный фотодиод, вы полненный по специальной техно логии [2], пиковое значение спект ральной характеристики которого соответствует длине волны 540 нм. Фотодиод отличается высокой ли нейностью и повторяемостью пе редаточной характеристики. Функ циональная схема сенсора приве дена на рис. 2. Сенсор имеет два выхода: ISRC и ISNK. Передаточная характеристика для каждого выхо да приведена на рис. 3. Основные характеристики сен сора: • длина волны, на которой обеспе чивается максимальная чувстви тельность, 540 нм • разрешение 146 нВт/см2 • чувствительность при длине волны 540 нм 2.6 А/(Вт/см2) • типовое значение тока ISRC 38 мкА • типовое значение тока ISNK 38 мкА • напряжение питания от 2 до 5.5 В • максимальный входной ток 110 мкА • диапазон рабочих температур от 40 до 85 °С • тип корпуса 8 MSOP. Фирма Microsemi поставляет оценочную плату, укомплектован ную светочувствительными сенсо рами LX1970. В составе платы име ется диск с отверстиями для свето вых лучей [3]. ЛИТЕРАТУРА: 1. Human Eye Light Sensor for Less then 1 euro Volume Price//EРN, No 2, 2003. 2. Visible Light Sensor LX1970. Production Data Sheet (www.mi crosemi.com). 3. LX1970 Evaluation Board User's Guide (www. microsemi.com).

Рис. 1. Спектральная характеристика сенсора LX1970 (а) и человеческого глаза (б) Рис. 2. Функциональная схема светочувствительного сенсора LX Рис. 3. Передаточные характеристики сенсора LX ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ СЕНСОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКОЙ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ Новый двухканальный цифровой термометр ADT7461 позволяет информировать пользователя о выходе температуры окружающей среды за установленные границы, обеспечивает снижение влияния сопротивления длинной линии при дистанционном измерении температуры, имеет два диапазона измерения температуры: основной и расширенный. Особенности нового температурного сенсора рассмотрены в настоящей публикации. В. Романов ADT7461 двухканальный циф ровой термометр, предназначен ный для измерения температуры и управления температурным режи мом сложных систем [1]. Он полно стью совместим с сенсором преды дущего поколения ADM1032 и по сравнению с ним имеет ряд допол нительных особенностей: • ослабляет влияние паразитного сопротивления длинной линии на точность измерения, если в каче стве чувствительного элемента ис пользуется выносной диод или транзистор • позволяет программно управлять температурным режимом внутри системы или устройства • имеет два автоматически пере ключаемых температурных диапа зона.

Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ № 8, АВГУСТ Рис. 1. Структурная схема сенсора ADT7461 Структурная схема сенсора используется p n переход (база чего тока I на коэффициенты N1 и ADT7461 приведена на рис. 1 [2]. эмиттер) транзистора, который N2. Пропуская через p n переход Сенсор имеет встроенный чувстви имеет постоянное смещение VBE. сначала токи I и N1I, а затем I и тельный элемент и одновременно Величина этого смещения имеет N2I, получают соответственно может измерять температуру с по разброс от образца к образцу, что уровни напряжений VBE1 и VBE2. мощью выносного элемента. Путем последующих вычислений влияет на точность измерения тем Параметры сенсора ADT7461: пературы. Кроме того, паразитное определяется температура окру • точность измерения температуры сопротивление линии связи чувст жающей среды вблизи транзисто 1 и 3 °С (для выносного и встроен вительного элемента с ИМС ра, при этом исключается постоян ного чувствительного элемента ADT7461 также вносит погреш ное смещение VBE и сопротивление соответственно) ность в результат измерения. В сен линии связи [2]. Емкость С1 служит • разрешение 0.25 и 1 °С (для вы соре ADT7461 предусмотрены ав для фильтрации помех в линии свя носного и встроенного чувстви томатическое ослабление влияния зи. Информативный параметр VBE тельного элемента соответствен паразитного сопротивления на (t°) представляет собой перемен но) точность измерения температуры, ное напряжение, которое через • диапазон температур: основной а также компенсация постоянного фильтр нижних частот поступает на от 0 до 127 °С и расширенный от смещения VBE. Это осуществляется вход стабилизируемого прерыва 40 до 150 °С входным устройством ADT7461, нием усилителя [3], а далее • максимальное время преобразо функциональная схема которого на вход АЦП. Таким же образом осуществляется обработка сигна вания по двум каналам 143 мс приведена на рис. 2. Для выделе • совместим по выводам с сенсо ния информативного параметра ла встроенного чувствительного ром ADM1032 VBE (t°) рабочий ток через p n пе элемента. Чтобы изменить диапа реход чувствительного элемента зон измеряемой температуры, не • имеет двухпроводной SMBus по разбивается на три составляющие обходимо перепрограммировать следовательный интерфейс • задает программно границы тем I, N1I и N2I, где два последних то регистр "configuration register" ка являются произведениями рабо (рис. 1). пературного диапазона • обеспечивает автоматическую калибровку смещения нуля • напряжение питания от 3 до 5 В • ток потребления в рабочем режи ме 170 мкА, в режиме покоя 5.5 мкА • тип корпуса 8 микроSO или 8 SO. При измерении температуры в удаленных точках, как правило, Рис. 2. Функциональная схема входного канала сенсора ADT Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ вентилятора для поддержания тем пературы в заданных пределах. Кроме того, сенсор ADT7461 может найти широкое применение в портативных компьютерах, про мышленных контроллерах, измери тельных приборах, автомобильной электронике и т. п. Серийное про изводство сенсора ADT7461 нача лось со второй половины 2003 го да.

Рис. 3. Функциональная схема типового применения температурного сенсора ADT7461 Сенсор ADT7461 имеет два вы значения. хода прерывания ALERT и THERM. Сенсор ADT7461 позволяет оп Первый используется, если необхо ределить разрыв в цепи выносного димо задать верхнюю и нижнюю чувствительного элемента. В этом границы диапазона рабочих тем случае сигнал тревоги по линии ператур. При выходе температуры прерывания поступает во внешний за пределы этого диапазона сигнал контроллер или компьютер. Функ прерывания ALERT поступает в кон циональная схема типового приме троллер или исполнительное уст нения температурного сенсора ройство. Второй выход прерывания ADT7461 приведена на рис. 3. используется для того, чтобы сигна Сенсор осуществляет температур лизировать о выходе температуры ный мониторинг в корпусе компью за границы предельно допустимого тера, а также управляет скоростью ЛИТЕРАТУРА: 1. Dual Channel Temperature Sensor Features Wide Temp Range and Automatic Thermal Offset Cali bration. Press Releasе (www.ana log.com/Press_Releases). 2. ±1°C Temperature Monitor with Seriesе Resistance Cancellation ADT7461. Preliminary Technical Data (www.analog.com). 3. Литвих В. Особенности при менения прецизионных усилите лей//ЭКиС. Киев: VD MAIS, 2002, № 1.

ПЛЕНОЧНЫЕ МУЛЬТИСЕНСОРЫ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЗАПАХОВ И ГАЗОВ Интеллектуальные устройства типа "электронный нос" получают все большее распространение в различных областях человеческой деятельности, таких как парфюмерная и пищевая промышленность, виноделие и сыроварение, медицинская диагностика, экологический мониторинг, обеспечение безопасности в угольной и горнодобывающей промышленности. Полупроводниковые пленочные сенсоры для таких устройств рассмотрены в настоящей статье. В. Романов Пленочные металлооксидные сенсоры для газового анализа и идентификации запахов произво дятся по той же технологии, что и гибридные микросборки [1]. Кор пуса таких сенсоров мало чем от личаются от корпусов обычных ИМС, поэтому технология проекти рования, производства и сборки законченных изделий типа "элек тронный нос" такая же, как и при производстве любой другой элек тронной аппаратуры. Это позволя ет легко автоматизировать все процессы проектирования произ водства устройств газового анали за и идентификации запахов. Известным производителeм пленочных сенсоров для газового анализа является немецкая компа ния UST Umweltsensortechnik GmbH [2]. На рис. 1 показаны уст ройство и конструкция пленочного газового сенсора. Чувствительный Сенсор в стальном колпачке а) б) Выводы нагревателя Кристалл сенсора Выводы чувствительного слоя в) Рис. 1. Устройство (а) и конструкция (б, в) пленочного газового сенсора Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ Кроме того, фирмой выпускают ся матричные мультисенсоры, объединяющие в одном корпусе несколько чувствительных пленок. Изменяя температуру одной из чув ствительных пленок, можно управ лять чувствительностью мультисен сора. Диапазон измерения концен трации пленочных сенсоров от не скольких ррв до 5 vol. %, где ррв молярная, а vol. объемная кон центрация. На базе полупроводни ковых мультисенсоров фирмы UST Umweltsensortechnik выпускается набор индикаторов, мониторов и селективных идентификаторов от дельных компонентов газовых сме сей. На рис. 3 показан детектор № 8, АВГУСТ газовый монитор для идентифика ции более чем тридцати газов в со ставе сложной газовой смеси. Характеристика концентрации не которых газов в составе газовой смеси, полученная с помощью га зового монитора, приведена на Рис. 2. Зависимости проводимости сенсора GGS 1330 T от концентрации газов CH4, CO, H2 при температуре 450 °С слой сенсора представляет собой алюмооксидную пленку Al2O3. Ес ли нагреть пленку до температуры в несколько сотен градусов, то под воздействием анализируемого га за начинает изменяться ее прово димость, причем величина этого из менения зависит от концентрации анализируемого газа. Типовая за висимость проводимости от кон центрации газов CH4, CO и H2 сен сора GGS 1300 при температуре чувствительного слоя 450 °С приве дена на рис. 2, где RSO сопротив ление чувствительного слоя при ну левой концентрации анализируе мого газа, RS сопротивление чув ствительного слоя в зависимости от концентрации анализируемого газа. Особенности сенсоров, выпус каемых фирмой UST Umweltsen sortechnik, приведены в таблице. Особенности газовых сенсоров Рис. 5. Характеристика концентрации газов в составе газовой смеси рис. 5. Если данный газовый мони тор обеспечить специальным ПО для решения задачи распознава ния запахов, на его основе может быть создан универсальный "элек тронный нос". Таким образом, с помощью на бора пленочных сенсоров фирмы UST Umweltsensortechnik можно ре шать комплексные задачи газового анализа, начиная от детектирова ния дыма, горючих и взрывоопас ных газов и заканчивая идентифи кацией запахов и газов в составе сложных газовых смесей. ЛИТЕРАТУРА: 1. Романов В. Электронный нос: элементная база и принципы пост роения//ЭкиС. Киев: VD MAIS, 2002, № 10. 2. Gas Sensor Elements (www.umweltsensortechnik.de).

Рис. 3. Детектор взрывоопасных газов взрывоопасных газов: метана (CH4), пропана (C3H8) и водорода (H2). В детекторе использованы сенсоры GGS 1000 и GGS 3000. На рис. 4 представлен селективный Рис. 4. Газовый монитор для идентификации тридцати газов в составе газовой смеси Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ КМОП ДАТЧИК ИЗОБРАЖЕНИЯ В настоящее время КМОП датчики изображения (CMOS images sensors), которые значительно дешевле и проще в изготовлении, чем ПЗС датчики изображения, широко применяются в видеоустройствах, предназначенных для массового применения (цифровых фото и видеокамерах, сканерах и многих других устройствах). В статье рассмотрены структурная схема, возможности и технические характеристики выпускаемого фирмой National Semiconductor полноцветного КМОП датчика изображения LM9648. В. Охрименко Датчик полноцветного изображения LM9648 со здан в соответствии с требованиями стандарта XGA (eXtended Graphics Array) и имеет формат 10321312 светочувствительных элементов (в дальнейшем пиксе лов) [1, 2]. В каждой из 1032 строк содержится 1312 пикселов. Датчик LM9648 отличается высокой точно стью и производительностью, низким энергопотребле нием и предназначен для применения в цифровых фо то и видеокамерах, в системах скрытого видеонаблю дения, робототехнических системах и других устройст вах, в которых необходимо обеспечить высокое каче ство изображения и быстродействие. Основные техни ческие характеристики датчика LM9648 приведены в таблице. Структурная схема датчика LM9648 приведена на рис. 1. Основным узлом датчика изображения LM9648 является матрица светочувствительных элементов. Полный формат матрицы10321312 пикселов. 24 све точувствительных элемента в каждой из 1032 строк ма трицы имеют оптический экран, поэтому формат ак тивной чувствительной матрицы составляет 10321288 пиксела. Сигналы с выхода экранирован ных элементов используется для формирования уровня "черного". После экспозиции чувствительных элемен тов матрицы аналоговый сигнал с выхода каждого эле мента строки передается в аналоговый регистр Основные параметры датчика изображения LM сдвига. На выходе регистра сдвига имеются четыре усилителя с регулируемым на программном уровне ко эффициентом усиления. Далее скорректированный по уровню сигнал через мультиплексор подается на вход 10 разрядного АЦП. Автоматическая привязка к уров ню "черного" осуществляется на входе каждого из уси лителей. Оцифрованные и откорректированные вы борки сигнала каждого чувствительного элемента мат рицы в 10 разрядном параллельном коде передаются на выходной видеопорт. Для управления передачей Рис. 1. Структурная схема датчика изображения LM Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp СЕНСОРЫ И ДАТЧИКИ данных через этот порт предусмотрены три сигнала: тактовый (pclk), с помощью которого осуществляется синхронизация выходных 10 разрядных данных, а так же сигналы строчной (hsync) и кадровой (vsync) синхро низации. Через последовательный порт, поддерживающий интерфейс I2C, осуществляется управление работой и изменение параметров датчика, а также контроль его состояния. Контроллер порта I2C может работать только в режиме "slave". Максимальная частота обме на данными составляет 400 кГц. Программная модель датчика LM9648 содержит 46 регистров управле ния/контроля. Длина каждого регистра один байт. Ре гистры управления, содержание которых можно изме нить (например, скорость передачи кадра изображе ния или время экспозиции), имеют дополнительные бу ферные регистры. Поэтому изменение параметров происходит только при формировании следующего кадра изображения. В датчике LM9648 осуществляется последователь ное сканирование элементов матрицы, причем приня тое направление и порядок сканирования позволяют сформировать изображение без искажения ориента ции отображаемого предмета (рис. 2). Кроме того, на программном уровне можно изменять начальную точ ку и направление сканирования элементов матрицы. Всего реализованы четыре способа сканирования ма трицы. Предусмотрена также возможность изменения размера и местоположения "активного окна" на по верхности датчика. В этом случае осуществляется ска нирование не всех элементов полной матрицы, а толь ко элементов, включенных в заданное пользователем "активное окно", имеющее прямоугольную форму. Ко ординаты вершин прямоугольника хранятся в специ альных регистрах, а их содержание можно изменять на программном уровне. В кадре изображения, фор мируемом в датчике, могут отсутствовать выборки сиг нала элементов, расположенных в каждой второй строке, в каждом втором столбце или в этих строках и столбцах одновременно (режимы формирования кад ра изображения с уменьшением 2:1). В режиме умень шения изображения 4:2 в сформированном кадре изображения отсутствуют выборки сигнала, получае мые от элементов, расположенных в двух из каждых че тырех строк или столбцов, или строк и столбцов одно временно. Управление всеми режимами формирова ния кадра изображения и сканирования элементов матрицы осуществляется на программном уровне. В датчике LM9648 предусмотрен режим работы, в котором происходит фиксация ("захват") изображения в определенный заданный момент времени. Фиксиро вание изображения происходит по сигналу snapshot (см. рис. 1). С помощью сигнала extsync выполняется синхронизация работы внешних устройств (к примеру, фотовспышки). Переключение датчика LM9648 в режим power down со сниженным потреблением осуществляется по № 8, АВГУСТ сигналу pwd. При отсутствии тактового сигнала ток потребления в этом режиме составляет всего 670 мкА (типовое значение). Внешний тактовый сигнал mclk используется для формирования внешнего (pclk) и внутреннего (hclk) тактовых сигналов. Частота сигнала mclk должна на ходиться в диапазоне от 12 до 27 МГц. Датчик LM9648 может работать как в режиме фор мирования полноцветного, так и черно белого изоб ражения. График спектральной чувствительности дат чика LM9648 приведен на рис. 3.

Рис. 2. Порядок сканирования матрицы в датчике LM Рис. 3. График спектральной чувствительности LM Контроллер видеопорта может работать в двух ре жимах: slave и master. После включения питания или сигнала сброса (resetb) контроллер работает в режи ме slave. В режиме master управление передачей дан ных осуществляется контроллером видеопорта. То есть, сигнал синхронизации выходных данных (pclk) и сигналы строчной (hsync) и кадровой (vsync) синхрони зации формируются в контроллере. Максимальная скорость передачи изображения составляет 18 кад ров/с (Frame Per Second FPS). В режиме slave форми рование сигналов тактовой частоты mclk, кадровой и строчной синхронизации осуществляется устройством master. Временные диаграммы обмена данными через порт I2C и 10 разрядный параллельный порт приведе ны в технической документации [1]. Дополнительную информацию о КМОП датчиках изображения, выпускаемых фирмой National Semicon ductor, можно найти в сети Интернет по адресу: http://www.national.com ЛИТЕРАТУРА: 1. LM9648 Color CMOS Image Sensor SXGA 18 FPS. Preliminary. Version 0.7b. National Semiconductor, May 2002. 2. http://www.national.com Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ * Многослойные керамические чип конденсаторы (MLCC Multilayer Ceramic Chip Capacitors), часто называемые монолитными, с успехом используются вместо конденсаторов других типов, в частности, пленочных и танталовых. В статье рассмотрены особенности новой технологии изготовления керамических конденсаторов фирмы Murata, а также сравнительные характеристики керамических и пленочных конденсаторов. А. Мельниченко С увеличением числа разрабо ток в области цифровой техники непрерывно возрастают требова ния к уровню подавления высоко частотных помех и скорости реак ции источников питания. С учетом этих требований фирма Murata разработала новую технологию изготовления конденсаторов уменьшенных габаритов с малым эффективным последовательным сопротивлением (ESR Effective Se ries Resistance). Керамические конденсаторы, изготовленные по классической технологии, обеспечивают высо кую скорость реакции и отличные частотные характеристики, однако их емкость, как правило, ограниче на значениями около 1 мкФ для ди электрика со средним и большим ТКЕ и 10 нФ для диэлектрика с ма лым ТКЕ. Фирма Murata добилась существенного изменения этого по ложения. Технология, по которой изготавливались конденсаторы с большим ТКЕ, была использована для изготовления конденсаторов из высокостабильного диэлектрика C0G с температурной зависимо стью ТКЕ=(0±30)10 6/°С в диапазо не рабочих температур от 55 до 125 °С), что позволило более чем вдвое повысить отношение ем кость/напряжение, приведенное к единице объема, при сохранении отличных частотных свойств. В на стоящее время фирма приступила к выпуску конденсаторов емкостью 100 нФ с диэлектриком C0G. Уменьшение толщины диэлект рика является определяющим фак тором для повышения соотношения емкость/напряжение в заданном объеме конденсатора (рис. 1). Од нако, уменьшение толщины слоя диэлектрика приводит к снижению надежности и пробивного напря жения конденсатора, а также уве личению коэффициента изменения емкости от приложенного к конден сатору напряжения (VBC Voltage Bias Coefficient). Во избежание это го увеличивают количество матери ала в единице объема, повышая его плотность. Для этого в фирме Murata применяют тонкопленоч ную технологию. На рисунке 2 показаны преиму щества этого метода. Видно, что поверхность слоя керамики, изго товленной классическим методом, имеет шероховатость, определяе мую размерами зерен керамики (рис. 2, а), в то время как толщина слоя, полученного методом тонко пленочной технологии, (рис. 2, б) из за малого размера зерен может быть гораздо меньше. Это позволя ет увеличить отношение ем кость/напряжение, а также умень шить зависимость емкости от при ложенного напряжения. На фото графии (рис. 2, в) показан образец слоя диэлектрика толщиной 2 мкм. а) б) в) Рис. 1. Изменение толщины и количества слоев керамики в конденсаторах за последние 10 лет Рис. 2. Структура керамики при изготовлении классическим (а) и прогрессивным (б) методами;

фотография (в) * По материалам фирмы Murata.

Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Новые многослойные керами ческие конденсаторы фирмы Murata типоразмера 1206 емко стью 100 нФ с диэлектриком C0G отличаются высокой стабильно стью, малым эффективным после довательным сопротивлением и имеют габариты, меньшие чем размеры пленочных конденсато ров той же емкости. При высокой плотности монтажа возможно применение конденсаторов типо размера 0805 с диэлектриком X7R, имеющих худшую темпера турную стабильность емкости. Оба типа конденсаторов весьма устойчивы к температуре пайки, в том числе при использовании при поев, не содержащих свинец. Да же в случае воздействия высокой температуры пайки вероятность нарушения целостности диэлект рика, а, следовательно, возникно вения отказов, невелика. Сравнение размеров конден саторов. Максимально достижи мое отношение емкость/напряже ние на единицу объема конденса тора определяется свойствами применяемого диэлектрика. Поэто му сравнение размеров имеет смысл лишь в случае, если учитыва ются характеристики диэлектрика. Наилучшими характеристиками обладают конденсаторы с диэлект риком C0G. Их отличают мини мальные изменения емкости от температуры и приложенного на пряжения, малая величина эффек тивного последовательного сопро тивления и нелинейных искажений сигнала. Однако для практическо го применения их размеры были слишком велики. Поэтому до не давнего времени при не слишком высоких требованиях к стабильнос ти и величине эффективного после довательного сопротивления в большинстве случаев применялись конденсаторы с более высоким значением ТКЕ. Сейчас требова ния ужесточились, что явилось сти мулом для новых разработок фир мы Murata. Пленочные конденсаторы обычно имеют типоразмер 1812. Заменяющие их новые керамичес кие чип конденсаторы с диэлектри ком C0G имеют типоразмер 1206, а конденсаторы с диэлектриком X7R 0805. При этом экономия площади по сравнению с пленоч ными составляет 66 и 81 % соот ветственно. Устойчивость к температуре пайки. Пленочные конденсаторы выдерживают температуру 180 °C в течение одной минуты, а макси мально допустимая температура для них составляет 240 °C. Для ке рамических конденсаторов таких ограничений не существует. Это, очевидно, объясняется тем, что преобразование керамики в моно литные компоненты происходит при температуре, намного превы шающей температуру ее изготов ления. Основной материал не под вержен влиянию температуры пай ки даже при пайке припоями, не со держащими свинец, имеющими бо лее высокую температуру плавле ния. В обожженном состоянии ке рамика представляет собой не со единение отдельных частиц, а мо нолитный сплав с внедренными эле ктродами. В отличие от этого в большинстве пленочных конденса торов пайка при температуре бо лее 270 °C может привести к отка зам. Предельное напряжение кон денсатора. Реальная величина предельного напряжения керами ческих конденсаторов часто оста ется вне нашего внимания. Кера мика, возможно, является единст венным диэлектриком, способным работать при максимальных значе ниях напряжения и температуры одновременно. В конденсаторах емкостью 100 нФ отношение пре дельного напряжения к его номи нальному значению составляет от 10 до 15, в то время как в пленоч ных конденсаторах оно не превы шает пяти. Правда, по утверждени ям изготовителей пленочных кон № 8, АВГУСТ денсаторов, некоторые их типы об ладают высокой способностью к самовосстановлению. Однако, это вряд ли имеет существенное значе ние, если речь идет о цепях питания или генераторах шума. Зависимость емкости от прило женного напряжения. Эта зависи мость обычно игнорируется. Изме нение емкости проходных или раз вязывающих конденсаторов, как правило, не влияет на работу уст ройств. Однако в мобильных уст ройствах с автономным питанием эта зависимость может сказаться на их работоспособности. Конденсаторы с диэлектриком C0G имеют наименьшую зависи мость емкости от приложенного напряжения (рис. 3), пленочные конденсаторы более высокую. В условиях недостатка места ис пользуются конденсаторы с диэлек триком X7R, емкость которых имеет значительно большую зависимость от напряжения, приложенного к конденсатору.

Рис. 3. Зависимость емкости конденсаторов от приложенного напряжения Зависимость емкости от темпе ратуры. Свойства диэлектриков в той или иной степени зависят от температуры, что определяется типом диэлектрика. Конденсато ры с диэлектриком C0G имеют ТКЕ не хуже (0±30)10 6, пленоч ные не хуже (0±100)·10 6. Ем кость конденсаторов типоразме ра 0805 с диэлектриком X7R изме няется в диапазоне рабочих тем Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ператур ( 55...125оС) не более чем на ±15 % (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость емкости конденсаторов от температуры Рис. 6. Зависимость уровня третьей гармоники от переменного напряжения на конденсаторе Эквивалентное последователь ное сопротивление (ESR). Малая величина ESR с ростом частоты приобретает все большее значе ние. Из рис. 5 видно, что выше 30 МГц зависимость ESR от частоты для всех конденсаторов примерно одинакова, но ниже этой частоты значение ESR конденсаторов с ди электриком C0G существенно меньше, чем двух других типов. Зависимости емкости от темпе ратуры и ESR от частоты были пред Рис. 5. Зависимость эквивалентного последовательного сопротивления конденсаторов от частоты ставлены как две отдельные харак теристики, хотя на самом деле меж ду ними существует тесная взаимо связь. Увеличение саморазогрева с ростом частоты вызвано внутрен ними потерями. При увеличении этих потерь температура, как пра вило, возрастает, что приводит к изменению емкости. Конденсаторы с диэлектриком C0G имеют высо кую стабильность при изменении температуры, что согласуется с ма лой величиной ESR и, как следст вие, малыми потерями на самора зогрев. Искажение формы сигнала. На заре появления керамических и пленочных конденсаторов не про водились исследования того, на сколько они искажают форму сиг нала. В настоящее время для опре деления уровня третьей гармоники, вызываемой прохождением сигна ла через конденсаторы, использу ют сложные методы. Из рис. 6 вид но, что в пленочных конденсаторах этот уровень меньше, чем в конден саторах с диэлектриком X7R, одна ко больше, чем в конденсаторах с диэлектриком C0G. Ударные шумы. Как полагают, ударное воздействие на конденса торы может стать причиной появле ния шумов в электрических цепях. При этом шумы пленочных конден саторов меньше, чем конденсато ров с диэлектриком X7R, а шумы конденсаторов с диэлектриком C0G меньше, чем пленочных. Простота выбора. При исполь зовании пленочных конденсаторов могут возникать некоторые про блемы. Существует как минимум 5 различных типов пленки, большей частью металлизированной, а так же различные сочетания фольги и пленки. Каждый тип пленки имеет свой химический состав и характе ристики. Все это делает выбор пле ночных конденсаторов достаточно сложным. Все керамические конденсато ры фирмы Murata изготовлены по известной технологии и, если тех нологический процесс отработан, обеспечивается высокая повторяе мость их параметров. В заключение можно отметить, что постоянное совершенствова ние технологии производства кера мики ведет к увеличению емкости и уменьшению объема конденсато ров, что расширяет область их при менения.

Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp УСИЛИТЕЛИ № 8, АВГУСТ ШУМЫ В ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ В настоящей статье рассмотрены источники шумов в ОУ и методы их ослабления. Приведенные в статье рекомендации ориентированы на современную элементную базу и учитывают особенности применения ОУ. В. Романов На входе ОУ имеются три источника шума: шумо вое напряжение, которое дифференциально прило жено к двум входам, и два шумовых тока по одному на каждом из входов [1]. Простейшая модель ОУ с шумовым напряжением на входе показана на рис. 1. высокая входная емкость. Значение шумового напря жения для конкретного ОУ следует брать из техничес кого описания (data sheet), так как установить его ана литическим путем не представляется возможным. Шумовой ток IN современных усилителей изменяет ся в значительно более широких пределах, чем шумо вое напряжение: от 0.1 фА/Гц (для электрометричес ких JFET ОУ) до (1…10) пА/Гц (для быстродействую щих биполярных усилителей). Простейшая модель ОУ с шумовыми токами на входе показана на рис. 3. Зна Рис. 3. Модель ОУ с шумовыми токами на входе чение шумового тока не всегда приведено в техничес ком описании, однако, в отличие от шумового напря жения, его легко определить расчетным путем как дро бовой шум или шум Шотки входного тока смещения IB. Спектральная плотность тока дробового шума связа на с током смещения простым соотношением [2], (3) где q заряд электрона. Например, для тока смещения IB=100 нА ток дро бового шума (спектральная плотность тока) равен IN=0.18 пА/Гц. Следует отметить, что выражение (3) не позволяет определить шумовой ток current feed back ОУ, в которых внешний ток смещения является разностью двух внутренних токов [1]. Шумовой ток на входе ОУ вносит большую погрешность в результат измерения, если сопротивление источника сигнала до статочно велико. На рис. 4 проиллюстрирована зави симость уровня шума на входе ОУ от значения сопро тивления источника входного сигнала R усилителя ОРЗ27. Как следует из рисунка, при высоком сопро тивлении источника входного сигнала доминирующим является шум, вызванный шумовыми токами на входе ОУ. Исходя из этого, при больших значениях сопро тивления источника входного сигнала следует исполь зовать BiFET ОУ, в которых при сравнительно боль шом шумовом напряжении шумовые токи минимальны.

Рис. 1. Модель ОУ с шумовым напряжением на входе Три источника шума на входе ОУ практически незави симы друг от друга. К этим шумам следует добавить тепловой шум или шум Джонсона VNR, который гене рируют резисторы, задающие коэффициент усиления ОУ. Спектральная плотность напряжения теплового шума определяется выражением (1) где K постоянная Больцмана, T абсолютная темпе ратура в градусах Кельвина, B полоса пропускания ОУ в герцах, R сопротивление резистора в омах. Мо дель теплового шума резистора показана на рис. 2.

Рис. 2. Модель теплового шума резистора Исходя из (1), резистор сопротивлением 1 кОм при температуре 25 °С генерирует напряжение теплового шума величиной 4 нВ/Гц. Суммарное значение неза висимых шумов на входе ОУ можно определить по формуле:. (2) Значение шумового напряжения современных уси лителей с дифференциальным входом находится в пре делах от 1 до 20 нВ/Гц. Биполярные усилители, как правило, имеют более низкий уровень шумовых на пряжений, чем JFET ОУ. Отметим, что JFET усилители типа AD743 и AD745 имеют шумовое напряжение на входе, сравнимое с шумовым напряжением биполяр ных ОУ, однако недостатком JFET усилителей является Рис. 4. Зависимость уровня шума на входе ОУ от величины сопротивления источника входного сигнала Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ УСИЛИТЕЛИ Для области высоких частот FH (где FН>FC) средне квадратичное значение шумового напряжения опре деляется выражением. (6) Используя (5) и (6), можно получить выражение для обобщенного значения среднеквадратичного шумо вого напряжения. (7) В области высоких частот при FH>>FL выражение (6) упрощается и принимает следующий вид:. (8) Следует отметить, что в ряде ОУ, например, ОР07 и ОР27, с ростом частоты входного сигнала происхо дит увеличение шумового напряжения. Для таких уси лителей кривую зависимости шумового напряжения от частоты необходимо разбить на отдельные участки и для каждого из этих участков получить аналитическое выражение для определения среднеквадратичного шумового напряжения. Структурная схема для измере ния шумового напряжения усилителя ОР213 приведе на на рис. 6. Пиковые значения шумового напряжения в диапазоне частот от 0.1 до 10 Гц представлены на осциллограмме (рис. 7). Для преобразования средне квадратичного значения шумового напряжения в пико вое (peak to peak) достаточно умножить его на коэф фициент 6.6. В этом случае вероятность выхода реаль ного пикового значения за расчетные пределы соста вит не более 0.1 % [1]. В связи с тем, что 1/f шум проявляется в области низких и сверхнизких частот, уменьшить его с помо Так, например, усилитель AD745 имеет спектральную плотность шумового напряжения 10 нВ/Гц и шумово го тока 0.6 фА/Гц, а усилители AD743 и AD745 спе ктральную плотность шумового напряжения 2.9 нВ/Гц и шумового тока 6.9 фА/Гц. Спектральная плотность шума для большинства ОУ не изменяется с изменением частоты входного сиг нала. Исключением является область низких частот, в диапазоне которых наблюдается рост шумового на пряжения и тока со скоростью 3 дБ/октава (рис. 5).

Рис. 5. Спектральная плотность шума в области низких частот Спектральная плотность шумового напряжения или тока в области низких частот обратно пропорцио нальна квадратному корню частоты входного сигнала. В связи с этим данный шум получил название 1/f шум или фликкер шум. Частоту FC, на которой начинается рост шумового тока или напряжения, называют угло вой частотой. Усилитель с обратной связью может иметь три отличные друг от друга угловые частоты для шумового напряжения и для шумовых токов на ин вертирующем и неинвертирующем входах. Выраже ние для определения 1/f шума в общем виде можно записать следующим образом:

, (4) где eN и iN шумовые напряжение и ток соответствен но, K уровень шумового напряжения или тока в об ласти частот выше угловой частоты. Лучшие малошумящие низкочастотные усилители имеют угловую частоту в диапазоне 1…10 Гц, в то вре мя как для JFET усилителей общего применения значе ние угловой частоты может составлять 100 Гц и выше. Отметим, что усилители высокого быстродействия имеют угловую частоту в диапазоне нескольких кило герц. Это следует учитывать при построении аудиоси стем, к которым предъявляются жесткие требования во всем диапазоне частот, начиная с единиц герц. Среднеквадратичное значение 1/f шума по напря жению Vn.rms в диапазоне частот слева от угловой ча стоты можно определить из выражения, (5) где FL

Рис. 6. Структурная схема измерения шумового напряжения усилителя ОР Рис. 7. Осциллограмма шумового напряжения усилителя ОР Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp УСИЛИТЕЛИ № 8, АВГУСТ Рис. 8. Шумовая модель усилителя с резистивной обратной связью щью фильтрации практически невозможно. Единствен ным путем снижения 1/f шума является использование в измерительном канале стабилизированного преры ванием (chopper stabilized) операционного усилите ля [3]. В ряде случаев нам необходимо оценить шум не только на входе, но и на выходе операционного усили теля. Для этого рассмотрим шумовую модель усилите ля с резистивной обратной связью (рис. 8). Выражение (2) для определения шума на выходе ОУ для схемы на рис. 8 примет следующий вид:

Рис. 9. Шумовая модель измерительного усилителя На основе ОУ строятся измерительные усилители, которые используются в качестве драйверов прецизи онных АЦП. Шумовая модель измерительного усили теля приведена на рис. 9. Если IN+=IN, выражения для определения шума, приведенного ко входу и выходу, могут быть записаны следующим образом:, (11) вх вых, (12), (9) где BW полоса пропускания для расчета шума ("по лоса шума"), связанная с полосой пропускания ОУ по уровню 3 дБ выражением BW=1.57fCL, fCL полоса ча стот замкнутого ОУ. Шум, приведенный к выходу, оп ределяется из выражения, (10) где NG коэффициент усиления шума (не путать с ко эффициентом усиления сигнала). Для резистивной це пи обратной связи коэффициент усиления не зависит от частоты, поэтому шум усилителя с обратной связью, приведенный к выходу, может быть вычислен в соответ ствии с таблицей, представленной ниже. Вычисление шума ОУ, приведенного к выходу где G коэффициент усиления измерительного усили теля. В технических описаниях измерительных усилите лей, как правило, приведены значения спектральной плотности входного и выходного шумовых напряже ний. Спектральная плотность шумовых токов измери тельных усилителей нормируется отдельно. Операци онные усилители широко применяются в каналах свя зи. В этом случае шумовые характеристики нормиру ются не спектральной плотностью напряжения или то ка, а спектральной плотностью мощности шума. В за рубежной литературе [1] для оценки шумов усилите лей в каналах связи используются такие параметры, как noise factor (F) и noise figure (NF), в отечественной соответственно коэффициент шума и шум фактор. Эти параметры достаточно просто вычислить, если извест на спектральная плотность шумовых напряжений ОУ. Коэффициент шума F и шум фактор NF определяются из выражений F= (Суммарная спектральная плотность выходного шумового напряжения)2, (Спектральная плотность выходного шумового напряжения, вызванного источником входного сигнала). (13) Если коэффициент шума F=1, то NF=0. Расчет па раметров F и NF покажем на примере усилителя AD8011 (рис. 10). Суммарная плотность выходного шумового напряжения равна. (14) Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ АЦП И ЦАП ВЫВОДЫ: • шумы в операционных усилителях, используемых в измерительных каналах, нормируются спектральной плотностью напряжений или токов, а на конкретной частоте среднеквадратичным или пиковым значе нием напряжения или тока • шумы в операционных усилителях, используемых в каналах связи, нормируются спектральной плотно стью мощности и характеризуются коэффициентом шума и шум фактором • в одном усилителе невозможно свести к минимуму шумы различного происхождения, поэтому оптимизи ровать выбор ОУ можно только с учетом внешних си стемных параметров • в статье на основе шумовых моделей усилителей рассмотрены особенности учета шумов различного происхождения и методы их снижения. ЛИТЕРАТУРА: 1. Op Amp Applications. Editor Walter G. Jung. Analog Devices, Inc., 2002. 2. Фолкенберри А. Применение операционных усилителей и линейных ИС. М.: Мир, 1985. 3. Литвих В. Особенности применения прецизион ных операционных усилителей//ЭКиС. Киев: VD MAIS, 2002, № 4. 4. Virtual Design Center (www.analog.com).

Рис. 10. Шумовая модель усилителя AD8011 Суммарная плотность выходного шумового напря жения, вызванного источником входного сигнала RS, равна. (15) Отсюда NF=20log10(8.7/1.8)=13.7 дБ. В заключение отметим, что шумы в усилителях мож но не только рассчитать или измерить, но и исследо вать с помощью ADSPICE моделей. В состав такой мо дели входит генератор, который создает шумы в обла сти высоких частот, а также низкочастотные 1/f шумы, и макромодель исследуемого усилителя [4].

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ 10 /12 РАЗРЯДНЫЕ АЦП С ПРОГРАММИРУЕМОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ * Семейство четырех и восьмиканальных АЦП поразрядного уравновешивания AD793x производительностью 1.5 млн преобразований в секунду относится к самым быстродействующим 10 /12 разрядным преобразователям. Отличительной особенностью АЦП этого семейства является возможность программного изменения конфигурации входных цепей.

Преобразователи AD7933/34 и AD7938/39 четырех и восьми канальные АЦП с разрешением со ответственно 12 и 10 двоичных раз рядов (рис. 1). Основные парамет ры преобразователей семейства AD793x приведены в таблице. В составе каждого преобразо вателя семейства AD793x содер жится УВХ высокого быстродейст * Подготовил В. Романов. вия, обеспечивающий выборку входного сигнала в полосе частот до 20 МГц;

два ЦАП с коммутируе мыми конденсаторами, что позво ляет ускорить процесс уравнове шивания, и внутренний опорный ис точник. Структурная схема диффе ренциального канала АЦП семей ства AD793x приведена на рис. 2, где СS запоминающие емко Рис. 1. Структурная схема АЦП семейства AD793x сти УВХ. Для высокоростного обме на данными с внешними устройст вами в каждом из преобразовате Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ПЛИС № 8, АВГУСТ Параметры преобразователей семейства AD793x Рис. 2. Структурная схема дифференциального канала АЦП семейства AD793x нения в измерительных приборах, прецизионных системах управле ния, средствах телекоммуника ций [2].

ЛИТЕРАТУРА: 1. 8 Channel, 1.5 MSPS, 12 & 10 bit Parallel ADCs with a Se quencer. Preliminary Technical Data (www.analog.com). 2. Fast Multichannel, 10 /12 Bit SAR ADCs Offer Highest Bandwidth per Channel, Programmable Input Configuration. News Release (www.analog.com/Press_Releases).

лей имеется параллельный интер фейс. Обмен данными через интер фейс может осуществляться слова ми или байтами. Конфигурация входных цепей преобразователя формируется программно путем записи соответствующих кодов в заданные разряды управляющего регистра [1]. Преобразователи семейства AD793x предназначены для приме РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛИС Рассмотрены примеры внедрения ПЛИС в быстродействующие средства телекоммуникаций, интеллектуальные устройства для распознавания образов, средства автомобильной электроники, карманные персональные компьютеры (КПК), суперкомпьютеры и др. Приведены параметры новых ПЛИС, включая параметры микросхем, соответствующих требованиям работы в новом температурном диапазоне IQ для устройств автомобильной электроники. Охарактеризованы особенности некоторых типовых решений оптимального использования ПЛИС, включенных в перечень интеллектуальной собственности фирмы Xilinx, ведущего производителя ПЛИС. Э. Комухаев 1. Вопросы терминологии, особенности приложений Недавно фирма Altera начала использовать акроним FPGA (Field Programmable Gate Array) в обо значении выпускаемых ею изделий этого класса. FPGA обозначается матрица блоков программируемой логики, между строками и столбца ми которой введены программиру емые соединения, причем пользо ватель может перепрограммиро вать блоки и связи без ограничения числа перепрограммирований да же в режимах эксплуатации устрой ства. Фирма Altera занимает вто рое место в мире по объему про даж ПЛИС (в частности, за первый квартал 2003 года $ 195.076 млн), уступая лишь лидеру рынка фир ме Xilinx (ее показатель соответст венно $ 305.5 млн). Большинство выпускаемых этими компаниями ПЛИС FPGA, но фирма Altera из бегала употребления в документа ции этого термина. После недавне го завершения судебного процес са в пользу фирмы Xilinx по поводу незаконного использования фир мой Altera некоторых решений для FPGA, относящихся к интеллекту альной собственности фирмы Xilinx, урегулирован вопрос использова ния термина FPGA. Теперь в ката логах, проспектах и на Web сайте фирмы Altera появилась приставка FPGA как для ее традиционных се мейств ПЛИС (ACEX, APEX, Mer cury, Excalibur), так и для новых (Cy clone, Stratix, Stratix GX). В разде ле 2 рассмотрены особенности се мейств Stratix FPGA фирмы Altera, а также семейств высокоинтегриро ванных ПЛИС фирмы Xilinx. ПЛИС традиционно использу ются как средство ускоренного вы Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ПЛИС World), обеспечивающий для ука занного КПК поддержку средств мультимедиа, передачи данных, распознавания речи и рукописного текста. ПЛИС используется и в КПК DOT320 на базе Windows CE.NET производства корейской фирмы Dream Communications, на плате которого взаимодействуют микро процессор Intel Strong ARM с так товой частотой 206 МГц и ПЛИС типа XCS20XL семейства Spartan фирмы Xilinx. Все чаще описания приложений реконфигурируемых ПЛИС (FPGA) содержат в качестве ключевых сло ва "интеллект", "интеллектуальный", "интеллектуализация". Отличия ин теллектуального устройства от не интеллектуального проиллюстри руем на примерах персональных карточек, подтверждающих право доступа. Так, "простые" карточки на магнитных лентах, индуктивные, голографические карточки при счи тывании формируют один и тот же код аутентификации, который легко скопировать и получить доступ в соответствующую зону. Интеллек туальная карточка со встроенным ПЛИС или микропроцессором осу ществляет динамические процеду ры аутентификации. В каждом та ком процессе аутентификации в режиме "вопрос ответ" интеллекту альная карточка формирует новый непредсказуемый код, чем исклю чается опасность его копирования. С использованием ПЛИС разра батываются интеллектуальные био метрические устройства аутенти фикации лиц. Так, компания STMi croelectronics изготовила опытный образец микросхемы для распоз навания лиц, объединяющей про цессор Xtensa компании Tensilica и ПЛИС, реализующую расширение языка C, на котором программиру ется процессор Xtensa. Технология расширения языка C позволяет ус корить обработку почти на поря док, кроме того, ПЛИС выполняет и функции ввода/вывода. Отметим также распространение наимено вания "интеллектуальный датчик", к Структура контроллера распознавания образов вода небольших партий изделий на Companies to Work For). Авторитет рынок. В настоящее время расши ная ассоциация "The Association of рение приложений ПЛИС во мно Support Professionals" недавно от гом определяется растущим спро метила Web сайт MySupport.xil сом на устройства с быстрой пере inx.com в числе лучших десяти сай стройкой выполняемых функций тов поддержки пользователей на (on fly), успешным освоением новых ряду с сайтами корпораций Dell технологических норм интеграции Computer, Hewlett Packard и др. со значительными возможностями Достижения фирмы Xilinx освещены снижения стоимости, повышения на страницах журналов Financial быстродействия, снижения потреб Times, Electronic Business, EE Times. ляемой мощности ПЛИС, разра На Web сайте фирмы Xilinx боткой их оптимизированных соче (www.xilinx.com) анонсируются раз таний с микропроцессорами (CPU) работки в 2003 2004 гг. гибридных и сигнальными процессорами микросхем, содержащих ASIC фир (DSP). Во многих университетах мы IBM и FPGA фирмы Xilinx с но введены курсы обучения технологи вой архитектурой XBlue, выполнен ям ПЛИС, производители ПЛИС ных по технологии 90 нанометров. расширяют поддержку универси Расширяются приложения для се тетских программ [1]. рийно выпускаемой аппаратуры, Растущее значение ПЛИС от некоторые из них далее рассмот ражается не только в увеличении рены подробнее. числа посвященных им публикаций, Так, на недавней выставке расширении числа пользователей, Linuxworld (январь 2003 г., Нью росте объемов продаж ПЛИС, Йорк) фирма IBM представила пер но также в высоких оценках техно спективный КПК с возможностями логического уровня и перспектив модификации его платформы раз развития ПЛИС представителями личными производителями для сво крупнейших компаний производи их нужд с использованием возмож телей электронной аппаратуры. ностей ПЛИС. Этот КПК, сконстру Особенно выделяются достиже ированный на базе процессора ния лидирующего разработчика IBM Power PC405LP и ПЛИС ПЛИС фирмы Xilinx, которая XCR3128XL (с пониженным потреб включена журналом Fortune в лением) фирмы Xilinx, обеспечивает престижный перечень (www.for связь по протоколу Bluetooth и ди tune.com) ста компаний мира за на намическое обновление ряда ибольший вклад в развитие пер драйверов. Со второго квартала спективных разработок по итогам 2003 г. фирма IBM предлагает па 2000, 2001 и 2002 годов (100 Best кет WebSphere (на базе Linux Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ПЛИС № 8, АВГУСТ Таблица 1. Параметры микросхем семейства CoolRunner II основным признакам которого от носятся многофункциональность, программируемость, связь с типо выми цифровыми схемами. Идею конфигурируемых ПЛИС впервые высказал Дж. Эстрин (Ка лифорнийский университет США) на рубеже 60 х и 70 х годов про шлого столетия. Практическое ис пользование ПЛИС началось с ре ализации задач распознавания це лей в восьмидесятые годы прошло го столетия, когда по заказу DARPA, агентства перспективных исследований Минобороны США, учеными Калифорнийского универ ситета была разработана система распознавания. Основной задачей этого военного приложения явля лась реализация последовательно стей быстрых сравнений входного образца с тысячами шаблонов, на пример, типа заданного транс портного средства. Входной образ содержит тысячи пикселов, причем искомая распознаваемая цель на ходится в произвольном положе нии внутри образа. Чтобы опера тивно сравнить все элементы вход ного образа со всеми элементами изображения каждого шаблона, потребовалась бы скорость обра ботки в несколько триллионов опе раций в секунду. Использование ПЛИС с осуществлением реконфи гурации каждого следующего шаб лона и исключение элементов, не вносящих вклад в результат срав нения, позволило эффективно ре шить поставленную задачу. Те же разработчики успешно построили на базе конфигурируемых ПЛИС систему шифрования по стандарту DES (Data Encryption Standard). Их гибкая реализация потребова ла вдвое меньше логических эле ментов по сравнению с конкуриру ющей схемой ASIC и была пригод на для случаев с необходимостью изменения ключей шифрования. Распознавание образов согласно концепции IEEE Computer Society [2] основа искусственного интел лекта. В этой области для ПЛИС от крываются особенно широкие пер спективы. Ряд приложений имеют ПЛИС для реализаций ускорите лей процессов распознавания на базе нейронных сетей. Сегодня развиваются коммерческие вари анты таких ускорителей, например, фирма General Vision (www.gene ral vision.com) предлагает нейро плату, содержащую контроллер распознавания на FPGA Virtex с пя тьюдесятью тысячами реконфигу рируемых вентилей, PCI шину, бло ки ZISC и до 16 Мбайт оператив ной памяти. Структура этой платы представлена на рисунке. Плата обеспечивает более 200 000 рас познаваний за секунду в зависимо сти от конкретной задачи, напри мер, из области биометрии, анали за текста Data mining (скрытых за кономерностей баз данных), кон троля доступа, идентификации. Па тент на архитектуру нейроплаты принадлежит компании General Vi sion, а технология ZISC собствен ность компании IBM. Значительно большие возможности по сравне нию с Virtex предоставляют ПЛИС нового семейства Virtex II Pro фир мы Xilinx, параметры которого при ведены в таблице 2. В таблице да ны фирменные идентификационные Таблица 2. Параметры микросхем типа FPGA фирмы Xilinx с архитектурой Virtex Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ПЛИС технологии, ток в режиме покоя ме нее 100 мкА, напряжение питания ядра 1.8 В, имеются средства со гласования входа/выхода с уровня ми 1.5, 1.8, 2.5 и 3.3 В, предусмот рен делитель тактовой частоты на 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16. Парамет ры шести микросхем семейства CoolRunner II приведены в табли це 1. Семейства FPGA по сравнению с рассмотренным семейством CPLD характеризуютcя существен но большим числом параметров. В таблице 2 дан ряд характерных параметров микросхем Xilinx FPGA с общей Virtex архитектурой, при веденных в каталогах фирмы и на ее Web сайте (www.xilinx.com). В таблице 3 для сравнения с данными таблицы 2 приведены па раметры высокоинтегрированных микросхем семейств Stratix FPGA и Stratix GX FPGA, недавно анонси рованных фирмой Altera. Иденти фикационный код EP1S указывает на принадлежность микросхемы к семейству Stratix, а код EP1SGX на принадлежность к семейству Stratix GX. На базе кристалла Stratix в кор пусе BGA c 956 выводами создан комплект разработки Digilab SX Kit для сетевых приложений. 3. ПЛИС в устройствах автомобильной электроники Одним из самых быстрорасту щих сегментов рынка полупровод никовой индустрии становится ав томобильная электроника;

по про гнозу аналитической компании Gartner уже в 2005 году каждый третий выпускаемый автомобиль будет оснащен расширенным на бором полупроводниковых уст ройств для создания систем спутни ковой навигации, беспроводной связи, управления автомобилем, обеспечения безопасности (вклю чая устройства для предотвраще ния столкновений, управления по душками безопасности) и др. Боль шие перспективы лидерства на этом рынке имеет фирма Xilinx, объем продаж которой за 2002 год Таблица 3. Параметры высокоинтегрированных микросхем семейств Stratix FPGA фирмы Altera коды принадлежности ПЛИС соот ветственно XC2S к семейству Spar tan II, XCV Virtex, XC2V Virtex II, XC2VP Virtex II Pro. Расширяется использование FPGA и в сложных структурах су перкомпьютеров. Так, лаборато рия HP Laboratories (www.hp.com) создала на базе FPGA систему Ge netic Algorithm Supercomputer, ком пания Cray использовала в систе ме Cray SVIex Sypercomputer большинство логических функций FPGA Xilinx семейства Virtex II (www.cray.com). В сети Интернет имеется много сообщений о развитии технологии нейронных сетей (свыше 16 млн до кументов), скрытых марковских мо делей (свыше 2.6 млн документов). Для реализации указанных интел лектуальных технологий все чаще применяют FPGA. Недавно на базе FPGA Virtex фирмы Xilinx создан портативный тестер широкого при менения стоимостью $ 49 [3] для распознавания запахов. 2. Совершенствование характеристик ПЛИС Начнем рассмотрение с пер спективного семейства CoolRun ner II класса CPLD (Complex Pro gramable Logic Device) фирмы Xil inx, имеющего принципиальные ог раничения числа возможных ре конфигураций. Сегодня для микро схем семейства CoolRunner II га рантируется 1 тыс. циклов про граммирования/стирания при 20 летнем сроке хранения данных. Напомним, что для FPGA подобные ограничения отсутствуют. Много летний законодатель рынка FPGA фирма Xilinx успешно расширяет свои позиции и на рынке CPLD, на котором представлена созданны ми на базе технологии Fast Flash семействами XC9500 и XC9500XL, имеющими до 10 тыс. циклов пере программирования. В 1999 году фирма Xilinx приобрела права на технологию CPLD фирмы Philips, усовершенствовала ее благодаря использованию своих запатенто ванных технологий Data Gate и ар хитектуры FZP и создала в 2002 го ду новое семейство CPLD CoolRun ner II. Это весьма конкурентоспо собное семейство, отличающееся сочетанием высокого быстродейст вия и сверхнизкой потребляемой мощности. Оно вызвало большой интерес и внедрено в ряде КПК, смарт телефонов (smart интел лектуальный, с развитой логикой), цифровых фотокамер, мобильных устройств беспроводной связи и др. Микросхемы семейства Cool Runner II обеспечивают возмож ность перепрограммирования по сети Интернет или по беспровод ным сетям. Например, благодаря встраиванию этой микросхемы в мобильный телефон можно отклю чать последний, дистанционно пе репрограммировав микросхему в случае кражи телефона. Для от ключения телефона посредством изменения конфигурации владель цу достаточно связаться со своим оператором и назвать идентифика ционный код, по которому генери руется сигнал. Микросхема Cool Runner II отличается высокой эко номичностью и низкой стоимостью, изготовлена по 0.18 мкм КМОП Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ПЛИС № 8, АВГУСТ Таблица 4. Состав семейств и параметры микросхем типа CPLD фирмы Xilinx для температурного диапазона IQ достиг примерно 49 % мирового объема продаж ПЛИС. Кроме то го, фирма Xilinx давно выпускает ПЛИС для работы в расширенном температурном диапазоне military, который уже ряд лет не поддержи вает фирма Altera. В настоящее время фирма Xilinx предлагает ПЛИС, предназначенные для при ложений автомобильной электро ники. Такие ПЛИС удовлетворяют условиям работы в новом темпера турном диапазоне от 40 до +125 °С. Этот диапазон обознача ют индексом IQ. Напомним, что ди апазон I (industrial) имеет различ ные пределы: для ПЛИС класса FPGA от 40 до +100 °C, для клас са CPLD от 40 до +85 °C, в то время как диапазон IQ для ПЛИС классов CPLD и FPGA одинаков и находится в пределах от 40 до +125 °C. Работу в температурном диапазоне IQ обеспечивают ПЛИС трех семейств CPLD и трех семейств FPGA фирмы Xilinx, со став и параметры которых даны в таблицах 4 и 5 соответственно.

Различия быстродействия ПЛИС CPLD для диапазонов температур IQ и С (0…70 °С) видны при сравне нии данных таблиц 1 и 4. 4. Развитие решений, содержащих интеллектуальную собственность В связи с повышением степени интеграции ПЛИС, усложнением процессов их моделирования, рас ширением уровня использования в крупносерийной аппаратуре рас тет спрос на оптимизированные решения "под ключ", учитывающие новые особенности семейств ПЛИС, стандарты, патенты. Плат ные информационные услуги (еже годная плата $ 1000) предостав ляются на Web сайте: www.design reuse.com, в котором публикуется перечень IP ядер (IP Intellectual Property), предоставляется инфор мация об их владельцах, кварталь ный отчет о рынке IP на основе ре альных запросов и сделок, обеспе чивается реклама и т. д. К сожале нию, на этом Web сайте отсутству ет информация о гарантиях рабо тоспособности конкретного IP яд ра, не проводится патентная экс пертиза. Обычно разработчик ядра предлагает пользователю три ли цензионных варианта решения: • наиболее дорогой типа Soft core с предоставлением исходных тек стов на языках VHDL или Verilog, схемы для синтеза на базе библи отеки, например, семейства ПЛИС • типа firm core с предоставлением заказчику оптимизированной схе мы (с учетом особенностей биб лиотечных элементов) с готовой разводкой (в такой лицензии ого варивается количество допусти мых повторений) • типа hard core на конкретный библиотечный элемент. Часто владелец лицензии ука зывает в процентах часть конкрет ного кристалла, занятого предла гаемым решением. Более надеж ные, ответственные и полные ин теллектуальные решения предо ставляют сами разрабатывающие фирмы. Недавно в издаваемом фирмой Xilinx журнале для пользо вателей [4] опубликован перечень из нескольких сотен IP решений, которые согласованы с парамет рами микросхем Xilinx для восьми областей применения. В таблице 6 приведено несколько характерных IP решений для четырех из восьми областей указанного перечня. В столбце "Семейство ПЛИС" ис пользованы следующие сокраще ния: V IIP это Virtex II Pro, V II Vir tex II, V E Virtex E, V Virtex, S E Spartan IIE, S II Spartan II, S Spartan. Подробная информация обо всех IP ядрах в сети Интернет по адресу: www.partner.xilinx.com/ common/coresolutions/ip/refe renceguide Краткие выводы 1. Расширяется спектр прило жений ПЛИС, который охватывает не только традиционную для ПЛИС область средств ускорения вывода на рынок небольших партий изде лий, но и реализацию больших Таблица 5. Состав семейств и параметры микросхем типа FPGA фирмы Xilinx для температурного диапазона IQ Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ПЛИС Таблица 6. Примеры IP ядер для ПЛИС фирмы Xilinx партий изделий. Так, уже появились ПЛИС в составе карманных ком пьютеров, смарт телефонов. Рас тет число интеллектуальных прило жений, связанных с распознавани ем образов. Широко используются также FPGA в режимах c быстрой перестройкой функций. 2. Фирма Xilinx значительно ук репила позиции лидера рынка про граммируемой логики благодаря партнерству с компаниями IBM и Philips. Создано весьма перспек тивное семейство FPGA Virtex II Pro со встроенными приемопередатчи ками, ядрами микропроцессоров IBM, семейство CPLD CoolRunner II с низким энергопотреблением. По пулярны сегодня семейства FPGA фирмы Xilinx Virtex II с мощной логи кой и памятью и Spartan IIE низкой стоимости с развитыми ресурсами. Появились ПЛИС фирмы Xilinx для работы в диапазоне температур IQ. Фирма Altera анонсировала высокоинтегрированные микросхе мы семейств Stratix, Stratix GX со встроенными DSP и приемопере датчиками. 3. Растет использование реше ний интеллектуальной собственно сти (IP), адаптированных к возмож ностям конкретных ПЛИС. Пред ставлены особенности отдельных решений из перечня IP ядер фирмы Xilinx, учитывающие параметры не скольких семейств Virtex и Spartan. ЛИТЕРАТУРА: 1. Уэкерли Дж. Проектирование цифровых устройств. Постмар кет, 2002. 2. Tveter D. The Pattern Recogni tion Basis of Artificial Intelligence. IEEE Computer Society. Wiley, 1998. 3. Glaskowsky P. N. A good month for Xilinx. Electronic Busi ness, 2/1/2003. 4. Xilinx IP Selection Guide. Xcell, No 43, 2002.

Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ № 8, АВГУСТ НИЗКОСКОРОСТНЫЕ USB МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ ФИРМЫ CYPRESS SEMICONDUCTOR Фирма Cypress Semiconductor один из мировых лидеров в производстве USB микроконтроллеров. Фирма предлагает большое количество микроконтроллеров, которые различаются по функциональным возможностям, типу корпуса и скорости передачи данных. В статье рассмотрены низкоскоростные (1.5 Мбит/с) USB микроконтроллеры, выпускаемые фирмой Cypress Semiconductor. В. Охрименко В настоящее время фирма Cypress Semiconductor производит USB микроконтроллеры в пяти ка тегориях: хост контроллеры;

кон центраторы (hub);

низкоскорост ные (поддерживающие скорость передачи данных 1.5 Мбит/с), полноскоростные (12 Мбит/с) и высокоскоростные (480 Мбит/с) периферийные микроконтроллеры [1 4]. Микроконтроллеры этих ка тегорий разтличаются по функцио нальным возможностям, потребля емой мощности, объему встроен ной памяти, напряжению питания, типу корпуса и другим парамет рам. Универсальная последователь ная шина (Universal Serial Bus USB) по сравнению с традицион ным последовательным СОМ пор том и параллельным LPT портом обеспечивает большую скорость обмена данными между компьюте ром и периферийными устройства ми ввода/вывода. В стандарте USB 1.1 предусмотрено две скоро сти передачи данных: 1.5 и 12 Мбит/с. Режим передачи дан ных со скоростью 1.5 Мбит/с пред назначен для обмена данными с низкоскоростными внешними уст ройствами (клавиатурой, манипу лятором типа "мышь", матричными принтерами, цифровыми фотока мерами, низкоскоростными моде мами для обычных телефонных ли ний и др.). В следующей версии стандарта (USB 2.0) максимальная скорость передачи данных увели чена до 480 Мбит/с, что значитель но превышает возможности после довательного СОМ порта. Разработка USB стандарта бы ла начата по инициативе ведущих мировых производителей элек тронных компонентов для компью теров: Compaq, DEC, IBM, Intel, NEC, Microsoft и других. Первая версия стандарта USB появилась в начале 1996 года. Основной це лью при разработке этого стан дарта было создание возможности работы с периферийными устрой ствами в режиме Plug&Play. Други ми словами, при разработке необ ходимо было предусмотреть воз можность подключения внешних ус тройств к работающему компьюте ру, автоматического распознава ния типов этих устройств, электро питания внешних устройств от ис точника питания компьютера. Про пускная способность USB шины должна быть достаточной для обес печения работы большинства пе риферийных устройств компьюте ра. Основные технические харак теристики USB шины, регламенти рованные стандартом USB 1.1: • максимальная длина кабеля (при скорости передачи данных 1.5 Мбит/с) 5м • максимальная длина кабеля (при скорости передачи данных 12 Мбит/с) 3м • максимальное количество под ключаемых устройств 127 • возможно подключение уст ройств, поддерживающих разные скорости обмена данными • напряжение питания периферий ных устройств 5В • максимальный ток потребления одним устройством 500 мА. Прием/передача данных между всеми узлами USB сети (рис. 1) осу ществляется по четырехпроводно му кабелю (рис. 2) [1]. Цепи пита ния VBUS (+5 В) и GND можно ис пользовать для энергопитания ма ломощных устройств, которые не имеют встроенного или внешнего источника питания. Цепи D+ и D используются для передачи диффе ренциального сигнала. Данные пе редаются в последовательном формате. Провода размещаются в экране. Для подключения низкоско ростных периферийных устройств (к примеру, манипулятора типа "мышь" или клавиатуры) можно ис пользовать неэкранированный ка бель. Кабель для подключения USB устройств имеет два типа соедини телей "А" и "В". На стороне кабеля, Рис. 1. Пример структуры сети на базе USB шины Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ довательного интерфейса (Serial In terface Engine SIE). В контроллере SIE производится декодирование и кодирование данных, передавае мых по шине USB;

выполняется кор рекция ошибок и бит стаффинг, а также другие операции, предусмот ренные USB протоколом. В каждом микроконтроллере имеется встро енная однократно программируе мая память программ. Приведен ные в таблице USB микроконтрол леры отличаются между собой объ емом памяти программ и данных, функциональными возможностями и количеством встроенных систем ных модулей и периферийных уст ройств, количеством линий вво да/вывода данных и типом корпу са. USB МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ CY7C634хх/5хх Структурная схема USB микро контроллеров CY7C634хх/5хх при ведена на рис. 3. Архитектура этих микроконтроллеров включает: 8 разрядное процессорное ядро, работающее с тактовой частотой 12 МГц;

память программ и данных;

контроллер прерываний;

12 раз рядный таймер;

"сторожевой" тай мер;

модуль формирования сигна ла сброса при включении питания (POR);

контроллер SIE, который поддерживает обмен данными как через USB интерфейс, так и интер фейс PS/2;

приемопередатчик USB шины;

порты ввода/вывода данных. Все системные модули и пе риферийные устройства микрокон троллеров объединены встроенной 8 разрядной шиной данных. Микроконтроллеры CY7C634хх/5хх имеют 32 линии ввода/вывода цифровых сигналов (8 разрядные порты Р0…Р3). Выход ные буферные схемы этих портов можно программно конфигуриро вать как выходы по схеме с откры тым коллектором или как стандарт ные КМОП выходы. Буферные схе мы портов Р0…Р2 допускают мак симальный втекающий ток (sink cur rent) 7 мА. Буферные схемы порта Р3 имеют повышенную нагрузоч ную способность (максимально до пустимый втекающий ток 12 мА). Для увеличения тока нагрузки воз можно объединение нескольких вы ходов.

Рис. 2. Структура USB кабеля подключаемого к компьютеру, ис пользуется разъем типа А, на сто роне кабеля, подключаемого к уст ройству, разъем типа В. Конст рукция разъемов обеспечивает вы сокую надежность соединения и удобство многократного подклю чения и отключения кабеля. В таблице приведены основные параметры низкоскоростных USB микроконтроллеров, выпускаемых фирмой Cypress Semiconductor. Все микроконтроллеры соответст вуют требованиям стандарта USB 1.1. В качестве вычислительного яд ра в этих микроконтроллерах ис пользуется 8 разрядное процес сорное ядро М8, созданное на ба зе RISC архитектуры. Система ко манд процессорного ядра оптими зирована для работы с USB прило жениями. В состав USB микроконт роллера входит контроллер после Основные параметры низкоскоростных USB микроконтроллеров Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ В микроконтроллерах CY7C63511/12/13, кроме того, имеется 8 разрядный порт DAC (см. рис. 3). Устройство управления портом DAC позволяет отдельно по каждому из восьми выходов из менять на программном уровне ве личину втекающего тока. Програм мирование величины втекающего тока осуществляется с помощью 4 разрядного кода. По выходам DAC0 и DAC1 величина втекающе го тока регулируется в диапазоне от 3.2 до 16 мА, по выходам DAC2…DAC7 в диапазоне от 0.2 до 1.0 мА. Программная модель процес сорного ядра включает: 14 разряд ный программный счетчик (РС), 8 разрядный аккумулятор (А), 8 разрядный индексный регистр (Х), 8 разрядные указатели верхушки программного стека (PSP) и стека данных (DSP). С помощью инструк ций CALL, RET, RETI осуществляется работа c программным стеком. Ин струкции POP и PUSH предназна чены для работы со стеком данных. Процессорное ядро поддерживает три вида адресации: непосредст венную (например, команду MOV A, 30h), прямую (MOV A, [10h]) и индексную (MOV A, [Х+array]). Ис пользование индексной адресации обеспечивает удобство работы с массивами данных. Память данных (RAM) можно использовать для хра нения временных данных, органи зации стека данных и создания программных буферов FIFO. Для работы микроконтролле ров CY7C634хх/5хх необходимо подключение внешнего керамичес кого резонатора частотой 6 МГц. Тактовая частота 12 разрядно го таймера 1 МГц. Этот таймер предназначен для формирования временных интервалов длительно стью 128 мкс и 1.024 мс. Таймер генерирует два сигнала прерыва ния. В модуле POR (Power on Reset) генерируется сигнал сброса при включении питания. С помощью "сторожевого" таймера формиру ется временной интервал длитель ностью 8 мс. "Сторожевой" таймер используется для контроля работы процессорного ядра. Содержимое таймера необходимо периодичес ки обновлять. Если в течение 8 мс не выполняется обновление тайме ра, автоматически генерируется сигнал аппаратного сброса. Сиг нал, формируемый "сторожевым" таймером, можно использовать для переключения микроконтроллера в исходное состояние, к примеру, в случае "потери" ожидаемого сигна ла прерывания. Контроллер прерываний обслу живает восемь маскируемых пре рываний. Два вектора прерываний предназначены для обработки сиг налов внешних прерываний. Сиг налы внешних прерываний можно подключать к любой из линий пор тов ввода/вывода, в том числе, вхо дам порта DAC.

№ 8, АВГУСТ Рис. 3. Структурная схема микроконтроллеров CY7C634xx/5xx USB МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ CY7C63722/23/43, CY7C63221A/31A В семействе низкоскоростных USB микроконтроллеров фирмы Cypress Semiconductor имеются микроконтроллеры CY7C63722/23/43 и CY7C63221A/31A, созданные на базе усовершенствованной архи тектуры enCoRe™ (enhanced Com ponent Reduction), применение ко торой позволило сократить число внешних электронных компонен тов, подключаемых к микроконт роллеру. Высокие параметры встроенного тактового генератора позволяют отказаться от примене ния внешнего керамического резо натора. Кроме параллельных пор тов ввода/вывода общего назна чения (GPIO) в этих микроконтрол лерах имеется SPI порт, а кроме традиционного USB приемопере датчика имеется стабилизатор на пряжения 3.3 В. Внешний нагрузоч ный резистор низкоскоростного USB порта подключается между выводом порта D и выходом этого стабилизатора. В USB микроконт роллеры серии enCoRe встроен модуль SIE, который поддерживает обмен данными через USB и PS/2 интерфейс. Переключение между этими режимами работы выполня ется автоматически. Микроконт роллеры серии enСoRe предназна чены для применения в клавиату рах со встроенным устройством позиционирования, стандартных клавиатурах, а также в других не сложных и недорогих устройствах. Структурная схема USB микро контроллеров CY7C63722/23/43 приведена на рис. 4. Между собой эти микроконтроллеры отличаются объемом встроенной памяти и ти пом корпуса. В качестве вычисли тельного используется 8 разряд ное процессорное ядро с RISC ар хитектурой. Встроенный тактовый генератор работает на частоте 6 МГц ±5 %. Тактовая частота про цессорного ядра 12 МГц. В резуль тате подстройки частоты встроен Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ к любой линии портов ввода/выво да. Для обслуживания внешних ис точников прерываний выделен один вектор прерываний. Входы/выходы USB приемопе редатчика могут использоваться для обмена данными с устройства ми, поддерживающими интерфей сы USB и PS/2. Чтобы обеспечить работу в этих режимах, не требует ся подключение дополнительных внешних электронных компонен тов. Широкое распространение USB стандарта, высокая пропуск ная способность USB шины (до 480 Мбит/с) и другие преимущест ва USB технологии позволяют при менять ее не только для обмена данными между компьютером и многочисленными периферийными устройствами, но и использовать высокоскоростной USB интерфейс взамен традиционных COM и LPT портов в средствах телеком муникаций, устройствах сбора информации и мониторинга рабо ты объектов. Это обеспечивает выполнение на более качествен ном уровне обслуживания, кон троля параметров и управления работой устройств сбора и обра ботки данных. Более полную информацию о параметрах и возможностях USB микроконтроллеров, выпускаемых фирмой Cypress Semiconductor, можно найти в сети Интернет по адресу: http://www.cypress.com ЛИТЕРАТУРА: 1. Universal Serial Bus Specifica tion. Compaq, Intel, Microsoft, NEC. Revision 1.1 September 23, 1998. 2. Choosing the Right Device for Your USB Application. Cypress Semiconductor, April 2002. 3. CY7C63722/23, CY7C63743 enCoRe™ USB Combination Low Speed USB & PS/2 Peripheral Con troller. Cypress Semiconductor, October 2002. 4. http://www.cypress.com Рис. 4. Структурная схема микроконтроллеров CY7C63722/23/43 ного тактового генератора по сиг течение более чем 100 нс напря налу, передаваемому по USB ши жение питания микроконтроллера не, точность установки частоты со находится ниже заданного порога ставляет ±1.5 %, что соответствует (3.5… 4.0 В). требованиям стандартов USB. В микроконтроллерах Наличие встроенного тактового ге CY7C63722/23/43 предусмотрен нератора позволяет снизить уро режим работы со сниженным энер вень электромагнитного излучения. гопотреблением. Выход из этого Для пользовательских приложений, режима осуществляется по сигналу в которых требуется обеспечить прерывания от таймера Wake up более высокую точность тактовой или в случае передачи данных по частоты, предусмотрена возмож USB шине. При переходе в энерго ность подключения внешнего кера сберегающий режим работы раз мического резонатора с частотой решается прерывание от таймера 6 МГц. Wake up. Длительность формируе Встроенный контроллер после мого этим таймером временного довательного SPI порта поддержи интервала задается трехразряд вает обмен данными по четырех ным кодом. проводному интерфейсу в двух ре Блок входного захвата содер жимах: slave и master. Максималь жит четыре 8 разрядных регистра. ная скорость передачи данных со Запись данных в эти регистры осу ставляет 2 Мбит/с. ществляется по спадающему или В м и к р о к о н т р о л л е р а х нарастающему фронту сигнала, CY7C63722/23/43, в отличие от который поступает на входы пор CY7C634хх/5хх, выполняется об тов Р0.0 или Р0.1. служивание десяти маскируемых Микроконтроллеры прерываний. В микроконтроллерах CY7C63722/23/43 имеют два CY7C63722/23/43 два дополни 8 разрядных порта ввода/вывода тельных сигнала прерывания гене (Р0 и P1). Выходные буферные схе рируются блоками входного захва мы этих портов могут быть про та. Для обработки каждого из за граммно сконфигурированы как просов прерывания в памяти мик выходы по схеме с открытым кол роконтроллера выделена отдель лектором или как стандартные ная ячейка, в которой хранится КМОП выходы. Максимально до вектор прерывания. пустимый втекающий ток по каждо В модуле LVR (Low Voltage Reset) му выходу 50 мА. Внешние источни формируется сигнал сброса, если в ки прерываний можно подключать Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ № 8, АВГУСТ МИКРОСХЕМА КОНТРОЛЛЕРА ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В статье рассмотрены особенности микросхемы МС3РНАС контроллера маломощного трехфазного электродвигателя переменного тока, выпускаемой компанией Motorola. Микросхема не требует программирования для применения.

Микросхема МС3РНАС это специализирован ный контроллер, предназначенный для применения в разомкнутых системах управления скоростью враще ния ротора синхронного или асинхронного электро двигателя. Микросхема оптимизирована для исполь зования с трехфазными силовыми ключами на IGBT транзисторах (рис. 1) и различными драйверами клю чей. МС3РНАС может работать автономно (ускоре ние и скорость устанавливаются потенциометрами, направление вращения и включение/выключение эле ктродвигателя переключателями) или под управлени ем контроллера (режимы работы задаются по интер фейсу RS 232 с гальванической развязкой). В микро схеме реализована широко использующаяся характе ристика управления V/f, однако реализация имеет ряд характерных особенностей, выгодно отличающих мик росхему от аналогов. Эти особенности рассмотрены ниже. Микросхема является полностью цифровым уст ройством, т. е. все функции управления реализуются в цифровом виде. Сигналы, поступающие с потенциоме тров ручного управления, преобразуются АЦП в код и обрабатываются в цифровом виде. Для устранения высокочастотных шумов сигнал задания скорости фильтруется 24 разрядным КИХ фильтром нижних час тот. Управляющий сигнал для ШИМ модулятора фор мируется 32 разрядным вычислителем, обеспечиваю щим разрешение по скорости 410 3 Гц. Микросхема содержит шесть ШИМ генераторов, обеспечивающих формирование на выходе силового инвертора трехфазного сигнала управления электро двигателем. Для наиболее полного использования пи тающего напряжения на выходе каждой фазы форми руется суперпозиция первой и третьей гармоники пи тающего напряжения, что эквивалентно увеличению амплитуды первой гармоники на 15 %. Частота ШИМ сигнала от 5.3 до 21.1 кГц, параметры генерируемого сигнала обновляются с частотой не менее 4 кГц, что обеспечивает плавную регулировку момента враще ния. Для предотвращения пульсации момента враще ния, связанной с пульсацией напряжения на выходе выпрямителя, микросхема содержит цепь компенсации изменения напряжения питания силового ключа путем регулирования скважности ШИМ сигнала.

Рис. 1. Структурная схема системы управления скоростью вращения ротора электродвигателя, выполненной на базе микросхемы МС3РНАС Рис. 2. Характеристика управления электродвигателем Реализуемая микросхемой характеристика управ ления V/f корректируется путем введения такой вольт добавки (рис. 2), которая обеспечивает постоянное значение тока намагничивания. Чтобы предотвратить связанное с введением вольтдобавки резкое измене ние момента вращения в переходном режиме при из менении направления вращения ротора, при частоте менее 1 Гц величина формируемого напряжения изме няется пропорционально частоте. Основные характеристики микросхемы: • частота сигнала управления двигателем в пределах от 1 до 128 Гц • скорость изменения частоты от 0.5 до 128 Гц/с • активный уровень сигналов на выходах ШИМ гене раторов устанавливается управляющим сигналом, что позволяет использовать в системе управления как инвертирующие, так и неинвертирующие драй веры IGBT транзисторов • мертвое время ШИМ сигнала устанавливается внешним резистором или по интерфейсу • напряжение питания 5 В • диапазон рабочих температур 40…+105 °С • корпус 28 SOIC, 32 QFP или 28 DIP. Дополнительную информацию о микросхеме можно получить в сети Интернет по адресу: www.mot sps.com Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕCСОРЫ ИНТЕРФЕЙС DSP Blackfin С ВИДЕОКОНТРОЛЛЕРАМИ В настоящее время сигнальные процессоры ADSP BF53x (Blackfin) широко применяются в переносных устройствах цифровой обработки сигналов, высокоскоростных модемах, биометрических системах, бытовой аудиотехнике, широкополосных системах передачи данных и др. Расширить сферу применения сигнальных процессоров ADSP BF53x можно за счет подключения к ним микросхемы видеоконтроллера S1D13806. В статье рассмотрены возможности и основные технические характеристики этих микросхем. В. Охрименко Основные технические характе ристики сигнальных процессоров ADSP BF53x (Blackfin) фирмы Ana log Devices приведены в таблице 1. Процессорное ядро ADSP BF53x оптимизировано для реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов. Ядро содержит два умно жителя (MAC), два 32 разрядных ALU, четыре 8 разрядных видео ALU, одно 40 разрядное устройст во сдвига. Выполнение операций в каждом из двух 16 разрядных бло ков MAC (в составе которых име ются 40 разрядные аккумуляторы) осуществляется в течение одного цикла, что обеспечивает произво дительность 1200 MMACS при так товой частоте процессорного ядра 600 МГц (ADSP BF533). В каждом из блоков ALU поддерживаются опе рации с 8, 16 или 32 разрядными числами. В течение одного цикла в каждом из ALU могут выполняться две операции с 16 разрядными чис лами. В набор инструкций процес сорного ядра включены специаль ные инструкции, позволяющие ус корить обработку аудио и видео сигналов при использовании алго ритмов, применяемых в широко распространенных стандартах TV MediaPlug Interface or Analog Out Control CRT CPU Clock S1D Digital Out FLAT PANEL MPEG2, MPEG4, JPEG. Благодаря высоким параметрам сигнальные процессоры ADSP BF53x широко применяются в портативных муль тимедийных устройствах. Процес соры ADSP BF53x имеют внешний порт (External Port), поддерживаю щий обмен данными с памятью ти па SDRAM, ROM, SRAM и флэш. Расширить функциональные воз можности сигнальных процессоров семейства Blackfin можно при под ключении микросхемы видеоконт роллера S1D13806, поддерживаю щего работу с полноцветными мо ниторами почти всех типов. Основные технические характе ристики микросхемы видеоконт роллера S1D13806 даны в таблице 2 [2]. Микросхема S1D13806, вы пускаемая фирмой Epson, пред ставляет собой мощный графичес Таблица 1. Основные технические характеристики сигнальных процессоров ADSP BF531/532/533/535Р Таблица 2. Основные технические характеристики микросхемы видеоконтроллера S1D Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ кий видеоконтроллер, поддержи вающий стандартные интерфейсы передачи данных, что позволяет подключать к S1D13806 мониторы разных типов (LCD/CRT/TV). Для подключения мониторов в видео контроллере имеется один цифро вой и один аналоговый выход. К ци фровому выходу подключаются разные типы LCD мониторов, к аналоговому CRT и TV монито ры. Видеоконтроллер S1D13806 содержит видеоЦАП со встроен ным ОЗУ (RAMDAC). В S1D13806 производится кодирование видео сигнала, принятое в телевизионных стандартах PAL и NTSC. Встроен ная в микросхему видеоконтролле ра память типа SDRAM объемом 1280 кбайт обеспечивает возмож ность формирования видеоизоб ражения с разрешением 800600 или 1024768 пикселов. Предус мотрена возможность изменения ориентации выводимого на экран монитора изображения (т. е. его поворота на 90, 180 или 270°);

ге нерирации на аппаратном уровне изображения курсора на экране;

выведения в режиме работы с дву мя мониторами на каждый из них разных изображений. Реализова ны также и другие возможности об работки видеоизображения. В ви деоконтроллере S1D13806 имеет ся 13 линий ввода/вывода цифро вых сигналов. Пример принципи альной электрической схемы под ключения микросхемы видеоконт роллера S1D13806 к сигнальному процессору ADSP BF535, а также временные диаграммы циклов об мена данными между ADSP BF535 и S1D13806 можно найти в [1]. Об мен данными с S1D13806 осуще ствляется в 16 разрядном формате через внешний параллельный порт процессоров ADSP BF53х. Видео контроллер S1D13806 можно ис пользовать и с микропроцессора ми других типов, полный список которых можно найти в [3]. Имеет № 8, АВГУСТ ся также возможность непосредст венного подключения видеоконт роллера S1D13806 к ISA шине. Более детальную инфор мацию о сигнальных процес сорах ADSP BF53х и системах отладки, предлагаемых фирмой Analog Devices, можно найти в сети Интернет по адресу: http://www.analog.com/blackfin ЛИТЕРАТУРА: 1. Interfacing EPSON S1D13806 memory display controller to Blackfin DSPs//Engineer To Engineer Note EE 184. Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 2. ADSP 21535 Blackfin DSP Hardware Reference. Analog De vices, 2002 (http://www.analog.com). 3. Epson Research and Develop ment, Inc., S1D13806 Hardware Functional Specification, Document Number X28B A 001 xx (http://www.epson.com).

DC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СЕРИИ ALT С ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ 25 И 30 Вт * Всемирно известная фирма Astec Power постоянно расширяет номенклатуру выпускаемых изделий, предназначенных для обеспечения электропитания устройств электроники. В феврале 2003 г. фирма Astec Power анонсировала новую серию DC/DC преобразователей типа ALT с выходной мощностью 25 и 30 Вт. Основные параметры преобразователей этой серии приведены в публикации. Г. Местечкина DC/DC преобразователи серии ALT выпускаются как с одним, так и с двумя выходными напряжениями с выходной мощностью 25 и 30 Вт соответственно. Пре образователи этой серии отличаются высоким КПД (до 87 %), надежной изоляцией входа от выхода (испы тательное напряжение 1500 В), защитой от перегруз ки, выхода напряжения за допустимые пределы (сверху и снизу), превышения температуры корпуса, а также малыми габаритами (40.650.89.6 мм). * News Release from Astec Power, February 2003.

DC/DC преобразователь серии ALT Широкий диапазон входного напряжения (36 75 В) и отличный температурный коэффициент (±0.02 %/°С) позволяют применять DC/DC преобразователи се рии ALT в устройствах телекоммуникаций, включая беспроводные передатчики, приемники и базовые станции. Они могут найти применение в измеритель ной аппаратуре, а также в межсетевых устройствах, таких как концентраторы и маршрутизаторы. Высокое Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ значение тока нагрузки и возможность регулировки выходного напряжения делают модели преобразова телей серии ALT идеальными для использования в ав томатизированном и испытательном оборудовании, в котором применяются современные ИС с низкими на пряжениями питания и высокими токами потребления. Широкий диапазон рабочих температур (от 40 до 55 °С) позволяет эксплуатировать DC/DC преобразо ватели серии ALT в жестких условиях окружающей среды. Преобразователи серии ALT обеспечивают ток в нагрузке 6 A (3.3 B), 5 A (5.0 В), 2.1 A (12.0 В), 1.67 A (15.0 В), 1.25 А (±12 В) и 3 А (±5 В) при обдуве с линей ной скоростью 60 м/мин и температуре окружающей среды до 55 °С. Преобразователи серии ALT допуска ют повышение входного напряжения до 100 В в течение 100 мс и выдерживают испытательное напряжение изо ляции между входными и выходными цепями до 1500 В. В DC/DC преобразователях серии ALT обеспечи вается возможность регулировки выходного напряже ния в пределах ±10 %, имеется система защиты, сра батывающая при уменьшении входного напряжения ниже допустимого (с гистерезисом для предотвраще ния ложных срабатываний при включении). Системы защиты от перегрузки, перенапряжения и перегрева повышают надежность работы преобразователей и позволяют применять их в необслуживаемой аппара туре, чему также способствует возможность дистанци онного включения/выключения сигналом TTL уровня (положительного или отрицательного). Все перечисленные достоинства, а также стандарт ное расположение выводов, небольшие размеры кор пуса обеспечивают значительный отрыв DC/DC пре образователей серии ALT от аналогов и обеспечива ют их повышенную конкурентоспособность и широкие перспективы применения в современной электронной аппаратуре. Основные технические характеристики и парамет ры DC/DC преобразователей серии ALT приведены в табл. 1, 2. Дополнительную информацию о продукции фирмы Astec Power можно получить в НПФ VD MAIS или в се ти Интернет по адресу: http://www.astecpower.com Таблица 1. Основные технические характеристики DC/DC преобразователей серии ALT Таблица 2. Основные параметры DC/DC преобразователей серии ALT Фирма VD MAIS проводит с 27 по 31 октября 2003 года СЕМИНАР:

Особенности применения операционных усилителей и д р у г и х И М С ф и р м ы Analog Devices Докладчик James Bryant:

27 октября в Киеве 29 октября в Харькове 31 октября в Одессе.

Заявки на участие в семинаре необходимо подавать в редакцию "ЭКиС".

(Более подробная информация в № 9/2003) Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ № 8, АВГУСТ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ТА ПЕРЕТВОРЮВАЧІ НАПРУГИ підприємства "ДЕЛЬТА" Джерела живлення ТУ У 01497468.004 95 серт. № СТС 14 3 15 01 Регістру судноплавства України Джерела живлення призначені для забезпечення вузлів зв'язку на суднах і інших об'єктах номінальною напру гою 12 або 24 В в буфері з акумуляторною батареєю (АБ). Джерела забезпечують миттєве переключення на вантаження на живлення від акумулятора і навпаки відповідно при пропаданні і появі напруги мережі, авто матичний заряд і підзаряд акумуляторної батареї з характеристикою I/U, мають дистанційну сигналізацію (сухі контакти) наявності напруги вхідної мережі, а також звукову і світлову сигналізацію аварійних ситуацій пропадання напруги вхідної мережі, збільшення (зменшення) вихідної напруги за допустимі межі.

Джерела живлення (ДЖ) ТУ У 01497468.001 95, сертифікат UА1.018.08138 Захист від перевантажень, короткого замикання, х ка I/U (автомат. перехід y режим стаб. струму). Цілодобова робота при максимальному навантаженні. ККД 90 %. Габаритні розміри 25021080 мм, маса не більше 2 кг. Гарантія 5 років. Доставка виробів безплатна. Перетворювачі напруги з постійної в змінну стабілізовану квазісинусоїдальну напругу 220 В, 50 Гц Призначені для живлення будь якої апаратури, в тому числі встановленої на телефонних станціях Вихідна змінна напруга, В Частота вихідної напруги, Гц ККД, %, не менше Максимальна вихідна потужність, Вт Габаритні розміри, мм Маса, кг, не більше 220±10 50±0.5 90 400 25080235 2. Крім цього, виготовляємо потужні джерела безперебійного живлення для АТС, UPS на 5 6 год. роботи, регулятори температури до 1 кВт, системи керування антенами діаметром до 12 м, кодові пристрої та інше. 46010, м. Тернопіль, вул. Текстильна, 38 КП "ДЕЛЬТА", тел./факс: (0352) 25 58 52 e mail: delta@delta.te.ua www.bit.ternopil.ua/ukr/Firm/Delta Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И СВЯЗЬ НОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ В статье описываются новые синтезаторы частот ADF4107, ADF4153, ADF4212L и ADF4360 фирмы Analog Devices. В. Голуб На страницах ЭКиС и других журналов фирмой VD MAIS систе матически публикуются сведения о новых синтезаторах частот [1 3]. В [2] были рассмотрены: синтеза тор ADF4106, самый высокочастот ный из серии ADF4xxx (частота 6 ГГц);

синтезаторы серии ADF4217L/18L/19L, отличающиеся от ADF4216/17/18 сниженным в два раза энергопотреблением;

тактовый генератор ADF4001 на базе системы ФАПЧ. Менее чем за год фирмой Analog Devices разра ботаны новые синтезаторы, отли чающиеся верхним пределом синтезируемых частот, повышен ным разрешением, экономично стью и др.: микросхемы ADF4107, ADF4153, ADF4212L и ADF4360 [4 6]. Кроме того, для систем связи ISM на базе синтезаторов разра ботаны передатчики ADF7010 и ADF7011, вошедшие в общее се мейство синтезаторов фирмы Ana log Devices [5]. Наряду с синтезато рами фирмой разработана новая версия программы ADIsimPLL, предназначенной для моделирова ния синтезаторов, выбора и про граммирования ИМС, расчета внешних цепей (фильтра и т. д.) [3, 7]. Программа ADIsimPLL обес печивает быстроту и оптималь ность расчета синтезаторов на ба зе ИМС фирмы Analog Devices. ИМС ADF4107, ADF4153 и ADF4360, а также программа ADIsimPLL, Ver. 2.0, были презенто ваны 9 июля 2002 г. Christian Ker marrec, вице президентом отделе ния "RF and Wireless Systems" фир мы Analog Devices [4, 7]. ADIsimPLL рассмотрена в ЭКиС [3] и является свободно распространяемой про граммой, которая может быть полу чена на Web сайте фирмы Analog Devices (http://www.analog.com). ИМС ADF4107 Микросхема ADF4107 [4 6] яв ляется развитием ADF4106. Основ ное отличие: верхняя синтезируе мая частота составляет 7 ГГц, что является самым высоким достиже нием для интегральных синтезато ров. На рис. 1 приведена структур ная схема ADF4107, типичная для одноканальных синтезаторов фир мы Analog Devices, а на рис. 2 схема включения ADF4107. Осно вой ИМС является синтезирующая цепь с использованием системы ФАПЧ [8]. Фильтр и управляемый генератор (УГ) системы не входят в состав ИМС (рис. 2). Выходное колебание синтеза тора снимается с вывода RFOUT (рис. 2). Это колебание подается также в цепь обратной связи систе мы ФАПЧ на вход делителя частоты N (RFINA). Токовый формирователь на выходе фазочастотного детек тора и интегрирующий фильтр обеспечивают в системе ФАПЧ ас татический режим регулирования. В этом режиме фазочастотный де тектор работает как фазовый, при чем при нулевом фазовом рассо гласовании и, соответственно, при малом фазовом шуме. В переход ном режиме, до вхождения системы в синхронизм (например, при вклю чении или перестройке системы ФАПЧ), детектор работает как ча стотный. Коэффициент деления де лителя N, как и делителя R, является целым числом. Синтезатор с таким делителем относится к синтезато рам типа "Integer N" (с целыми зна чениями коэффициента деления N), разрешение которых fвых (дис кретность перестройки частоты fвых) определяется частотой на вхо де детектора согласно выражению: fвых = fФД = fвх/R, (1) где fвых и fвх частоты на выводах RFOUT и FREFIN (рис. 2), а fФД на входе детектора. Требуемая настройка синтеза тора осуществляется путем про граммирования через трехпровод ной интерфейс (CLK, DATA, LE на рис. 1) c 24 битовым сдвигающим регистром на входе ИМС. Регистр Рис. 1. Структурная схема ИМС синтезатора ADF Рис. 2. Схема включения ADF4107 (гетеродин для базовой станции LMDS) Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И СВЯЗЬ может использоваться в одном из четырех режимов, определяемых двумя младшими битами каждого из четырех 24 разрядных слов дан ных, подаваемых на вход LE. Ре гистр обеспечивает установку ко эффициентов деления N и R делите лей частоты, коэффициентов пре образования токовых формирова телей, включение той или иной це пи контроля (питания, выходов де лителей частоты, детектора) и др. Коэффициент R программируется непосредственно, а N через па раметры P, B и A в соответствии с выражением N = PB + A. (2) В [6] даются значения R, P, B и A, необходимые для расчета и про граммирования, а в табл. 1 данной статьи приведены пределы возмож ных значений R и N. Разрешение (1), зависящее от fвх и R, определяется также отноше нием fвых = fвых/N. (3) В результате, выбор fвых осу ществляют согласно выражению (3), для которого fвых и N берут из таблиц параметров в [6], а затем определяют fвх и R согласно (1), причем с учетом равенства fвых/N = fвх/R и опять таки в преде лах значений fвх и R, приводимых в таблицах [6]. Возможны вариации в выборе N и R в зависимости от fвх и fвых. Частота на выходе синтеза тора № 8, АВГУСТ fвых = fвх N/R, (4) где fвых и fвх частoты на выводах RFOUT и FREFIN (рис. 2). На рис. 2 в качестве примера показана схема гетеродина базо вой станции системы связи LMDS. Гетеродин, в котором применены микросхемы синтезатора ADF4107 и УГ V956ME01 (фирмы Z Comm), формирует синусоидальное коле бание с частотой 6.3 ГГц. В табл. 2 приведены полные обозначения ADF4107 и других рассматриваемых ниже ИМС, типы корпусов, напряжения питания и токи потребления. Значения fвых, fвх и fФД, а также коэффициентов N и R приведены в табл. 1. Ознакомление с ИМС ADF4107 и отработка схемы синте затора могут быть произведены при помощи оценочной платы EVAL ADF4107EB1 [6]. Отметим, что напряжение питания цифровой части ИМС (вывод DVDD, рис. 1) не должно превышать напряжения пи тания токового формирователя (вывод VP). В противном случае воз можен отказ ИМС. ИМС ADF4212L ADF4212L [4 6] двухканаль ный синтезатор типа "Integer N" с выходами синтезируемых колеба ний высокой (RF) и промежуточной (IF) частот. ADF4212L характеризу ется пониженным до 10 мА током потребления (при типовом значе нии 7.5 мА). Для сравнения, ADF4212 характеризуется током до 17.5 мА (при типовом значении 13.5 мА). Но ADF4212L имеет бо лее узкий частотный диапазон (см. таблицу), чем ADF4212 (0.15 … 2.7 ГГц, 0.06 … 1.0 ГГц). В [6] приводится схема включе ния ADF4212L в составе гетероди на с двумя выходами: RF (880 … 915 МГц с шагом переключения 200 кГц) и IF (540 МГц) для преобра зователей частоты системы связи GSM. Синтезатор ADF4212L при менен совместно с УГ VCO190 540T и VCO190 902U фирмы Vari L. В [6] приводится также схе ма включения ADF4212L с УГ M3500 1324 (фирма Micronetics) в составе гетеродина, работающего в области частоты 2.1 ГГц. Приме нение ADF4212L рекомендуется не только для узкополосных систем связи GSM, DCS1800, CDMA и WCDMA, но и для широкополос ных (кабельного телевидения) с по лосой перестройки до 400 МГц. Требуемая настройка ADF4212L осуществляется, как и ИМС ADF4107, путем программи рования через трехпроводной ин терфейс, но с другим распределе нием функций между четырьмя ре жимами 24 битового регистра на входе ИМС. Оценочная плата EVAL ADF4210/12/13EB [6].

Таблица 1. Параметры новых синтезаторов частот фирмы Analog Devices Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И СВЯЗЬ полярная фазовая ошибка со сред ним значением, равным 0. Требуемая настройка ADF4153 осуществляется, как и рассмотрен ных выше ИМС, путем программи рования через трехпроводный ин терфейс (CLK, DATA, LE) c 24 бито вым сдвигающим регистром на вхо де ИМС, который также может ис пользоваться в одном из четырех режимов. Параметры ADF4153 приведе ны в табл. 1 и 2. Применение ADF4153: мобильные аппараты и базовые станции систем связи GSM, PCS, DCS, CDMA, WCDMA, системы кабельного телевидения, локальной беспроводной связи и испытательного оборудования. Оценочная плата EVAL ADF4153EB [6]. ЛИТЕРАТУРА: 1. Макаренко В. Стабильные ге теродины для преобразователей частоты //ЭКиС. Киев: VD MAIS, 2002, № 3. 2. Голуб В. Новые синтезаторы частот серии ADF4xxx//Chip News, 2002, № 4. 3. Микросхемы синтезаторов частоты//ЭКиС. Киев: VD MAIS, 2003, № 4. 4. Analog Devices' News Re lease: Analog Devices Extends Radio Frequency Product Portfolio. June 09, 2003 (www.analog.com). 5. Analog Devices' Technical Support: PLL Synthesizer (www.ana log.com). 6. Analog Devices' Data Sheets: ADF4107, Rev. 0, 2003;

ADF4153, Rev. 0, 2003;

ADF4212L, Rev. A, 2003;

ADF4360, Rev. PrP, 01/03. 7. Analog Devices' News Re lease: New Analog Devices' Circuit Simulation Tool Simplifies Phase Locked Loop Design. June 09, 2003 (www.analog.com). 8. Голуб В. Система ФАПЧ и ее применения//Chip News, 2000, № 4. 9. Daly B., Comparing Integer N and Fractional N Synthesizers//Mi crowaves & RF, September 2001. 10. Голуб В. Цифровая обра ботка сигналов: сигма дельта АЦП //Электроника: НТБ, 2001, № 4.

Таблица 2. Oбозначения, типы корпусов и напряжений питания ИМС синтезаторов ИМС ADF4360 Семейство ИМС ADF4360 [4 6] типа "Integer N" содержит набор микросхем ADF4360 1 … ADF4360 7, рассчитанных на разные диапазо ны частот. Особенностью ИМС яв ляется и то, что они содержат УГ (с выходным усилителем мощности), чем и объясняется разбивка их на несколько ИМС (для ADF4107, ADF4212L и ADF4153 УГ являются внешними устройствами). УГ в ADF4360 1/6 содержат все эле менты колебательных контуров, а более низкочастотная микросхема ADF4360 7 работает с внешним элементом индуктивности. Значения синтезируемых частот и другие параметры ADF4360 1/7 приведены в табл. 1 и 2. Оценоч ные платы: EVAL ADF4360EBx [6]. ИМС ADF4153 ADF4153 [4 6] относится к дру гому типу синтезаторов "Fraction al N" (с дробными значениями ко эффициента деления N) [9]. Дроб ные значения N обеспечивают по лучение повышенного разрешения (дискретности перестройки) в соот ветствии с (3) и (4): fвых = fФДN и fвых = fФДN, (5) где N = 0.0001 для ADF4153 (для синтезаторов типа "Integer N" N=1). В ADF4153 синтезируются частоты до 3 ГГц при разрешении 0.6 кГц. Параметры ИМС приведе ны в таблице. Микросхема ADF4153 совместима с ИМС ADF4110/1/2/3 типа "Integer N". В отличие от (2) для ИМС типа "Integer N", коэффициент деления N для ADF4153 типа "Fractional N" характеризуется выражением N = I + F/M, (6) где I и F/M целая и дробная со ставляющие коэффициента (F/M<1, а F и M целые числа). Особеннос тью ADF4153, отличающей ее от других синтезаторов типа "Fraction al N", является то, что в цепи управ ления дробным коэффициентом де ления N применен сигма дельта ин терполятор. Выходной сигнал ин терполятора, имеющего цифровое управление, представляет собой временнyю последовательность ну левых ("0") и единичных ("1") посылок [10]. Дробное число N получают как среднее значение двух коммути руемых целых чисел N0=I и N1=I+1. Соответственно, делитель N про граммируется на два целых значе ния коэффициента деления N0 и N1, которые коммутируются при управ лении делителя последовательнос тью "0" и "1" (значению N0 соответ ствует посылка "0", а значению N1 посылка "1"). При переключении ко эффициента деления сохраняется постоянство частоты на выходе УГ, определяемой из (4) и (6), благодаря фильтрующему свойству системы ФАПЧ. При этом в системе ФАПЧ обеспечивается астатический ре жим работы и на фазовый детектор воздействует переключаемая двух Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 3668• E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ № 8, АВГУСТ ОДНОПЛАТНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ В СТАНДАРТЕ PCI ПЛАТЫ ПОЛНОЙ ДЛИНЫ В статье рассмотрены основные характеристики выпускаемых компанией Portwell одноплатных промышленных компьютеров, выполненных в стандарте PCI платы полной длины.

Одноплатный компьютер ROBO 698 679 можно устанавливать микропроцессор Pentium III Рассмотренные в статье одноплатные промышлен с тактовой частотой до 1.26 ГГц. Чипсет Intel 815Е ные компьютеры (Single Board Computer SBC) пост обеспечивает обмен данными со SDRAM памятью роены на базе высокопроизводительного микропро цессора производства компании Intel (Pentium III или (стандарт PC100/133) максимальным объемом Celeron), обеспечивают возможность подключения 512 Мбайт. Для подключения модулей памяти имеется большого объема синхронной динамической памяти два гнезда типа DIMM (168 контактов). Кроме того, в (до 1 Гбайт) и имеют широкий набор периферийных SBC ROBO 679 имеются "сторожевой" таймер, тай контроллеров, с помощью которых организуется связь мер реального времени и батарейка, с помощью ко торой поддерживается работа таймера реального с внешними устройствами. Все рассматриваемые од времени при отключении напряжения питания. Видео ноплатные компьютеры имеют встроенный "стороже контроллер, выполненный на базе микросхемы Intel вой" таймер и гнездо для подключения флэш дисков ти 815ЕGMCH, позволяет формировать изображение с па DOC (Disk on Chip) с максимальным объемом памя ти до 288 Мбайт. Во всех компьютерах имеются две разрешением 16001200 пикселов при частоте об шины: 32 разрядная PCI и 16 разрядная ISA. В каждом новления изображения 85 Гц. Контроллер ввода/вы вода, построенный на основе микросхемы компьютере реализован также программно аппарат ный мониторинг напряжения питания и температуры W83627HF, поддерживает обмен данными с внешни ми устройствами, имеющими стандартные последова микропроцессора. Выпускаемые фирмой Portwell од ноплатные промышленные компьютеры соответствуют тельные (RS 232, PS/2, USB) и параллельные (SPP, ECP, EPP) интерфейсы обмена данными. техническим требованиям PICMG (PCI Industrial Com ROBO 678 одноплатный промышленный компью puter Manufactures Group). тер, созданный на основе микропроцессора Intel Поскольку одноплатные промышленные компьюте ры отличаются небольшими габаритными размерами, Celeron или Pentium III. Тактовая частота системной шины составляет 66, 100 или 133 МГц. Чипсет Intel высокой производительностью, большим набором пе 815Е поддерживает обмен данными с памятью типа риферийных контроллеров и предназначены для ра SDRAM (стандарт PC100/133) максимальным объе боты в расширенном диапазоне температур, они в на мом 512 Мбайт. Для подключения модулей памяти стоящее время широко применяются в системах сбо предусмотрено два гнезда типа DIMM (168 контак ра и обработки данных типа SCADA (Supervisory Con trol and Data Acquisition), используемых для решения тов). Как и SBC ROBO 679, компьютер ROBO 678 со задач комплексной автоматизации промышленного держит специальный дополнительный разъем PCI ши производства. Кроме того, описываемые компьютеры ны, который можно использовать для подключения до черних плат расширения (daughter boards), к примеру, применяются и в других высокопроизводительных сис темах и устройствах, предназначенных для работы на адаптера SCSI на базе контроллера AIC 7892 (фирмы Adaptec) с интерфейсом Ultra 160 SCSI. Ethernet кон необслуживаемых объектах. троллер, выполненный на базе микросхемы Intel В таблице приведены основные параметры одно платных промышленных компьютеров ROBO 679, 82559, поддерживает протоколы обмена данными, принятые в стандартах 10/100BASE T. ROBO 678, NC 6060, ROBO 698 и ROBO 608 [1 3]. NC 6060 содержит гнездо типа Socket 370 для под ROBO 679 одноплатный промышленный компью тер, построенный на основе микропроцессора Intel ключения микропроцессора Intel Pentium III или Celeron. Компьютер SBC NC 6060 предназначен для Pentium III Tualatin или Celeron. На плату SBC ROBO В. Охрименко Web: www.vdmais.kiev.ua/journal.asp • E mail: ekis@vdmais.kiev.ua • Телефон: (380 44) 227 1356 • Факс: (380 44) 227 № 8, АВГУСТ КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ Основные параметры компьютеров, выполненных в стандарте PCI платы полной длины применения в системах компьютерной телефонии и те лекоммуникационных системах разного назначения. Чипсет VIA PLE 133 поддерживает обмен данными по системной шине с тактовой частотой 66, 100 или 133 МГц. Контроллер памяти имеет встроенную систе му коррекции ошибок (Error Correcting Code ECC) и поддерживает обмен данными с памятью типа SDRAM объемом до 1 Гбайт. Адаптер сети Ethernet выполнен на базе контроллера RealTek 8139С (стандарт 10/100BASE T). Видеоконтроллер позволяет форми ровать цветное изображение (256 цветов) с разреше нием 12801024 пиксела при частоте обновления ви деоизображения 60 Гц. На плате компьютера содер жится 68 контактный разъем для подключения одного дополнительного PCI устройства. Кроме того, имеется разъем для подключения внешних источников питания.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.