串行數據轉換器接口

如果作用時(shí)間很短，雖然不會(huì )損壞器件，但是會(huì )增強器件中通常不起作用的襯底對其它 晶體管的影響，從而導致將每個(gè)作用脈沖檢測為多個(gè)時(shí)鐘脈沖。這種脈沖抖動(dòng)對串行式轉換 器影響很厲害，而對并行式轉換器則差一些。因為讀周期和寫(xiě)周期通常都取決于所施加的 第一 個(gè)脈沖，而后邊的脈沖無(wú)關(guān)緊要。但是，如果在轉換期間出現這種干擾信號，無(wú)論是串行還 是并行式轉換器都要受到噪聲的影響。

圖109示出了如何很容易地減小過(guò)沖。在出現問(wèn)

圖109 用來(lái)減小過(guò)沖的低通濾波器

題的數字輸入信號線(xiàn)上串聯(lián)一個(gè)小電阻。這個(gè)電阻與數字輸入端的寄生電容 C par 結合起來(lái)可構成一個(gè)低通濾波器，從而可 以消除接受信號的任何振蕩。一般推薦使用50Ω的電阻，但是做一些實(shí)驗可能是必要的。如 果數字輸入端的內部電容不夠大，還可在這個(gè)輸入端加一個(gè)外接電容。這時(shí)實(shí)驗是必要的， 但開(kāi)始最好選10pF左右的電容。

問(wèn)：你已經(jīng)談到時(shí)鐘信號過(guò)沖會(huì )使轉換器的噪聲惡化。從接口技術(shù)的角度來(lái)看，是否有 其它方法來(lái)改善其信噪比?

答：因為你的系統在混合信號(模擬與數字)環(huán)境下工作，所以接地方法至關(guān)重要。你可 能知道，因為數字電路是一種噪聲源，所以模擬地與數字地應該分開(kāi)，只在一點(diǎn)會(huì )合。這種 接地方法通常只用在電源上。實(shí)際上，如果模擬器件和數字器件共用一個(gè)電源，例如+5V或+ 33V單電源系統，只有連接模擬地與數字地才能在電源返回，別無(wú)選擇。具體數據轉換器 的 產(chǎn)品說(shuō)明可能指導你對器件的AGND腳和DGND腳如何連接。如果在兩點(diǎn)接地，那么應該如何避 免產(chǎn)生接地環(huán)路呢?

圖1010示出了解決這種困境的方法。關(guān)鍵在于數據轉換器的引腳中標記的AGND和DGND 腳 都是相對轉換器的部件而言的，用來(lái)與其它引腳連接。數據轉換器作為一個(gè)整體，應該按模 擬器件來(lái)處 理。所以將AGND和DGND腳連接到一起后，應該用一根線(xiàn)接到系統的模擬地。如果真的這樣做 ，會(huì )使轉換器的數字電流流入模擬接地平面，但這樣要比通常把轉換器的DGND腳接到噪聲數 字接地平面帶來(lái)的危害要小。這個(gè)例子還示出了一個(gè)接數字地的數字緩沖器，用來(lái)使轉換 器的串行數據引腳與有噪聲的串行數據總線(xiàn)相隔離。如果數據轉換器的引腳與微處理器的引 腳直接相連，那么可以不用這種緩沖器。

圖1010還示出了如何處理混合信號系統單電源

供電這樣一個(gè)越來(lái)越引人關(guān)注的普遍性問(wèn)題。正如接

圖1010 模擬地與數字地的接線(xiàn)方法
地一樣，我們將電路中的模擬部分與數字部分的電源線(xiàn)(最好是電源平面)分開(kāi)。我們將 數據轉換器的數字電源按模擬電源處理。但是有時(shí)候將模擬電源引腳與數字電源引腳用一種 電感的方式隔離起來(lái)是很必要的。請注意，轉換器的兩個(gè)電源引腳都應分別接去耦電容器。 具 體產(chǎn)品說(shuō)明將推薦選用合適的電容器，但好的經(jīng)驗規則是01μF。如果空間允許，每個(gè)器 件都應接一個(gè)10μF電容器。

問(wèn)：我想在A(yíng)DC與微處理器之間用光隔離器設計一個(gè)串行接口。當我使用這些器件時(shí)，應 該知道些什么?

答：為了構造一個(gè)簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟的高壓隔離器可以使用光隔離器(又稱(chēng)光耦合器)。在數 據轉換器與微處理器之間電流隔離作用的經(jīng)驗還表明模擬系統的地與數字系統的地不必再連 接起來(lái)。正如圖10.11所示，精密ADC AD7714 與通用的微控制68HC11之間的

隔離串行接口只用3個(gè)光隔離器便可實(shí)現。

圖1011 ADC與微處理器之間的隔離串行接口

設計者應該知道，光隔離器的上升時(shí)間和下降時(shí)間非常慢。它與CMOS數據轉換器一起使 用會(huì )出現問(wèn)題，即使在串行通信時(shí)以低速運行也是如此。CMOS邏輯輸入端設計成用規定的邏輯“0”或邏輯“1”來(lái)驅動(dòng)。在這種狀態(tài)下，輸入端 提供和吸收很少量的電流。然而，當輸入電壓處于邏輯“0”與邏輯 “1”之間的變遷狀態(tài)時(shí)(08V到20 V)邏輯門(mén)消耗的電流數量將要增加。如果所用的光隔離器的上升時(shí)間和下降時(shí)間相當慢，那 么絕大部分時(shí)間都浪費在“死區”，從而產(chǎn)生邏輯門(mén)的自熱。這種自熱導致邏輯 門(mén)的閾值電壓向上漂移，從而導致轉換器將一個(gè)時(shí)鐘脈沖看作多個(gè)時(shí)鐘脈沖。為 了防止這種閾值抖動(dòng)，應該使用施密特觸發(fā)器來(lái)緩沖來(lái)自光隔離器的信號線(xiàn)，以便將快速、 陡沿的時(shí)鐘信號傳送給數據轉換器。