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８位高速A/D轉(zhuǎn)換器TLC5510的應(yīng)用
摘要：TLC5510是美國德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的8位半閃速結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS工藝制造，可提供最小20Msps的采樣率�？蓮V泛用于數(shù)字TV、醫(yī)學(xué)圖像、視頻會議、高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及QAM解調(diào)器等方面。文中介紹了TLC5510的性能指標(biāo)、引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作時(shí)序，給出了TLC5510的應(yīng)用線路設(shè)計(jì)和參考電壓的配置方法。關(guān)鍵詞：高速AD轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集；TLC5510
1 概述
TLC5510是美國TI公司生產(chǎn)的新型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件（ADC），它是一種采用CMOS工藝制造的8位高阻抗并行A/D芯片，（范文先生網(wǎng)m.panasonaic.com收集整理）能提供的最小采樣率為20MSPS.由于TLC5510采用了半閃速結(jié)構(gòu)及CMOS工藝，因而大大減少了器件中比較器的數(shù)量，而且在高速轉(zhuǎn)換的同時(shí)能夠保持較低的功耗。在推薦工作條件下，TLC5510的功耗僅為130mW.由于TLC5510不僅具有高速的A/D轉(zhuǎn)換功能，而且還帶有內(nèi)部采樣保持電路，從而大大簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)；同時(shí)，由于其內(nèi)部帶有了標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻，因而可以從+5V的電源獲得2V滿刻度的基準(zhǔn)電壓。TLC5510可應(yīng)用于數(shù)字TV、醫(yī)學(xué)圖像、視頻會議、高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及QAM解調(diào)器等方面。
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳說明及工作原理
2.1 TLC5510的引腳說明
TLC5510為24引腳、PSOP表貼封裝形式（NS）。其引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：
AGND:模擬信號地；
ANALOG IN:模擬信號輸入端；
CLK:時(shí)鐘輸入端；
DGND:數(shù)字信號地；
D1——D8:數(shù)據(jù)輸出端口。D1為數(shù)據(jù)最低位，D8為最高位；
OE:輸出使能端。當(dāng)OE為低時(shí)，D1——D8 數(shù)據(jù)有效，當(dāng)OE為高時(shí)，D1——D8為高阻抗；
VDDA:模擬電路工作電源；
VDDD:數(shù)字電路工作電源；
REFTS :內(nèi)部參考電壓引出端之一，當(dāng)使用內(nèi)部電壓分壓器產(chǎn)生額定的2V基準(zhǔn)電壓時(shí)，此端短路至REFT端；
REFT:參考電壓引出端之二；
REFB:參考電壓引出端之三；
REFBS :內(nèi)部參考電壓引出端之四，當(dāng)使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)器產(chǎn)生額定的2V基準(zhǔn)電壓時(shí)，此端短路至REFB端。
圖2 圖3
2.2 TLC5510的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程
TLC5510的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖中可以看出：TLC5510模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓器、1套高4位采樣比較器、編碼器、鎖存器、2套低4位采樣比較器、編碼器和1個(gè)低4位鎖存器等電路。TLC5510的外部時(shí)鐘信號CLK通過其內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器可產(chǎn)生3路內(nèi)部時(shí)鐘，以驅(qū)動3組采樣比較器�；鶞�(zhǔn)電壓分壓器則可用來為這3組比較器提供基準(zhǔn)電壓。輸出A/D信號的高4位由高4位編碼器直接提供，而低4位的采樣數(shù)據(jù)則由兩個(gè)低4位的編碼器交替提供。
TLC5510的工作時(shí)序見圖3.時(shí)鐘信號CLK在每一個(gè)下降沿采集模擬輸入信號。第N次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過2.5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲之后，將送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。
在圖3所示的工作時(shí)序的控制下，當(dāng)?shù)谝粋�(gè)時(shí)鐘周期的下降沿到來時(shí)，模擬輸入電壓將被采樣到高比較器塊和低比較器塊，高比較器塊在第二個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿最后確定高位數(shù)據(jù)，同時(shí)，低基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生與高位數(shù)據(jù)相應(yīng)的電壓。低比較塊在第三個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿的最后確定低位數(shù)據(jù)。高位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)在第四個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿進(jìn)行組合，這樣，第N次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過2.5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲之后，便可送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。此時(shí)如果輸出使能OE有效，則數(shù)據(jù)便可被送至8位數(shù)據(jù)總線上。由于CLK的最大周期為50ns,因此，TLC5510數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最小采樣速率可以達(dá)到20MSPS.
3 在線陣CCD數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖4 為TLC5510的典型外接電路。圖中的FB1——FB3為高頻磁珠，模擬供電電源AVDD經(jīng)FB1——FB3為三部分模擬電路提供工作電流，以獲得更好的高頻去
耦效果。
筆者研制的該線陣CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由時(shí)序發(fā)生器、CCD驅(qū)動電路、視頻信號預(yù)處理電路及ADC、數(shù)據(jù)存儲器、PC機(jī)等組成。TLC5510的高速、內(nèi)帶采樣保持電路等特點(diǎn)使其更利于該設(shè)計(jì)。TLC5510的主要作用是將CCD輸出的高速模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為與其模擬幅值相對應(yīng)的8位數(shù)字視頻信號。圖5是筆者設(shè)計(jì)的視頻信號A/D轉(zhuǎn)換器TLC5510的外圍電路。TLC5510可使用外部和內(nèi)部兩種基準(zhǔn)電壓連接方法。其中外部基準(zhǔn)電壓從引腳REFT和REFB接入，并應(yīng)滿足：
VREFB+2V≤VREF≤VDDA
0≤VREFB≤VREFB-2V
2V≤VREFT-VREFB≤5V
對于從零電平開始的正極性模擬輸入電壓，REFB應(yīng)當(dāng)連接到模擬地AGND.VREFT的范圍為2V——5V.如果要簡化電路，可利用TLC5510的內(nèi)部分壓電阻從模擬電源電壓VDDA上取得基準(zhǔn)電壓。在本設(shè)計(jì)中，CCD輸出的模擬視頻信號經(jīng)過反相、濾波、放大之后即為從零電平開始的正極性模擬電壓信號。因此，為了簡化電路并同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，筆者選用了TLC5510的內(nèi)部基準(zhǔn)方式，同時(shí)，因?yàn)镃CD視頻信號是2V基準(zhǔn)，所以，根據(jù)TLC5510的自身的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中，筆者將REFBS端與AGND,而將REFTS與VDDA端相連，同時(shí)將REFBS短接至REFB端，REFTS短接至REFT端來獲得2V基準(zhǔn)電壓。
在用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的過程中，當(dāng)CCD輸出端輸出視頻信號時(shí)，在由時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的A/D轉(zhuǎn)換控制時(shí)鐘CLK的同步控制下， TLC5510會將差動放大、低通濾波后的CCD模擬視頻信號實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為與其模擬幅值相對應(yīng)的8位數(shù)字信號，當(dāng)TLC5510的輸出使能 OE為低電平且高速數(shù)據(jù)存儲器的地址譯碼控制和寫控制均有效時(shí)，系統(tǒng)可將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入高速數(shù)據(jù)存儲器，以等待PC機(jī)的讀取。為了使CCD輸出的視頻信號能夠正確可靠的轉(zhuǎn)換和存儲，在設(shè)計(jì)過程中，筆者對TLC5510的工作控制時(shí)鐘CLK、輸出使能OE及高速數(shù)據(jù)存儲器的地址譯碼控制時(shí)鐘、讀寫控制時(shí)鐘的周期做了具體的時(shí)間預(yù)算，并對它們之間的邏輯相位關(guān)系做了詳細(xì)的研究。根據(jù)預(yù)算，筆者將時(shí)序發(fā)生器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、比較器、邏輯門以及D觸發(fā)器等進(jìn)行逐級分頻和邏輯組合，從而使其產(chǎn)生正確可靠的時(shí)序邏輯。系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)證明，采用TLC5510作為線陣CCD視頻信號的A/D轉(zhuǎn)換芯片，其接口電路簡單實(shí)用，使用方便，穩(wěn)定性好。
圖5 視頻信號A/D轉(zhuǎn)換外圍電路圖
4 結(jié)束語
在對TLC5510模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其在線陣CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，筆者通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)：
�。�1） 為了減少系統(tǒng)噪聲，外部模擬和數(shù)字電路應(yīng)當(dāng)分離，并應(yīng)盡可能屏蔽。
�。�2） 因?yàn)門LC5510芯片的AGND和DGND在內(nèi)部沒有連接，所以，這些引腳需要在外部進(jìn)行連接。為了使拾取到的噪聲最小，最好把隔開的雙絞線電纜用于電源線。同時(shí)，在印制電路板布局上還應(yīng)當(dāng)使用模擬和數(shù)字地平面。
�。�3） VDDA至AGND和VDDD至DGND之間應(yīng)當(dāng)分別用1μF電容去耦，推薦使用陶瓷電容器。對于模擬和數(shù)字地，為了保證無固態(tài)噪聲的接地連接，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。
�。�4） VDDA、AGND以及ANALOG IN 引腳應(yīng)當(dāng)與高頻引腳CLK和D0——D7隔離開。在印制電路板上，AGND的走線應(yīng)當(dāng)盡可能地放在ANALOG IN 走線的兩側(cè)以供屏蔽之用。
�。�5） 為了保證TLC5510的工作性能，系統(tǒng)電源最好不要采用開關(guān)電源。
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