Лабораторный курспо аналоговым системамизучение методов разработки
 Скачать 4.66 Mb.
|
|
Приложение А 57 August 2010 Texas Instruments IN 1 GND 2 OUT 3 6 EN 5 N/C 4 N/C Рис. А.5. TLV700XX – линейный регулятор с малым падением напряжения Блок TPS40200EVM-002 иллюстрирует типовое применение контроллера TPS40200. Выходное напряжение EVM может быть настроено в пределах 0,7–5 В посредством изменения величины резистора обратной связи. В руководстве пользователя приведена таблица со значениями резисторов с разбросом 1% для выбора требуемого выходного напряжения. А.5.1 Техническая документация Скачать техническую документацию можно по адресу: А.6 TLV700xx – 200-мА линейный регулятор с малым падением напряжения – Low Dropout Regulator (LDO) А.6.1 Особенности • Очень малое падение напряжения. • 43 мВ при IOUT = 50 мА, VOUT = 2,8 В. • 43 мВ при IOUT = 50 мА, VOUT = 2,8 В. • 43 мВ при IOUT = 50 мА, VOUT = 2,8 В. • Погрешность 2%. • Малый ток потребления: IQ = 31 мкА. • Фиксируемые выходные напряжения в диапазоне 0,7–4,8 В. • Высокий уровень ослабления нестабильности напряжение питания: PSRR=68 дБ при 1 1кГц. • Стабилен при выходном конденсаторе 1 мкФ. • Защита от перегрева и от максимального тока. • Миниатюрные корпуса (1,×1,5 мм) SON-6, SOT23-5 и SC-70. А.6.2 Приложения • Беспроводные телефоны. • Смартфоны, PDA. • МР3-плееры. • ZigBee. • Bluetooth. • Изделия с питанием от литий-ионных батарей. • WLAN. http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps40200.pdf Приложение А 58 August 2010 Texas Instruments А.6.3 Описание TLV700xx/TLV701xx – семейство LDO компании Texas Instrument, отличающееся малыми токами потребления и отличными нагрузочными и линейными характеристиками. Прецизионные внутренние источники опорного напряжения и усилитель ошибки обеспечивают погрешность не более 2%. Низкий выходной шум, очень хорошее ослабление нестабильности источника питания и малое падение напряжения делают очень удобным использование LDО в портативных устройствах с аккумуляторным питанием. Все микросхемы семейства имеют защиту от перегрева и от максимальных токов. Стабильность всех микросхем обеспечивается выходным конденсатором емкостью 0,1 мкФ. Стоимость конденсаторов такой емкости невелика. A.6.4 TLV70018EVM-503 Evaluation Module Оценочный модуль TLV70018EVM-503 облегчает освоение микросхемы TLV70018 от компании Texas Instruments. А.6.5 Техническая документация Скачать техническую документацию можно по адресу: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlv70012.pdf Приложение А 59 August 2010 Texas Instruments Приложение Б Приложение Б Введение в макромодели Моделирование – очень полезный этап проектирования электронных устройств. Прежде чем отдавать изделие в производство, необходимо провести программное симулирование, чтобы верифицировать функциональные возможности и проделать необходимые измерения. Если система состоит из нескольких блоков: В1, В2…, Вn, потребуется составить математическое описание каждого из блоков, чтобы оценить поведение всей системы. Рассмотрим очень простой случай – обычный резистор. Для моделирования резистора в цепи постоянного тока достаточно использовать закон Ома. Но если резистор используется в цепи переменного тока, то необходимо помнить о его паразитных емкости и индуктивности. Линейная зависимость между напряжением и током резистора может нарушаться и из-за поверхностного эффекта, и из-за изменения температуры резистора. Пример иллюстрирует, что компонент может иметь несколько моделей. В зависимости от условий применения можно использовать упрощенную или полную модель компонента. Приведем еще один пример: FET-транзистор используется во многих микросхемах и СБИС. В цифровых микросхемах его модель может представлять собой идеальный ключ, состояние которого зависит от напряжения управления. Такая модель оправдана, если нас интересует только моделирование функциональных возможностей микросхемы. Если же нас интересует быстродействие микросхемы и рассеиваемая мощность, то мы вынуждены учитывать паразитные компоненты транзистора. Если тот же транзистор используется в аналоговой схеме, нам придется учесть его характеристики, влияющие на точность. В процессе моделирования требуется провести анализ работы схемы в различных режимах: при постоянном сигнале, при переходных процессах и в установившемся режиме. SPICE-симулирование позволит пользователю выбрать подходящую модель транзистора. Сегодня доступно много различных моделей FET в зависимости от режимов работы и требуемой точности моделирования. Модель 1 уровня описывает зависимость тока стока от напряжения «затвор–исток» и напряжения «сток-исток». Эти параметры зависят от подвижности носителей заряда, ширины и длины канала и толщины диэлектрика (оксида) затвора. Рассматриваются также неидельность транзистора, обусловленная модуляцией длины канала. Более сложные модели транзистора содержат более 50 параметров. В.1 Микромодели Если рассматривается ОУ, состоящий из многих транзисторов, то прямой путь создания микромодели состоит в том, чтобы заменить каждый транзистор его моделью. Подобный метод будет отличаться точностью моделирования, но приведет к большому объему вычислений. По мере того как число узлов схемы будет увеличиваться, потребуется все больше памяти, и время моделирования возрастет. Чтобы сократить время моделирования используют макромодель. Сегодня в электронике используются много аналоговых компонентов, среди которых операционные усилители, преобразователи, схемы ФАПЧ, управляемые напряжением генераторы, регуляторы напряжения и многие другие. Цель разработчика не только спроектировать систему с заданными функциональными характеристиками, но и достичь при этом требуемого качества при минимальной стоимости. Эти параметры зависят от блоков В1, В2…, Вn, входящих в состав системы. Например, если В1 – операционный усилитель, то возможен выбор из нескольких компонентов. Texas Instruments предлагает большое число операционных усилителей, из которых разработчик может выбрать наиболее подходящий (см. табл. В1). В продуктовой линейке компании более 2000 микросхем ОУ. Чтобы упростить проблему выборы, они разбиты на 17 групп. Тем не менее, в группе «Стандартные» более 240 микросхем! Как сделать правильный выбор? 60 August 2010 Texas Instruments Для этого необходимо понимать характеристики ОУ: произведение усиления на полосу пропускания (GBW), коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС, VSMIN и VSMAX и многие другие параметры. По адресу: http://tinyurl.com/ti-std-linear приведены указания, позволяющие сузить поиск. Но как определить требуемые для выбора параметры? Это зависит от характеристик системы в целом – именно требования к изделию влияют на выбор отдельных компонентов. Например, произведение полосы пропускания на коэффициент усиления ОУ влияет на такой параметр как помехоустойчивость и стабильность системы. Если в состав системы входят «n» компонентов и для каждого из них существуют «m» возможных вариантов выбора, то возможно «m – n» конфигураций. Даже если мы сузим область поиска посредством дополнительных требований, все равно останется много вариантов. Использование микромоделей – довольно кропотливый и непродуктивный способ выбора конфигурации системы. В.2 Макромодели Макромодель представляет собой математическое преобразование, помогающее уменьшить сложность моделирования. Идея состоит в том, чтобы заменить реальный компонент упрощенной, но близкой по параметрам моделью. При использовании макромоделей моделирование системы становится много проще. Производители компонентов предлагают разработчикам и их математические модели, что облегчает процесс разработки и моделирования. Макромодели могут быть загружены в симулятор, например, в TI TINA. (Он выложен в свободном доступе по адресу: http://tinyurl.com/ti-tina-download). Загрузить в симулятор макромодели можно по адресу: http://tinyurl.com. Для каждого компонента существует несколько макромоделей. В зависимости от требуемой точности моделирования и вычислительных возможностей может быть использована любая из них. Для первых шагов мы рекомендуем начать с простейших макромоделей, а затем постепенно повышать сложность моделей для достижения требуемой точности моделирования. Характеристики ОУ в группе 1 С тандартные линейные усилители 240 2 Полностью д ифференциальные усилители 28 3 Обратная связь по напряжению 68 4 Обратная связь по току 47 5 С максимальным размахом входного и выходного сигналов 14 6 JFET/C MOS 23 7 DSL-перед ача сигнала по линиям электропитания 19 8 Прецизионные усилители 641 9 С низким энергопотреблением 144 10 Высокоскоростные (полоса частот свыше 50 МГц) 182 11 С низким входным током/входной каскад на FET-транзисторах 38 12 С низким уровнем шума 69 13 Широкополосные 175 14 С низким напряжением смещения 121 15 Высоковольтные 4 16 С большим выходным током 54 17 Гамма-буферы для LCD 22 Приложение Б 61 August 2010 Texas Instruments Приложение В Приложение В Преобразование компьютера в осциллограф С.1 Введение В лабораториях осциллограф используют для контроля формы напряжения в различных узлах схемы, чтобы проверить соответствие реальной схемы требованиям проекта и удостовериться в ее работоспособности. Для измерений характеристик схемы требуется высококачественный осциллограф. Однако сегодня доступны решения, позволяющие студентам преобразовать свои компьютеры и лаптопы в осциллограф [29, 35]. Для реализации этого решения требуется дополнительное аппаратное обеспечение, позволяющее преобразовать аналоговые сигналы в цифровые, а также программное обеспечение для создания графического интерфейса пользователя. Поскольку большинству студентов сегодня доступны компьютеры и лаптопы, мы разработали систему Analog System Lab, посредством которой компьютер может быть подключен к набору ASLKv2010, что позволяет ему выполнять функции осциллографа. В этой главе мы кратко рассмотрим применение компьютера в качестве осциллографа. Компоненты, используемые в ASLKv2010, могут послужить для создания интерфейса компьютера. Одно из возможных решений, позволяющее преобразовать компьютер в осциллограф называется Зелскоп [35], его применяют в компьютерах, работающих под управлением операционных систем MS/Windows XP. Требования к компьютеру в этом случае весьма скромные: тактовая частота не менее 300 МГц, требуемый объем памяти на менее 64 Мбайт. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется звуковая карта. Программное обеспечение Зелскоп занимает всего лишь 1 Мбайт памяти. С его помощью на экран компьютера выводятся графики аналоговых сигналов. На разъеме аудиокарты напряжение ограничено примерно на уровне 1 В переменного тока – таким образом, аудиокарта защищена от перенапряжения. В буферной схеме (см. рис. С.1. ) также предусмотрена защита от перенапряжения [34]. С.2 Ограничения l Невозможно отображать постоянное напряжение из-за наличия на входе аудиокарты развязывающего конденсатора. Малая полоса входных сигналов: 10 Гц – 20 кГц. Измерения не очень точны. l l Рис. С.1. Буферная схема интерфейса аналогового сигнала 62 August 2010 Texas Instruments Приложение Г Приложение Г Электрические схемы лабораторного комплекта ASLKv2010 Рис. D.1. Операционный усилитель 1А. Включение по инвертирующей схеме Рис. D.2. Операционный усилитель 1В. Включение по инвертирующей схеме 63 August 2010 Texas Instruments Рис. D.3. Операционный усилитель 4А может быть включен по инвертирующей или неинвертирующей схемам Рис. D.4. Операционный усилитель 4В может быть включен по инвертирующей или неинвертирующей схемам Приложение Г 64 August 2010 Texas Instruments Рис. D.5. Подключение аналогового умножителя в комплекте ASLKv2010 Рис. D.6. ЦАП 1 в комплекте ASLKv2010 Приложение Г 65 August 2010 Texas Instruments Рис. D.7. Соединение TPS40200 в комплекте ASLKv2010 Рис. D.8. Соединение TLV70033 в комплекте ASLKv2010 Приложение Г 66 August 2010 Texas Instruments Приложение Д Использованные материалы [1] ADCPro (TM) - Analog to Digital Conversion Evaluation Software. Free. [2] F.Archibald. Automatic Level Controller for Speech Signals Using PID Controllers. Application Notes from Texas Instruments. [3] High-Performance Analog. [4] Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier MPY634, Burr Brown Products from Texas Instruments [5] B.Carter and T. Brown. Handbook Of Operational Amplifier Applications. Texas Instruments Application Report. 2001. [6] B.Carter. Op Amp and Comparators - Don't Confuse Them! Texas Instruments Application Report, 2001. [7] B.Carter. Filter Design in Thirty Seconds. Application Report from Texas Instruments. [8] B.Carter and R. Mancini. OPAMPS For Everyone. Elsevier Science Publishers, 2009. [9] FilterPro (TM) - Active Filter Design Application. Free software. [10] Thomas Kuehl and Faisal Ali. Active Filter Synthesis Made Easy With FilterPro V3.0. Tutorial presented in TI Technology Days 2010 (May), USA. [11] J.Molina. DESIGN A 60Hz Notch Filter with the UAF42. Application note from Burr-Brown (Texas Instruments), 2000. [12] J.Molina. Digitally Programmable, Time-Continuous Active Filter, 2000. Application note from Burr-Brown (Texas Instruments). [13] George S.Moschytz. From Printed Circuit Boards to Systems-on-a-chip. IEEE Circuits and Systems magazine, Vol 10, Number 2, 2010. [14] Phase-locked loop. Wikipedia entry. [15] R.Palmer. Design Considerations for Class-D Audio Amplifiers. Application Note from Texas Instruments. [16] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Op-Amp in Negative Feedback. Recorded lecture available through NPTEL. [17] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Frequency Compensation in Negative Feedback. Recorded lecture available through NPTEL. [18] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Instrumentation Amplifier. Recorded lecture available through NPTEL. [19] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Active Filters. Recorded lecture available through NPTEL. http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/adcpro.html http://focus.ti.com/lit/wp/spraaj4/spraaj4.pdf www.ti.com/analog http://focus.ti.com/lit/ds/sbfs017a/sbfs017a.pdf http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf http://tinyurl.com/carter-opamp-comp http://focus.ti.com/lit/an/sloa093/sloa093.pdf http://tinyurl.com/filterpro-download http://www.ti.com/ww/en/techdays/2010/index.shtml http://focus.ti.com/lit/an/sbfa012/sbfa012.pdf http://focus.ti.com/lit/an/sbfa005/sbfa005.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked\_loop http://focus.ti.com/lit/an/sloa031/sloa031.pdf http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec7 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec8 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec16 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec17 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec11 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec12 67 August 2010 Texas Instruments August 2010 Texas Instruments [20] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Positive Feedback (Regenerative). Recorded lecture available through NPTEL. [21] K.R.K. Rao. Analog ICs. Self-Tuned Filter. Recorded lecture available through NPTEL. [22] K.R.K. Rao. Analog ICs. Phase Locked Loop. Recorded lecture available through NPTEL. , , , [23] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Voltage Regulators. Recorded lecture available through NPTEL. , , [24] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. Converters. Recorded lecture available through NPTEL. , [25] K.R.K. Rao. Electronics for Analog Signal Processing - Part II. AGC/AVC. , , , [26] K.R.K. Rao. Analog ICs. Voltage Controlled Oscillator. Recorded lectures. , [27] Thomas Kugesstadt. Active Filter Design Techniques. Texas Instruments. [28] Oscilloscope Solutions from Texas Instruments. [29] PC Based Test and Instrumentation. [30] SwitcherPro (TM) - Switching Power Supply Design Tool. [31] TINA-TI - SPICE-Based Analog Simulation Program. Free software. [32] Getting Started with TINA-TI : A Quick Start Guide (Rev. A). [33] Texas Instruments Analog eLAB - SPICE Model Resources. Macromodels for TI analog Ics. [34] How to use PC as Oscilloscope. [35] Zelscope: Oscilloscope and Spectrum Analyzer. http://tinyurl.com/krkrao-nptel-lec9 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-ic-lec23 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-ic-lec24 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-ic-lec25 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-ic-lec26 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-ic-lec27 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-26 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-27 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-28 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-28 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-33 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-34 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-35 http://tinyurl.com/krkrao-nptel-36 http://tinyurl.com/krkrao-vco-1 http://tinyurl.com/krkrao-vco-2 http://focus.ti.com/lit/ml/sloa088/sloa088.pdf http://focus.ti.com/docs/solution/folders/print/437.html http://www.pctestinstruments.com http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/switcherpro.html http://tinyurl.com/ti-tina-download http://tinyurl.com/tina-ti-refman http://tinyurl.com/ti-macromodels http://www.trickswindows.com www.zelscope.com Приложение Д Использованные материалы 68 August 2010 Texas Instruments TM Центр Разработки Analog eLab На всех этапах разработки - от концепта до производства - Дизайн-Центр Analog eLab от TI может облегчить Вашу работу. Изучайте: доступ к вебкастам, семинарам, конференциям и тренингам, на которых TI поможет Вам решить аналоговые проблемы реального мира. бесплатный Выбирайте: инструменты для поиска предоставят возможность быстро выбрать компоненты для Вашего дизайна. бесплатные Создавайте: референс-дизайны, утилиты для расчётов, инструменты разработки, в том числе и программы TI Pro Series. бесплатные Симулируйте: программа для редактирования схем и SPICE-симулятор Tina- TI для анализа аналогово-цифровых цепей и быстрой и качественной симуляции. бесплатная Макетируйте: заказывайте образцы для макетов и прототипов. бесплатные www.ti.com/ elab БЕ СПЛА ТНО БЕ СПЛА ТНО БЕ СПЛА ТНО БЕ СПЛА ТНО 69 August 2010 Texas Instruments Техническая поддержка копании Texas Instruments Важное замечание. Продукция и услуги компании Texas Instruments Incorporated и ее подразделений, описанные здесь, предоставляются в соответствии с стандартными условиями и положениями о продажах. Мы рекомендуем перед размещением заказов ознакомиться с наиболее актуальной и полной информацией о продукции и услугах TI. Компания TI не несет ответственности за поддержку в применении, клиентские приложения или разработки, производительность программного обеспечения или нарушения патентного законодательства. Публикация информации о продуктах и услугах других компаний не означает, что TI рекомендует таковые продукты и услуги, принимает за них ответственность или гарантирует их качество. Русскоязычнaя секция сайта TI: Вопросы? Выберите удобный для Вас способ общения: Инженерное сообщество TI на русском языке: Форумы E2E: Телефон для связи: Европейский центр поддержки клиентов +7 (495) 981 07 01 Литература на русском языке: Страница является сборником ссылок на русскоязычные издания публикаций о продуктах компании Texas Instruments. Ссылки на новые издания пополняются по мере поступления новых публикаций. Дистрибьюторы компонентов компании TI: www.ti.com/ru www.ti.com/contact-ru e2e.ti.com/ru e2e.ti.com/ru/forums/ www.ti.com/lit-ru www.ti.com/distributors 70 |