串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(qiáng)器件中通常不起作用的襯底對(duì)其它 晶體管的影響，從而導(dǎo)致將每個(gè)作用脈沖檢測(cè)為多個(gè)時(shí)鐘脈沖。這種脈沖抖動(dòng)對(duì)串行式轉(zhuǎn)換 器影響很厲害，而對(duì)并行式轉(zhuǎn)換器則差一些。因?yàn)樽x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(zhuǎn)換期間出現(xiàn)這種干擾信號(hào)，無(wú)論是串行還 是并行式轉(zhuǎn)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(xiàn)問(wèn)

圖109 用來(lái)減小過(guò)沖的低通濾波器

題的數(shù)字輸入信號(hào)線(xiàn)上串聯(lián)一個(gè)小電阻。這個(gè)電阻與數(shù)字輸入端的寄生電容 C par 結(jié)合起來(lái)可構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，從而可 以消除接受信號(hào)的任何振蕩。一般推薦使用50Ω的電阻，但是做一些實(shí)驗(yàn)可能是必要的。如 果數(shù)字輸入端的內(nèi)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(yàn)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(hào)過(guò)沖會(huì)使轉(zhuǎn)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?yàn)槟愕南到y(tǒng)在混合信號(hào)(模擬與數(shù)字)環(huán)境下工作，所以接地方法至關(guān)重要。你可 能知道，因?yàn)閿?shù)字電路是一種噪聲源，所以模擬地與數(shù)字地應(yīng)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(shù)字器件共用一個(gè)電源，例如+5V或+ 33V單電源系統(tǒng)，只有連接模擬地與數(shù)字地才能在電源返回，別無(wú)選擇。具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 的 產(chǎn)品說(shuō)明可能指導(dǎo)你對(duì)器件的AGND腳和DGND腳如何連接。如果在兩點(diǎn)接地，那么應(yīng)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的引腳中標(biāo)記的AGND和DGND 腳 都是相對(duì)轉(zhuǎn)換器的部件而言的，用來(lái)與其它引腳連接。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)整體，應(yīng)該按模 擬器件來(lái)處 理。所以將AGND和DGND腳連接到一起后，應(yīng)該用一根線(xiàn)接到系統(tǒng)的模擬地。如果真的這樣做 ，會(huì)使轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電流流入模擬接地平面，但這樣要比通常把轉(zhuǎn)換器的DGND腳接到噪聲數(shù) 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(shù)字地的數(shù)字緩沖器，用來(lái)使轉(zhuǎn)換 器的串行數(shù)據(jù)引腳與有噪聲的串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)相隔離。如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(hào)系統(tǒng)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(shù)字地的接線(xiàn)方法
地一樣，我們將電路中的模擬部分與數(shù)字部分的電源線(xiàn)(最好是電源平面)分開(kāi)。我們將 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電源按模擬電源處理。但是有時(shí)候?qū)⒛M電源引腳與數(shù)字電源引腳用一種 電感的方式隔離起來(lái)是很必要的。請(qǐng)注意，轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)電源引腳都應(yīng)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(yàn)規(guī)則是01μF。如果空間允許，每個(gè)器 件都應(yīng)接一個(gè)10μF電容器。

問(wèn)：我想在ADC與微處理器之間用光隔離器設(shè)計(jì)一個(gè)串行接口。當(dāng)我使用這些器件時(shí)，應(yīng) 該知道些什么?

答：為了構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的高壓隔離器可以使用光隔離器(又稱(chēng)光耦合器)。在數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換器與微處理器之間電流隔離作用的經(jīng)驗(yàn)還表明模擬系統(tǒng)的地與數(shù)字系統(tǒng)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(xiàn)。

圖1011 ADC與微處理器之間的隔離串行接口

設(shè)計(jì)者應(yīng)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一起使 用會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，即使在串行通信時(shí)以低速運(yùn)行也是如此。CMOS邏輯輸入端設(shè)計(jì)成用規(guī)定的邏輯“0”或邏輯“1”來(lái)驅(qū)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(dāng)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(shù)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(dāng)慢，那 么絕大部分時(shí)間都浪費(fèi)在“死區(qū)”，從而產(chǎn)生邏輯門(mén)的自熱。這種自熱導(dǎo)致邏輯 門(mén)的閾值電壓向上漂移，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(yīng)該使用施密特觸發(fā)器來(lái)緩沖來(lái)自光隔離器的信號(hào)線(xiàn)，以便將快速、 陡沿的時(shí)鐘信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。