摘要：TLC5510是美國(guó)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(huì)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(guó)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，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(jiǎn)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(huì)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(shuō)明及工作原理

２．１ ＴＬＣ５５１０的引腳說(shuō)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(hào)地；

ＡＮＡＬＯＧ ＩＮ：模擬信號(hào)輸入端；

ＣＬＫ：時(shí)鐘輸入端；

ＤＧＮＤ：數(shù)字信號(hào)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(guò)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(hào)ＣＬＫ通過(guò)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(dòng)３組采樣比較器。基準(zhǔn)電壓分壓器則可用來(lái)為這３組比較器提供基準(zhǔn)電壓。輸出Ａ／Ｄ信號(hào)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(hào)ＣＬＫ在每一個(gè)下降沿采集模擬輸入信號(hào)。第Ｎ次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)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(dòng)電路、視頻信號(hào)預(yù)處理電路及ＡＤＣ、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)轉(zhuǎn)換為與其模擬幅值相對(duì)應(yīng)的８位數(shù)字視頻信號(hào)。圖５是筆者設(shè)計(jì)的視頻信號(hào)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器ＴＬＣ５５１０的外圍電路。ＴＬＣ５５１０可使用外部和內(nèi)部?jī)煞N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(duì)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(jiǎn)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(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)。因此，為了簡(jiǎn)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)椋茫茫囊曨l信號(hào)是２Ｖ基準(zhǔn)，所以，根據(jù)ＴＬＣ５５１０的自身的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)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(guò)程中，當(dāng)ＣＣＤ輸出端輸出視頻信號(hào)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(huì)將差動(dòng)放大、低通濾波后的ＣＣＤ模擬視頻信號(hào)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為與其模擬幅值相對(duì)應(yīng)的８位數(shù)字信號(hào)，當(dāng)ＴＬＣ５５１０的輸出使能 ＯＥ為低電平且高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器，以等待ＰＣ機(jī)的讀取。為了使ＣＣＤ輸出的視頻信號(hào)能夠正確可靠的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者對(duì)ＴＬＣ５５１０的工作控制時(shí)鐘ＣＬＫ、輸出使能ＯＥ及高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)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(jí)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(hào)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換芯片，其接口電路簡(jiǎn)單實(shí)用，使用方便，穩(wěn)定性好。

圖5 視頻信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換外圍電路圖

４　結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)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(guò)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)椋裕蹋茫担担保靶酒模粒牵危暮停模牵危脑趦?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(duì)于模擬和數(shù)字地，為了保證無(wú)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。