АЦП азиатских производителей. Часть 1. Преобразователи последовательного приближения
9 июля
Дмитрий Илларионов (г. Нижний Новгород)
КОМПЭЛ представляет серию публикаций, посвященных азиатским АЦП, их ценовым и функциональным преимуществам и ограничениям. В каждом материале мы будем подробно рассматривать те или иные типы преобразователей, рассказывать о конкретных моделях и рекомендованных производителях, а также отмечать нюансы применения.
В серию войдут следующие материалы:
Часть 1. Преобразователи последовательного приближения (SAR)
Часть 2. Σ-Δ-преобразователи (Delta-Sigma)
Часть 3. Многоканальные АЦП с одновременным преобразованием (Simultaneous Sampling)
Часть 4. Преобразователи с низкой разрешающей способностью
Часть 5. Изолированные Σ-Δ-модуляторы
Часть 6. Аудио АЦП
АЦП является довольно сложной аналоговой интегральной схемой, и освоить ее производство способен далеко не каждый изготовитель микросхем. К примеру, на западе существуют производители, специализирующиеся на изготовлении АЦП, и на протяжении многих лет отечественный рынок аналоговой электроники состоял практически из продукции западных компаний. В последние годы ситуация кардинально поменялась: с одной стороны, российские производители столкнулись с проблемами при закупках европейских АЦП, с другой – стоимость даже доступных микросхем существенно выросла (местами – в несколько раз). Поэтому отечественным изготовителям электронных устройств потребовались качественные альтернативы привычных аналого-цифровых преобразователей, в качестве которых выступили микросхемы китайского производства. При этом практика показала, что если китайский АЦП полностью удовлетворяет техническим требованиям, то, как правило, он имеет значительные преимущества по стоимости с сохранением качества.
Отметим, что еще несколько лет назад переход на азиатские АЦП был вынужденной мерой, продиктованной исключительно соображениями производственной безопасности. При этом инженерам была доступна продукция лишь трех-четырех производителей, и разобраться в ней было несложно даже новичку. В настоящее время на рынке присутствует более сотни китайских изготовителей компонентов для аналогового измерительного канала, причем их ассортимент и возможности давно вышли за рамки того, что предлагают западные производители микросхем. Естественно, в таком разнообразии легко запутаться, поэтому компания КОМПЭЛ старается сделать выбор той или иной модели АЦП как можно более удобным для разработчика. Мы предоставляем удобный навигатор, позволяющий вести отбор по разным характеристикам микросхем, постоянно обновляем базу официальной англоязычной документации на китайскую продукцию, а также проводим вебинары и презентации, посвященные новинкам и наиболее востребованным моделям чипов.
Несмотря на большое количество азиатских производителей АЦП, ориентироваться на микросхемы первой попавшейся фирмы не следует. Хотя изделия многих из них и обладают достойным качеством, далеко не все изготовители могут обеспечить приемлемый уровень технической поддержки, а также доступность своей продукции. При этом разработчику сложно самостоятельно сориентироваться в огромном перечне предложений китайских АЦП, поэтому КОМПЭЛ регулярно обновляет список рекомендованных производителей:
В каталоге КОМПЭЛ на странице АЦП вы всегда можете подобрать нужный компонент для реализации различных проектов, а актуальные цены и сроки поставки сообщит по запросу ваш менеджер в Компэл.
Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения (SAR) (рисунок 1) является одной из разновидностей АЦП. Принцип его действия заключается в последовательном сравнении измеряемого напряжения с несколькими эталонными пороговыми уровнями при помощи компаратора:

Рис. 1. АЦП последовательного приближения (SAR)
В первом такте преобразования входной сигнал VIN сравнивается с половиной опорного напряжения VREF, после чего в регистр SAR записывается единица, если VIN ≥ VDAC, или ноль, если VIN < VDAC. В следующем такте пороговый уровень изменяется в зависимости от результата предыдущего сравнения: если VIN ≥ VDAC, порог увеличивается на VREF/4, если VIN < VDAC – уменьшается на VREF/4. В каждом последующем такте преобразования диапазон сравнения будет сужаться вдвое (VREF/8, VREF/16 и так далее), в результате чего напряжение на выходе ЦАП будет приближаться к измеряемому значению. Очевидно, что для выполнения N-разрядного преобразования требуется N тактов, поэтому АЦП последовательного приближения характеризуются средней скоростью оцифровки сигнала – 100…1000 киловыборок в секунду. Точность их преобразования ограничена точностью внутреннего ЦАП и в большинстве случаев составляет 12…18 бит. Такие характеристики делают АЦП типа SAR оптимальными в сфере медицины, энергетики, обработки сигналов и испытательного оборудования.
Среди китайских производителей аналого-цифровые преобразователи последовательного приближения представлены достаточно широко – на рисунке 2 показана лишь малая часть существующего ассортимента:

Рис. 2. Примеры популярных китайских АЦП последовательного приближения
Из рисунка 2 следует, что доступны как одноканальные, так и многоканальные АЦП с любым соотношением параметров «разрядность/скорость», характерных для SAR. Перечень производителей аналого-цифровых преобразователей последовательного приближения, рекомендованных компанией КОМПЭЛ, приведен на рисунке 3.

Рис. 3. Производители АЦП последовательного приближения, рекомендуемые компанией КОМПЭЛ
Отметим, что безусловным лидером здесь является компания ZJW – в ее арсенале есть АЦП с разрядностью от 12 до 20 бит, позволяющие оцифровывать сигналы на скорости до 2000 квыб/с. Ассортимент компании представлен тремя семействами микросхем, а общее количество доступных моделей на данный момент времени составляет 35 (таблица 1, 2).
Таблица 1. Одноканальные АЦП последовательного приближения производства ZJW
Наименование | Кол-во кана- лов |
Разре- шение, бит |
Скорость оцифров- ки, квыб/с |
Интегр. нелиней- ность, LSB |
Дифф. нелиней- ность, LSB |
Соотно- шение «сигнал-шум», дБ |
Коэф. гармони- ческих искажений, дБ |
Тип входа |
Диапазон рабочих темпера- тур, °C |
Корпус | Совместимый аналог |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZJC2400-18 | 1 | 18 | 2000 | 2,5 | 0,5 | 99 | -112 | Дифф. | -40…125 | MSOP/ DFN-10 |
Ax4003 |
ZJC2401-18 | 1000 | Ax4007 | |||||||||
ZJC2020 | 1 | 20 | 350 | ±2,5 | -0,99…2 | 101,4 | -118 | Дифф. | -40…85 | MSOP/ DFN-10 |
Ax4022 |
ZJC2000 | 1 | 18 | 400 | ±1,75 | -0,99…2 | 99,3 | -113 | -40…85 | MSOP/ DFN-10 |
Ax7690, ADx8885 | |
ZJC2004 | ±2,5 | -0,99…2,5 | 94,2 | -105 | Псев.дифф.-одно- полярный |
Ax4010 | |||||
ZJC2005 | Псев.дифф.-биполярный | — | |||||||||
ZJC2010 | 1 | 18 | 200 | ±1,75 | -0,99…2 | 99,2 | -111 | Дифф. | -40…85 | MSOP/ DFN-10 |
Ax7691, ADx8887 |
ZJC2014 | ±2,5 | -0,99…1,5 | 94,2 | -103 | Псев.дифф.-одно- полярный |
— | |||||
ZJC2015 | Псев.дифф.-биполярный | — | |||||||||
ZJC2001 | 1 | 16 | 500 | ±0,5 | -0,9…1 | 95,3 | -113 | Дифф. | -40…85 | MSOP/ DFN-10 |
Ax7693, Ax7688 |
ZJC2002 | ±1,25 | -0,99…1,5 | 91,7 | -105 | Псев.дифф.-одно- полярный |
SOT23-6 | — | ||||
MSOP-8 | ADx8326 | ||||||||||
MSOP/ DFN-10 |
Ax7686, ADx8319 | ||||||||||
ZJC2003 | Псев.дифф.-биполярный | MSOP/ DFN-10 |
— | ||||||||
ZJC2011 | 1 | 16 | 250 | ±0,5 | -0,9…1 | 95,3 | -111 | Дифф. | -40…85 | MSOP/ DFN-10 |
Ax7687, ADx8867 |
ZJC2012 | ±1,25 | -0,99…1,5 | 91,5 | -103 | Псев.дифф.-одно- полярный |
SOT23-6 | — | ||||
MSOP-8 | Ax7683, ADx8320 | ||||||||||
MSOP/ DFN-10 |
Ax7685, ADx8339 | ||||||||||
ZJC2013 | Псев.дифф.-биполярный | MSOP/ DFN-10 |
— | ||||||||
ZJC2007 | 1 | 14 | 600 | ±0,25 | -0,5… 0,5 | 85 | -105 | Псев.дифф.-одно- полярный |
-40…85 | SOT23-6 | — |
MSOP-8 | |||||||||||
MSOP/ DFN-10 |
Ax7946 | ||||||||||
ZJC2008 | Псев.дифф.-биполярный | MSOP/ DFN-10 |
— | ||||||||
ZJC2017 | 1 | 14 | 300 | ±0,25 | -0,5…0,5 | 85 | -103 | Псев.дифф.-одно- полярный |
-40…85 | SOT23-6 | Ax7940 |
MSOP-8 | MCx3301 | ||||||||||
MSOP/ DFN-10 |
Ax7942 | ||||||||||
ZJC2018 | Псев.дифф.-биполярный | MSOP/ DFN-10 |
— | ||||||||
ZJC2009 | 1 | 12 | 1000 | ±0,75 | -0,99…0,99 | 72,9 | -89 | Несиммет- ричный |
-40…125 | SOT23-6 | Ax7476, ADx7886 |
Таблица 2. Многоканальные АЦП последовательного приближения производства ZJW
Наименование | Кол-во кана- лов |
Разре- шение, бит |
Скорость оцифров- ки, квыб/с |
Интегр. нелиней- ность, LSB |
Дифф. нелиней- ность, LSB |
Соотно- шение «сигнал-шум», дБ |
Коэф. гармони- ческих искажений, дБ |
Тип входа |
Диапазон рабочих темпера- тур, °C |
Корпус | Совместимый аналог |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ZJC2100-18 | 4 | 18 | 400 | ±2,5 | -0,99…0,99 | 99 | -108 | Дифф. | -40…85 | QFN-20 | LTx2372-18 |
ZJC2102-18 | 8 | ±1,5 | -0,99…1,5 | 94,4 | -105 | Псевдо-дифф. | LTx2372-18 | ||||
ZJC2104-18 | 4 | Axx8694 | |||||||||
ZJC2101-18 | 4 | 18 | 200 | ±1,5 | -0,99…1,5 | 99,8 | -113 | Дифф. | -40…85 | QFN-20 | — |
ZJC2103-18 | 8 | ±1,5 | -0,99…1,5 | 94,4 | -105 | Псевдо-дифф. | — | ||||
ZJC2105-18 | 4 | — | |||||||||
ZJC2100-16 | 4 | 16 | 500 | ±0,75 | -0,99…0,99 | 95,5 | -108 | Дифф. | -40…85 | QFN-20 | LTx2372-16 |
ZJC2102-16 | 8 | ±1,25 | -0,9…0,9 | 92,4 | -105 | Псевдо-дифф. | Ax7699 | ||||
ZJC2104-16 | 4 | Axx8331 | |||||||||
ZJC2101-16 | 4 | 16 | 250 | ±0,5 | -0,9…1 | 95,8 | -113 | Дифф. | -40…85 | QFN-20 | — |
ZJC2103-16 | 8 | ±1,25 | -0,9…0,9 | 92,4 | -105 | Псевдо-дифф. | Ax7689 | ||||
ZJC2105-16 | 4 | Ax7682 | |||||||||
ZJC2102-14 | 8 | 14 | 600 | ±0,2 | -0,5…0,5 | 85,2 | -105 | Псевдо-дифф. | -40…85 | QFN-20 | TLx3548 |
ZJC2103-14 | 300 | Ax7949 | |||||||||
ZJC2102-12 | 8 | 12 | 1000 | ±0,5 | -0,99…0,99 | 72,8 | -90 | Несиммет- ричный |
-40…85 | QFN-20 | Ax7298 |
Кроме того, хороший выбор преобразователей с последовательным приближением предоставляют компании Ruimeng (10…16 бит; 25…1000 квыб/с; 18 моделей) и SG Micro (12…16 бит; 250…2000 квыб/с; 30 моделей). Обратите особое внимание на производителей, которые выпускают АЦП с разрядностью 18 бит и выше. Возможность изготовления подобных микросхем говорит о хороших технических возможностях производителя, а также о его технологическом и научном потенциале, что косвенно может выступать гарантией качества продукции таких компаний в целом.
Одной из наиболее интересных новинок среди азиатских АЦП последовательного приближения является микросхема ZJC2400-18 от компании ZJW (рисунок 4), позволяющая оцифровывать сигналы со скоростью 2000 киловыборок в секунду с разрешением 18 бит:
ZJC2400-18

Рис. 4. АЦП ZJC2400-18
Графики интегральной и дифференциальной нелинейности преобразователя, а также его частотная характеристика показаны на рисунке 5:

Рис. 5. Характеристики АЦП ZJC2400-18
Одно из возможных применений микросхемы ZJC2400-18 – использование в высокоскоростных системах сбора данных, имеющих помехоустойчивый дифференциальный вход. В этом случае схема включения АЦП, рекомендованная производителем, показана на рисунке 6.

Рис. 6. Схема включения ZJC2400-18 в высокоскоростных системах сбора данных с дифференциальным входом
Микросхема ZJC2400-18 выпускается в корпусах MSOP-10 и DFN-10 (рисунок 7) и имеет типовое назначение выводов для этих корпусов. В частности, преобразователь ZJC2400-18 является повыводно совместимым с АЦП Ax4003 и в целом позиционируется как его функциональный аналог (см. рисунок 3).

Рис. 7. Назначение выводов ZJC2400-18
Однако, при замене Ax4003 на ZJC2400-18 необходимо быть крайне внимательным, поскольку у азиатской микросхемы некоторые характеристики довольно сильно отличаются (это касается, например, допустимого диапазона опорного напряжения VREF).
Еще одним интересным преобразователем последовательного приближения от компании ZJW является ZJC2020 (рисунок 8). Если в предыдущем примере «изюминкой» микросхемы являлась сравнительно большая скорость оцифровки данных, то достоинство рассматриваемого АЦП – высокое разрешение.
ZJC2020

Рис. 8. АЦП ZJC2020
Отметим, что ZJC2020 – единственный 20-битный АЦП последовательного приближения среди микросхем азиатских производителей, рекомендованных компанией КОМПЭЛ. Графики интегральной и дифференциальной нелинейности преобразователя, а также его частотная характеристика показаны на рисунке 9.

Рис. 9. Характеристики ZJC2020
Микросхема ZJC2020 позиционируется производителем как совместимая с АЦП Ax4022, однако она имеет отличия в ряде параметров и характеристик, поэтому необходимо внимательно изучать техническую документацию на соответствующий преобразователь. Тем не менее, данные микросхемы имеют схожий функционал и обладают назначением выводов, характерным для одноканальных АЦП в 10-контактных корпусах (рисунок 10).

Рис. 10. Назначения выводов ZJC2020 и ее аналогов
В связи с этим в ряде случаев ZJC2020 может выступать как замена Ax4022, хотя необходимо учесть, что данные АЦП имеют разные напряжения питания VDD (+5,0 В и +1,8 В соответственно).
При рассмотрении аналого-цифровых преобразователей нельзя не отметить компанию 3PEAK, которая имеет не такой широкий номенклатурный ряд SAR, как ZJW, однако в ее ассортименте присутствует полный спектр электронных компонентов для аналогового канала. Этот фактор в ряде случаев может оказаться решающим при построении сложных систем сбора данных, поэтому имеет смысл рассмотреть наиболее популярные АЦП последовательного приближения от 3PEAK, представленные на российском рынке. К таковым относятся микросхемы TPC5160 и TPC5161, имеющие довольно близкие электрические параметры и отличающиеся типом входного сигнала (рисунок 11, 12).
TPC5160

Рис. 11. АЦП TPC5160
TPC5161

Рис. 12. TPC5161
Как видно из приведенных характеристик, рассматриваемые модели преобразователей схожи с микросхемами Ax8863 и Ax8862, однако ввиду отличающегося от последних напряжения питания не могут выступать в качестве их прямой замены. При этом следует учитывать, что TPC5160 и TPC5161 доступны в корпусе MSOP-10 и обладают типовой распиновкой (рисунок 13).

Рис. 13. Назначение выводов АЦП TPC5160/5161 и аналогов
При условии внесения определенных изменений в проект азиатские АЦП могут быть рассмотрены как менее дорогостоящая альтернатива Ax8863 и Ax8862.
Завершить разговор об АЦП последовательного приближения хотелось бы микросхемой RS1461 от компании RUNIC (рисунок 14).
RS1461

Рис. 14. АЦП RS1461
Данный преобразователь имеет сравнительно небольшое разрешение (12 бит), однако при этом обеспечивает довольно высокую скорость оцифровки сигнала – 1MSPS. Для запитывания RS1461 требуется всего одно напряжение, которое, к тому же, может лежать в довольно широком диапазоне (+2,7 В…+5,5 В). Это позволяет упростить систему питания устройства, что бывает важно в несложных системах сбора данных (пусть даже при этом теряется возможность сформировать опорное напряжение АЦП при помощи внешнего ИОН’а). Кроме того, находясь примерно в одном ценовом диапазоне с микросхемами TPC5160 и TPC5161, рассматриваемый преобразователь имеет меньшую интегральную нелинейность (рисунок 15).

Рис. 15. Характеристики АЦП RS1461
Преобразователь RS1461 выпускается в корпусе SOT-23-6 и позиционируется производителем как полнофункциональная замена (Drop-in replacement) микросхеме AxxS7476.
В следующей статье мы рассмотрим Σ-Δ АЦП.
Наши информационные каналы