Цифро-аналоговая диалектика: MAX11300 – 20 универсальных цифро-аналоговых портов в одном корпусе

| Maxim Integrated

MAX11300 – уникальная 20-канальная программируемая микросхема, способная работать с различными типами цифровых и аналоговых сигналов. Каждый из 20 каналов MAX11300 может быть настроен как аналоговый выход ЦАП, аналоговый вход АЦП, цифровой вход, цифровой выход, аналоговый ключ (рис. 1). В итоге микросхема является универсальным инструментом для создания самых разнообразных приложений.

MAX11300 – уникальная программируемая цифро-аналоговая микросхема

Рис. 1. MAX11300 – уникальная программируемая цифро-аналоговая микросхема

Мультиплексирование множества функций на одном выводе ИС – достаточно распространенная практика. Это можно наблюдать в самых различных компонентах: в простейших расширителях портов ввода/ вывода, в микроконтроллерах, в программируемых аналоговых матрицах (FPAA) и т. д. С одной стороны, это позволяет уменьшить число выводов, а значит снизить габариты ИС. С другой стороны, добавляет гибкости, так как одну и ту же микросхему можно конфигурировать в соответствии с требованиями конкретного приложения.

Для простейших микросхем расширителей портов ввода/ вывода конфигурирование каналов ограничено нескольким цифровыми функциями: цифровой вход или выход. Для микроконтроллеров незначительная часть портов имеет расширенный функционал. Они могут работать как цифровые входы/ выходы или как аналоговые каналы ЦАП или АЦП. В программируемых аналоговых матрицах FPAA каналы ориентированы на мультиплексирование различных аналоговых функций.

Однако не один из перечисленных компонентов не является идеальным. И причина этого проста: при создании микросхем с конфигурируемыми выводами неизбежно приходится идти на компромиссы (рис. 2).

Можно сделать универсальную микросхему, которая имеет возможность гибкой настройки. Однако для этого требуется много ресурсов, что неизбежно приведет к увеличению габаритов. При этом в большинстве приложений все богатство возможностей неизбежно оказывается невостребованным и получается стрельба из пушки по воробьям. Этим отличаются FPAA, из-за чего их применение достаточно ограничено. Однако если гибкость конфигурирования и функционал будут недостаточными, то и область применение микросхемы окажется узкой.

С другой стороны, как показывает практика и здравый смысл, если одну микросхему снабдить множеством разнообразных цифровых и аналоговых функций, то это неизбежно негативно отразится на характеристиках. Например, существующие FPAA не могут похвастать высокими метрологическими свойствами, а разброс параметров оказывается выше, чем в дискретных компонентах. Однако схемы на дискретных компонентах абсолютно не универсальны. Таким образом, между универсальностью и качественными характеристиками также придется искать компромисс. Такой компромисс был предложен компанией Maxim Integrated в виде микросхемы MAX11300.

Проблемы создания программируемых цифро-аналоговых микросхем

Рис. 2. Проблемы создания программируемых цифро-аналоговых микросхем

MAX11300 – уникальная микросхема, которую сами разработчики относят к классу PIXI, что расшифровывается как «Programmable mIXed sIgnal input/ output». Таким образом, MAX11300 – это программируемая микросхема с входами/ выходами, предназначенными для работы с различными типами цифровых и аналоговых сигналов.

Всего у MAX11300 в наличии 20 конфигурируемых выводов. Каждый из них программируется на одну из следующих функций:

  • аналоговый выход 12-бит ЦАП, программируемые диапазоны напряжения выходных сигналов 0…10 В, ±5 В, -10…0 В;
  • аналоговый вход 12-бит АЦП, программируемые диапазоны напряжения входных сигналов 0…2,5 В, 0…10 В, ±5 В, -10…0 В;
  • цифровой вход с рабочими уровнями напряжения 0…5 В;
  • цифровой выход с рабочими уровнями напряжения 0…10 В;
  • аналоговый ключ.

Кроме того, входы/ выходы могут попарно комбинироваться. Входы АЦП могут объединяться в дифференциальную пару. Пара вход и выход может образовывать цифровой повторитель с преобразованием уровня напряжения.

Для столь гибкой настройки в составе MAX11300 есть все необходимые блоки (рис. 3): ЦАП с контроллером очереди, АЦП с контроллером очереди, мультиплексор PIXI Port Manager, система питания и тактирования. Микросхема содержит внутренний источник опорного напряжения 2,5 В, но есть возможность подключения и внешнего ИОН. Еще одной особенностью MAX11300 является встроенный датчик температуры, впрочем, допускается подключение до двух внешних сенсоров. Взаимодействие с внешним управляющим контроллером происходит с помощью стандартного SPI-совместимого интерфейса.

Структура MAX11300

Рис. 3. Структура MAX11300

Не сложно заметить, что количество возможных комбинаций настроек MAX11300 просто зашкаливает. Для каждого конкретного случая микросхема конфигурируется по-своему. В итоге, области применения для нее чрезвычайно обширны. Назовем лишь некоторые из них:

  • усилители мощности базовых радиостанций;
  • системы контроля и супервизоры;
  • блоки питания;
  • системы оптической связи;
  • системы промышленной автоматизации.

В качестве конкретного примера стоит рассмотреть референсную схему MAXREFDES39# – усилителя мощности базовой ВЧ станции (рис. 4). Эта схема демонстрирует значительную часть всех особенностей MAX11300.

Пример использования MAX11300 в составе усилителя мощности базовой ВЧ станции

Рис. 4. Пример использования MAX11300 в составе усилителя мощности базовой ВЧ станции 

Схема содержит два силовых транзистора PTMA210152, пару DC/DC преобразователей MAX17503, пару шунтовых датчиков тока на базе MAX44285, датчики напряжения в виде резистивных делителей. Мониторинг и контроль всей этой системы производится с помощью единственной микросхемы MAX11300! Для этого ее выводы настроены соответствующим образом:

  • два выхода ЦАП 0…10 В (fb2, fb1) управляют выходным напряжением MAX17503;
  • два выхода ЦАП 0…10 В (VG1, VG2) задают напряжение смещения силовых транзисторов;
  • два выхода настроены для работы в режиме аналогового ключа, для коммутации напряжений смещения (VG1, VG2) на затворы транзистора;
  • два входа АЦП 0…10 В (VOUT1_DET, VOUT2_DET) служат для контроля выходного напряжения;
  • два входа АЦП 0…2,5 В (IOUT1_DET, IOUT2_DET) служат для контроля выходного тока;
  • один вход АЦП 0…10 В (VIN_DET) необходим для контроля входного питающего напряжения.

Для настройки и конфигурации MAX11300 может использоваться внешний контроллер или ПК. Для подключения к ПК в схеме создан мост USB-SPI на базе микросхем MAX14850 и MAXQ622.

При использовании ПК настройку MAX11300 можно осуществлять с помощью специального ПО с удобным графическим интерфейсом (рис. 5). Пользователю требуется всего лишь подключить к выводам MAX11300 соответствующие УГО функциональных блоков. С такой задачей справится даже и студент младших курсов.

Полная принципиальная схема данного приложения, а также описание ее работы выложено на сайте Maxim Integrated.

Внешний вид окна настройки MAX11300

Рис. 5. Внешний вид окна настройки MAX11300

Чтобы ознакомиться со всеми особенностями MAX11300, не потребуется разводить тестовую плату – можно воспользоваться готовыми оценочными наборами (рис. 6):

MAX11300PMB1 – оценочный набор, который кроме MAX11300 содержит разъемы расширения и законченную систему питания. Система питания состоит из повышающего преобразователя MAX8752 для получения 13 В из входного напряжения 3,3 В, понижающих преобразователей MAX5084 и MAX5084 для получения напряжений 5 В и 12 В. Для подключения MAX11300PMB1 к ПК требуется дополнительная плата адаптера USB2PMB1.

MAX11300EVKIT – оценочный набор, который кроме MAX11300 включает разъемы расширения, законченную систему питания, два дополнительных датчика температуры, схему адаптера USB-SPI. В отличие от MAX11300PMB1, набор MAX11300EVKIT может напрямую подключаться к ПК с помощью стандартного USB-кабеля.

Оценочные платы для MAX11300

Рис. 6. Оценочные платы для MAX11300

Характеристики MAX11300GCM+ и MAX11300GTL+:

  • количество универсальных портов: 20;
  • виды конфигураций портов: аналоговый выход ЦАП, аналоговый вход АЦП, цифровой вход, цифровой выход, аналоговый ключ;
  • характеристики АЦП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения входных сигналов 0…2,5 В, 0…10 В, ±5 В, -10…0 В;
  • характеристики ЦАП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения выходных сигналов 0…10 В, ±5 В, -10…0 В;
  • рабочие уровни напряжения на цифровых входах: 0…5 В;
  • рабочие уровни напряжений на цифровых выходах: 0…10 В;
  • сопротивление аналогового ключа: 60 Ом;
  • коммуникационный интерфейс: 20 МГц SPI/QSPI;
  • корпус: 48TQFP-EP (MAX11300GCM+) или 40 TQFN-EP(MAX11300GTL+);
  • диапазон рабочих температур: от –40 до +105 °C.

Характеристики оценочной платы MAX11300PMB1:

  • базовая микросхема: MAX11300GTL+;
  • интерфейс связи: SPI;
  • разъем расширения: 20-выводный штыревой;
  • подключение к ПК: с помощью адаптера USB2PMB1;
  • питание: 3,3 В, дополнительное питание -12 В (если требуются биполярные выходы).

Характеристики оценочной платы MAX11300EVKIT:

  • базовая микросхема: MAX11300GTL+;
  • интерфейс связи: SPI и USB;
  • разъем расширения: 50-выводный штыревой;
  • подключение к ПК: есть;
  • питание: 5 В от USB или от внешнего источника.
Производитель: Maxim Integrated
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
MAX11300GTL+
MAX11300GTL+
Maxim Integrated
Арт.: 1334481 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 1053 шт.
Выбрать
условия
поставки
Программируемая микросхема с входами/выходами, предназначенными для работы с различными типами цифровых и аналоговых сигналов количество универсальных портов: 20; виды конфигураций портов: аналоговый выход ЦАП, аналоговый вход АЦП, цифровой вход, цифровой выход, аналоговый ключ; характеристики АЦП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения входных сигналов 0…2,5 В, 0…10 В, ±5 В, -10…0 В; характеристики ЦАП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения выходных сигналов 0…10 В, ±5 В, -10…0 В; рабочие уровни напряжения на цифровых входах: 0…5 В; рабочие уровни напряжений на цифровых выходах: 0…10 В; сопротивление аналогового ключа: 60 Ом; коммуникационный интерфейс: 20 МГц SPI/QSPI; корпус: 40TQFP-EP диапазон рабочих температур: от -40 до +105 °C.
MAX11300GTL+ от 1621,94
1053 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MAX11300EVKIT#
MAX11300EVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 1351143 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 67 шт.
Выбрать
условия
поставки
The MAX11300 evaluation kit (EV kit) provides a proven design to evaluate the MAX11300 20-port programmable mixed-signal I/O with 12-bit ADC, 12-bit DAC, analog switches, and GPIO.
MAX11300EVKIT# от 8158,06
67 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MAX11300PMB1#
MAX11300PMB1#
Maxim Integrated
Арт.: 1351145 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 273 шт.
Выбрать
условия
поставки
MAX11300PMB1 - оценочный набор, который кроме MAX11300 содержит разъемы расширения и законченную систему питания. Система питания состоит из повышающего преобразователя MAX8752 для получения 13 В из входного напряжения 3,3 В, понижающих преобразователей MAX5084 и MAX5084 для получения напряжений 5 В и 12 В. Для подключения MAX11300PMB1 к ПК требуется дополнительная плата адаптера USB2PMB1.
MAX11300PMB1# от 3029,56
273 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MAX11300GCM+
MAX11300GCM+
Maxim Integrated
Арт.: 1897336 PDF AN RD
Доступно: 2062 шт.
Выбрать
условия
поставки
Программируемая микросхема с входами/выходами, предназначенными для работы с различными типами цифровых и аналоговых сигналов количество универсальных портов: 20; виды конфигураций портов: аналоговый выход ЦАП, аналоговый вход АЦП, цифровой вход, цифровой выход, аналоговый ключ; характеристики АЦП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения входных сигналов 0…2,5 В, 0…10 В, ±5 В, -10…0 В; характеристики ЦАП: 12-бит, программируемые диапазоны напряжения выходных сигналов 0…10 В, ±5 В, -10…0 В; рабочие уровни напряжения на цифровых входах: 0…5 В; рабочие уровни напряжений на цифровых выходах: 0…10 В; сопротивление аналогового ключа: 60 Ом; коммуникационный интерфейс: 20 МГц SPI/QSPI; корпус: 48TQFP-EP диапазон рабочих температур: от -40 до +105 °C.
MAX11300GCM+ от 1621,94
2062 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()