Управление высокоскоростным АЦП с SPI по двум линиям

Инверторы заменяют линию управления выборкой кристалла АЦП с SPI. Большинство современных микропроцессоров, DSP и программируемых логических вентильных матриц включает в себя аппаратные и программные ресурсы для поддержки одного или обоих распространенных интерфейсных стандартов – SPI (последовательный периферийный интерфейс) и I2C (межмикросхемная)/SMBus. Оба стандарта двухпроводного интерфейса имеют значительные недостатки. Например, пропускная способность шины I2C составляет 100 кбит/с, 400 кбит/с или 3,4 Мбит/с в стандартном, быстром и высокоскоростном режимах, соответственно, и могут таким образом ограничивать скорость работы быстрого периферийного преобразователя данных. Без учета служебных битов, 12-битный АЦП с быстродействием 100 квыб/с может требовать от интерфейса пропускной способности 1,2 Мбит/с, которую I2C шина поддерживает только в высокоскоростном режиме. Множество процессоров и контроллеров в настоящее время не поддерживают высокоскоростной режим I2C шины и, соответственно, не могут взаимодействовать с быстродействующими преобразователями данных.

Одним из основных преимуществ I2C шины является уменьшение количества соединений между ведущим и ведомым устройствами. Используя всего две линии и землю, ведущий контроллер может выбрать ведомое устройство и сделать обмен данными, в то время как SPI требует наличия трех линий – данных, тактовой частоты и выбора микросхемы, плюс земля. Различные SPI устройства могут совместно использовать линии данных и тактирования, но у каждого из них должна быть своя собственная линия выбора микросхемы. Вследствие бесконечного роста разрешения и быстродействия преобразователей, невысокая скорость шины I2C может ограничить ее использование в некоторых типах аппаратуры и подтолкнуть разработчика к выбору шины SPI. В то же время, шина SPI требует использования дополнительных линий ввода-вывода на ведущем микроконтроллере. В ситуации, когда свободные выводы отсутствуют, но в аппаратуре необходимо использовать быстрый SPI-преобразователь, необходимо применить технику, приведенную на рис.1.

Например, ADS7816 компании Texas Instruments представляет собой 12-битный АЦП с быстродействием 200 квыб/с, для обслуживания которого необходима пропускная способность шины 3 Мбит/с, для непрерывного считывания результатов преобразования, при максимальном быстродействии. Установка сигнала CS в активное низкое состояние, начинает цикл преобразования ADS7816. После переключения и удержания в низком состоянии во время передачи данных, сигнал CS переводится в высокое состояние, по окончании передачи данных, завершая процесс работы. Когда линия тактирования первый раз устанавливается в низкое состояние, она так же переводит в низкое состояние и сигнал CS. Постоянная времени пикового детектора, представленного D1, R1 и C1 гарантирует, что сигнал CS не установится в высокий уровень, если тактовая линия останется в высоком состоянии более чем один такт (рис.2). Несмотря на то, что тактовая линия меняет свое состояние, получая данные из IC2, сигнал CS остается на низком уровне и, наконец, по окончанию обмена данными, линия тактирования устанавливается в высокое состояние, следом сигнал CS принимает это же состояние, подготавливая схему к следующему циклу преобразования. Так как конденсатор C1 должен разрядиться в конце цикла преобразования, контроллер должен задержать начало нового цикла преобразования до полного разряда C1. Точный выбор номиналов R1 и C1 уменьшает время задержки минимум до трех циклов тактирования. Кроме того, напряжение на конденсаторе C1 не должно падать ниже входного порога инвертера IC1B до того, как следующий импульс тактирования вновь обеспечит полный заряд конденсатора. Выходное напряжение и нагрузочная способность инвертера IC1A влияет на время заряда C1, а R1 и входное сопротивление IC1B влияет на время разряда. Для получения надежной конструкции, необходимо учитывать величины допусков на номиналы и температурные коэффициенты компонентов, а так же разброс величины логических входных и выходных порогов срабатывания.

Терраэлектроника