Ne2010 03 by plok

СОДЕРЖАНИЕ №3 (83), 2010 г.

БРЕНД НОМЕРА: ON Semiconductor

Информационно-технический журнал

ON Semi – это энергоэффективные решения для «зеленой» электроники Мишель Прадий.................................................................................................................3

Учредитель – ЗАО «Компэл»

ONS – как много в этом слове… Ирина Ромадина.................................................................................................................4

Издается с 2005 г. Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС77-19835 Редактор: Геннадий Каневский vesti@compel.ru Выпускающий редактор: Анна Заславская Редакционная коллегия: Андрей Агеноров Евгений Звонарев Сергей Кривандин Николай Паничкин Александр Райхман Борис Рудяк Илья Фурман

Применение контроллеров NCP101x/102x при разработке источников питания средней мощности Константин Староверов.....................................................................................................7 Микросхемы управления зарядом аккумуляторов компании ON Semiconductor Михаил Чигарев....................................................................................................... 11 Цифровые потенциометры компании ON Semiconductor Андрей Никитин....................................................................................................... 13 NCL30000 – драйвер светодиодов с функцией коррекции мощности Валерий Жижин....................................................................................................... 17 Новые драйверы шаговых двигателей – AMIS-30532 и AMIS-30542 Константин Староверов........................................................................................... 19 Операционные усилители компании ON Semiconductor Геннадий Копытов.................................................................................................... 23 Цифровые аудиопроцессоры BelaSigna компании ON Semiconductor Алексей Пантелейчук............................................................................................... 27

Дизайн, графика, верстка: Елена Георгадзе Владимир Писанко Евгений Торочков Распространение: Анна Заславская Электронная подписка: www.compeljournal.ru

Отпечатано: «Гран При» г. Рыбинск

Тираж – 1500 экз. © «Новости электроники» Подписано в печать: 11 марта 2010 г.

В СЛЕДУЮЩИХ НОМЕРАХ Беспроводная передача данных – современные аспекты Maxim – аналог и цифра Микроконтроллеры от STMicroelectronics Если вы хотите предложить интересную тему для статьи в следующий номер журнала – пишите на адрес vesti@compel.ru с пометкой «Тема в номер».

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОТ РЕДАКТОРА

Уважаемые читатели! Редко какой из логотипов ведущих мировых производителей электронных компонентов дает такое четкое представление о приоритетах компании, как логотип ON Semiconductor. Зеленая кнопка с буквами “ON” как бы говорит потребителю: «Включай питание, а остальное – наша забота». Со времен выделения из состава компании Motorola Semiconductor с портфелем стандартной продукции приоритетом ON Semi являются энергоэффективные решения для «зеленой» электроники. Этот термин введен специалистами компании для обозначения безопасных и дружественных к потребителю и окружающей среде решений в сфере электропитания. Любому разработчику электроники, которому необходимо стабильное электропитание аппаратуры и качественное распределение питания между компонентами системы, имеет смысл обратить

внимание на продукцию ON Semi. За стандартными компонентами также следует идти к ON Semi и ее торговым партнерам (например, к официальному дистрибьютору в России – компании КОМПЭЛ): около тридцати тысяч наименований выпускаемых компонентов по весьма привлекательной цене – серьезный аргумент. Но есть и еще один аргумент в пользу этой компании. Я бы назвал его глобальностью рыночного мышления. Штаб-квартира ON Semi – в американском штате Аризона, а вот инженерные центры разбросаны по всему миру, включая не столь удаленные от нас Чехию и Словакию, где консультации дают и на русском языке. Сайт компании www.onsemi.com автоматически переключит вас на русскоязычную версию, если вы зайдете на него с российского IP. И самое главное: сосредоточив исследовательские усилия на готовых решениях для электропитания в областях автомобильной и

потребительской электроники, телекоммуникаций и компьютерной техники, ON Semi активно поглощает более мелкие нишевые высокотехнологичные компании вместе с их ассортиментом, инженерным персоналом и ноу-хау. Среди приобретений последних лет – такие интересные компании, как известный производитель процессоров обработки сигнала AMIS, разработчики устройств электростатической и электромагнитной защиты PulseCore и California Micro Device. Компания КОМПЭЛ поддерживает в Москве склад из более 1000 наименований компонентов ON Semi и готова ответить на любые ваши вопросы по поводу этой продукции.

С уважением, Геннадий Каневский

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

КОМПАНИЯ Мишель Прадий (ON Semiconductor)

ON Semi – это энергоэффективные решения для «зеленой» электроники

Концепция «зеленой» (то есть экологически безопасной) электроники наряду с репутацией одного из ведущих мировых производителей электронных компонентов для управления электропитанием – отличительные черты компании ON Semiconductor. О преимуществах этой концепции на «посткризисном» этапе рассказывает в интервью менеджеру КОМПЭЛ по бренду ON Semiconductor Ирине Ромадиной директор компании ON Semiconductor по продажам, дистрибьюции, спросу и работе с контрактными производителями в восточноевропейском регионе Мишель Прадий. Ирина Ромадина: С момента нашего интервью в прошлом году, ON Semiconductor приобрела еще две компании. Каких клиентов вы рассчитываете привлечь новыми продуктами? Мишель Прадий: Обе компании (PulseCore и California Micro device) предлагают устройства защиты, в основном предназначенные для беспроводного и потребительского рынка. Сейчас ON Semiconductor находится на этапе внедрения современных технологий фильтрации электромагнитных помех и защиты от статического электричества, что заинтересует клиентов этих двух важных сегментов рынка. Кроме того, генераторы тактовых импульсов PulseCore дополняют широкую номенклатуру ON Semi в области управления сигналами времени. И.Р.: В то время, как весь мировой рынок почувствовал падение продаж и снижение интереса разработчиков к электронным компонентам в период мирового кризиса, продажи продуктов ON Semi у вашего партнера, компании КОМПЭЛ, заметно выросли за последний год и продолжают расти. Как Вы думаете, что является причиной этой парадоксальной ситуации? М.П.: 2009 год был первым полным годом действия дистрибьюторского соглашения между ON Semi и КОМПЭЛ, этим частично можно объяснить рост продаж компонентов. Начиная с четвертого квартала 2009 года мы наблюдаем восстановление экономики. КОМПЭЛ может воспользоваться преимуществом широкого ассортимента продукции ON Semiconductor на своем складе, чтобы укрепить свои позиции на рынке и удовлетворить потребности разработчиков. И.Р.: По Вашему мнению, какая группа продуктов ON Semi заслужива-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ет пристального внимания разработчиков? Мы примем это во внимание при выборе тематики статей в следующих номерах журнала. М.П.: Компания ON Semiconductor способна предложить широкую линейку приборов и решений. Конечно, для европейского рынка наиболее интересными являются предложения в промышленном и автомобильном сегментах. Я очень советую нашим клиентам посетить русскоязычную версию нашего сайта (www.onsemi.com), где они смогут найти множество материалов, касающихся применения, а также функциональные схемы, которые помогут им выбрать наиболее подходящий для их задач продукт.

И.Р.: Главный вопрос: какая основная цель компании ON Semiconductor? М.П.: Наш девиз гласит: ON Semiconductor – ведущий поставщик высококачественных, энергоэффективных решений для «зеленой» электроники. ON Semiconductor: • Представляет экологическибезопасные энергоэффективные решения; • Имеет большую номенклатуру продуктов и решений; • Помогает клиентам решать их уникальные задачи; • Имеет постоянно расширяющуюся сеть поставщиков, соответсвующую мировым стандартам. И.Р.: Крупнейшие мировые производители компонентов имеют представительства в России. Планируете ли вы открыть такое представительство? М.П.: В ближайшее время мы не видим необходимости открывать офис в России. Мы рассчитываем на эффективную сеть глобальных и местных дистрибьюторов, таких как КОМПЭЛ, которые обслуживают наших клиентов.

Центральный офис компании ON Semiconductor в городе Феникс, штат Аризона, США

ОБЗОРЫ Ирина Ромадина (КОМПЭЛ)

ONS – как много в этом слове…

Далеко не все разработчики электроники в курсе, что ON Semiconductor – это не только производитель высококачественной стандартной продукции, но также разработчик и производитель целого ряда других интересных устройств для самых различных применений.

есмотря на обилие разнообразных решений в линейке ON Semi, главным направлением было и остается управление питанием. Об этом свидетельствует логотип компании – зеленая кнопка с надписью «ON». ON Semi уделяет очень много внимания технологиям энергосбережения, с учетом которых компания разрабатывает все свои решения для организации питания электронных устройств. Линейка Power Management от ON Semiconductor включает в себя: • AC/DC контроллеры и регуляторы; • DC/DC контроллеры и регуляторы; • Драйверы полевых и биполярных транзисторов; • Драйверы реле и нагрузки; • Драйверы светодиодов и дисплеев; • Источники опорного напряжения и супервизоры питания. Помимо силовых компонентов, сильная сторона ONS – устройства обработки сигнала, среди которых можно назвать: • Компараторы и усилители; • Аналоговые коммутаторы; • Цифровые потенциометры; • Интерфейсы; • Аудио DSP. Хотелось бы остановиться поподробнее на двух последних группах. ON SEMI поставляет множество микросхем для организации передачи данных по промышленным интерфейсам – CAN, LIN, I2C, PLC, HART. Они заслуживают самого пристального внимания разработчиков аппаратуры данного типа. Пожалуй, наибольший интерес для отечественных разработчиков представляют приемопередатчики CAN-

интерфейсов. CAN-трансиверы от компании ON Semiconductor обладают низкой потребляемой мощностью в спящем режиме, низким уровнем электромагнитного излучения, широким диапазоном входных напряжений на шине, высокой скоростью передачи данных, защитой по току выходных цепей, защитой от перегрева, широким диапазоном рабочей температуры -40...125°С. Расширенный функционал позволяет использовать их в самых нестандартных схемотехнических решениях. Так, например, трансиверы CAN интерфейсов AMIS-42700/AMIS-42770 от ON Semi включают в себя два одинаковых приемопередатчика, предназначенных для их подключения к двум независимым шинам CAN и одному CAN-контроллеру. Основное применение – работа в качестве повторителей для протяженных сетей CAN и распределителей/ разветвителей (CAN hub). Встроенный в данные микросхемы контроллер CAN-пакетов позволяет обойтись без внешнего CAN-контроллера. Специальные дополнительные выводы позволяют объединять эти приемопередатчики друг с другом, а управление осуществлять с помощью единственного CAN-контроллера. Данное решение делает возможным организовывать топологически сложные CAN-сети простым и дешевым способом. Еще одно любопытное функциональное решение на тему CAN-интерфейсов – реализация раздельного питания аналоговой и цифровой частей (AMIS-30663, AMIS-41683, AMIS-42673). В перечисленных микросхемах помимо вывода питания аналоговой части 5 В предусмотрен дополнительный вывод для питания цифровой части 3,3 В. Приемопередатчик CAN-сетей AMIS-42671, разработанный ON Semiconductor, обладает функцией ав-

томатического определения скорости передачи данных по шине CAN. А микросхемы AMIS-30660 и AMIS-30670 имеют дополнительный вход Silent, который позволяет отключать встроенный передатчик от шины, в то время как приемник продолжает работать. Это нужно для предотвращения непреднамеренного захвата шины CAN после перевода управляющего микроконтроллера в спящий режим. Помимо решений для интерфейса CAN, хотелось бы коснуться темы PLCмодемов (Power Line Carrier Modem), или модемов для передачи данных по силовым цепям. ON Semiconductor уделяет этому направлению особое внимание. И не случайно – направление передачи данных по силовым линиям получает все большее распространение и привлекает к себе внимание все более широкого круга разработчиков, поскольку представляет собой очень экономичное, простое в реализации и эффективное решение для передачи данных. Новейший однокристальный PLCмодем от ON Semiconductor AMIS-49587 использует полудуплексный режим связи с расширенной частотной модуляцией несущей (S-FSK), работает с протоколами всех уровней – от физического до программного, имеет встроенный ARMмикропроцессор и работает при максимальной скорости 2400 Бод. AMIS-49587 (как и его предшественник AMIS-30585) работает от источника питания напряжением 3,3 В и подключается к сети через внешний усилитель мощности и трансформатор. Внутренняя схема фазовой синхронизации (PLL) работает с постоянной частотой (50 или 60 Гц) и предназначена для синхронизации передачи данных на скоростях 300, 600, 1200 и 2400 Бод на частоте питания 50 Гц. Для качественного моделирования реальной картины передачи данных по силовым сетям в компании КОМПЭЛ можно приобрести отладочную плату, которая поможет воспроизвести процесс передачи и отработать его, прежде чем внедрять устройство AMIS-49587 в свои проекты.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ ONS производит специализированные Аудио-DSP, которые можно разделить на две группы. Первая используется исключительно для производства слуховых аппаратов, это DSP серий Ezairo/Orela/Toccata. Вторая – DSP Belasigna200/250/300 – для прочих приложений обработки звука на самый изысканный вкус разработчиков из самых разнообразных областей. Затронув тему индустриальных применений, не могу не сказать еще об одном направлении, в котором ON Semiconductor чувствует себя очень уверенно. Это драйверы шаговых двигателей (семейства AMIS-305XX и AMIS306XX), которые применяются при проектировании устройств, требующих высокоточного позиционирования. Примерами могут служить интеллектуальные моторы, камеры наблюдения, текстильное оборудование, сценическое освещение, дозиметрические насосы, офисное оборудование, индустриальные роботы и множество других. Семейство AMIS-306XX является наиболее развитым, это полностью интегрированное решение, управляемое командами высокого уровня, которые подаются через I2C- и LIN-интерфейс. Устройства из этого семейства идеальны для быстрой разработки приборов без корректировки динамических показателей алгоритма перемещения двигателя, так как они уже реализованы в ИС AMIS-306XX. Пример использования данного семейства – позиционирование камер наблюдения. Однако при реализации более динамичных решений разработчику может понадобиться получать доступ к каждому шагу перемещения двигателя. Специально для этого случая ON Semi предлагает семейство AMIS-305XX, которое управляется внешним микроконтроллером, в отличие от AMIS-306XX, где управление встроено в микросхему драйвера. За последнее время ONS заметно расширил свою и без того немалую

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

линейку устройств защиты от электромагнитных помех и электростатического электричества (устройства, наименования которых начинаются с ESD), приобретя целых две компании, специализирующихся на защитных устройствах – PulseCore и California Micro device. Надеюсь, теперь ни у кого не осталось сомнений в том, что ON Semiconductor – это далеко не только поставщик высококлассной стандартной продукции (как, к сожалению, ошибочно полагали на российском рынке до недавних пор), а разноплановая компания, предлагающая широкий спектр решений для разнообразных применений электроники. Она имеет огромную номенклатуру интересных продуктов, помогающих разработчикам в решении их уникальных задач. Напоследок хотелось бы сказать несколько слов о тех услугах и преимуществах, которые получат разработчики, приобретая продукцию ONS в компании КОМПЭЛ. Во-первых, КОМПЭЛ предлагает самую широкую номенклатуру продукции ONS со склада в Москве. Во-вторых, КОМПЭЛ предоставляет техническую поддержку разработчикам при проектировании, в том числе – предоставление образцов, технические консультации по продуктам и регистрирование проектов в ON Semiconductor с целью получения защиты разработки по цене. Напоследок хочу проинформировать вас о том, что ON Semiconductor перевел свой сайт на русский язык. Теперь, зайдя на www.onsemi.com, вы будете автоматически перенаправлены на русскую страничку. Это сделало доступ к информации более удобным для российских разработчиков электроники. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

Новые линейные регуляторы постоянного тока

ON Semiconductor представила новую серию двухвыводных линейных регуляторов постоянного тока NSI45, идеально подходящую для управления током мощных светодиодов в автомобильных и промышленных приложениях, а также для реализации светодиодного освещения зданий. Новые регуляторы постоянного тока работают в широком диапазоне входных напряжений и могут обеспечить инженерам простое и эффективное по стоимости решение для регулирования тока, которое они могут использовать в своих разработках без поиска каких-то компромиссов по производительности. ON Semiconductor представляет NCP1237, NCP1238 и NCP1288 – контроллеры с фиксированной частотой и управлением по току для создания высокоэффективных и компактных AC/DCпреобразователей. Приборы, разработанные для использования в ноутбуках, LCD-дисплеях, принтерах и другой потребительской электронике, предлагают на выбор несколько рабочих частот и возможность установки одного или двух порогов перегрузки по току. Стандартный преобразователь имеет встроенный генератор на 65 кГц (версии 100 и 133 кГц доступны по запросу). Запатентованный режим Soft-Skip™, используемый в данных микросхемах, позволяет плавно уменьшать максимальный ток, снижая риск возникновения низкочастотных шумов. Это позволяет экономить на дополнительных компонентах, упрощая дизайн устройства и трансформатора. Объединяя это с функцией ограничения по току, новые контроллеры обеспечивают высокий уровень эффективности при низком сопротивлении нагрузки путем уменьшения входной мощности на холостом ходу.

КОМПАНИЯ

Продукция ON Semiconductor

•

Усилители и компараторы

•

EMI/RFI-фильтры

•

Диоды

•

Тиристоры

•

• •

•

DC/DC-преобразователи

•

ИОН и супервизоры напряжения

•

Термодатчики

•

Биполярные и полевые транзисторы

•

Аналоговые ключи

Драйверы светодиодов и ЖКИ

•

Промышленные интерфейсы

•

Микросхемы формирования и распределения тактовых сигналов

•

• •

•

Стандартная и дифференциальная логика

•

Цифровые потенциометры

•

Аудио DSP

Военные/аэрокосмичесие системы

Коммуникации и связь

•

Контрольно-измерительное оборудование

Промышленная электроника

•

AC/DC-преобразователи

Медицинское оборудование

•

Компьютерная техника

•

Автоэлектроника

•

Функциональная группа

Управление питанием

Потребительская техника, цифровые «гаджеты»

Применение

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Константин Староверов

Применение контроллеров NCP101X/102X при разработке сетевых источников питания средней мощности

В статье приводится обзор контроллеров из семейств NCP101X/102X компании ON Semiconductor, которые являются прекрасной основой для построения современных импульсных источников питания средней мощности.

азработка источника питания (ИП) является одним из самых ответственных этапов разработки электронной техники. От него напрямую зависят такие важные параметры, как рабочий диапазон входного напряжения, потребляемая мощность в дежурном режиме, габаритные размеры, надежность, электромагнитная совместимость и себестоимость. Однако на практике не всегда получается выделить достаточные ресурсы для выполнения этого этапа работ, т.к. большая часть времени затрачивается на реализацию функций электронного устройства. В та-

ких условиях на выручку могут прийти готовые модули AC/DC- или DC/DCпреобразователей. Их применение позволяет свести до минимума затраты времени на проектирование, однако, ввиду сравнительно высокой стоимости, может сделать конечное решение неконкурентоспособным. Компромиссом в такой ситуации могут служить высокоинтегрированные контроллеры импульсных ИП, но при условии, что они отличаются приемлемой ценой, предельной простотой схемы включения и не требуют долгого обоснования параметров схемы включения. Сопутствующими бонусами такого

выбора могут оказаться передовые рабочие характеристики, соответствие разнообразным регуляторным нормам и стандартам, возможность использования миниатюрных емкостных и индуктивных элементов и др. Примером таких высокоинтегрированных контроллеров является семейство микросхем NCP101X/102X компании ON Semiconductor. Прототипом для их создания послужило еще одно семейство этой компании – NCP1200, широкая популярность которого стала ярким подтверждением правильности новой концепции построения контроллера, которая, несмотря на компактность его конструкции (восьмивыводной корпус), обеспечивает необходимую гибкость в решении различных задач проектирования ИП. Концепция компактности и гибкости была полностью воплощена и

Таблица 1. Основные технические характеристики контроллеров NCP101X/102X

FSW (ном.), НаименоRDSON, Ом IP, мА вание кГц

Функция Функция блоограничения кировки при выходной IDSS1), недопустимом мощности при мА снижении повышенном сетевого насетевом напряжения пряжении

Ориентировочная выходная мощность2), Вт с DSS

без DSS Корпус

230 В ±15%

100... 260 В

230 В ±15%

100... 260 В

7-выв. PDIP, 4-выв. SOT-223

NCP1010

65/100/130

100

8,5

Нет

4,2

NCP1011

65/100/130

250

8,5

Нет

10,6

4,9

10,6

4,9

7-выв. PDIP (в т.ч. Gull Wing), 4-выв. SOT-223

NCP1012

65/100/130

250

Нет

10,6

4,9

10,6

4,9

7-выв. PDIP (в т.ч. Gull Wing), 4-выв. SOT-223

NCP1013

65/100/130

350

Нет

14,8

6,8

14,8

6,8

7-выв. PDIP, 4-выв. SOT-223

NCP1014

65/100

450

Нет

17,3

7,8

8,8

7-выв. PDIP (в т.ч. Gull Wing), 4-выв. SOT-223

NCP1015

65/100

450

Нет

7-выв. PDIP, 4-выв. SOT-223

NCP1027

5,8

65/100

800

—

Есть

7-выв. PDIP

NCP1028

5,8

65/100

800

—

Есть

7-выв. PDIP

Примечание: 1) потребляемый ток при использовании питания по методу DSS; 2) температура окружающей среды 50°С, частота преобразования 65 кГц, открытая конструкция.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ

Рис. 1. Конструкция и маркировка

Рис. 2. Расположение выводов

даже усилена в новых семействах контроллеров NCP101X/102X, принципиальное отличие которых заключается в дополнительной интеграции силового коммутатора на напряжение 700 В, что еще больше упростило схему включения. Контроллеры NCP101X/102X изготавливаются в корпусах трех типов SOT-223, PDIP-7 и PDIP-7 GULLWING (см. рис. 1) с расположением выводов, показанном на рис. 2. Последний корпус является особой версией PDIP-7 со специальной формовкой выводов, которая делает его пригодным для поверхностного монтажа. Типоразмер этих PDIP-корпусов полностью идентичен популярному корпусу PDIP-8, а отличие состоит лишь в физическом отсутствии одного вывода (6), что было сделано из соображений увеличения путей утечки вокруг высоковольтного вывода DRAIN (5). Представители семейств NCP101X/102X классифицированы по установленному внутреннему порогу ограничения тока через силовой коммутатор (см. таблицу 1), и таким образом каждый из них ориентирован на достижение определенного уровня выходной мощности ИП. Каждый из представителей семейств также доступен в исполнениях с разной частотой преобразования, как указано в таблице 1. Кроме того, некоторые представители семейств отличаются реализацией отдельных функ-

ций, а в целом семейство NCP102X характеризуется усиленными функциями защиты. Однако прежде чем говорить об отличиях, рассмотрим базовый набор особенностей и функций всех контроллеров.

Рис. 3. Пример использования возможностей вывода BO

Общие особенности NCP101X/102X • В схему встроен 700-вольтовый MOSFET-транзистор с малым сопротивлением открытого канала. • Реализовано токовое управление преобразованием на фиксированной частоте. • В целях снижения электромагнитных излучений частота преобразования колеблется в пределах ±3...6% относительно ее предустановленного значения, тем самым размывая мощность излучаемых помех в пределах определенного частотного диапазона. • Возможна работа с пропуском циклов ШИМ при малых нагрузках и, как следствие, высокий КПД во всем диапазоне нагружения и малая потребляемая мощность на холостом ходу (менее 100 мВт). • Переход в режим пропуска импульсов осуществляется только тогда, когда потребность в пиковом токе (IP) станет ниже 1/4 от внутреннего заданного порога, что исключает проблему генерации акустического шума даже при использовании недорогих моделей импульсных трансформаторов. • Встроенная высоковольтная схема запуска способна обеспечить непрерывность питания микросхемы и избавить от необходимости применения трансформатора с третьей вспомогательной обмоткой для питания контроллера после его запуска. Такой способ электропитания описан производителем как DSS (от Dynamic Self-Supply, т.е. автономное динамическое питание), однако его использование неизбежно ограничивает выходную мощность ИП вследствие ограничения заполнения импульсов до 45%. По этой причине использование DSS у NCP102x, ввиду их ориентированности на более мощные ИП, является нецелесообразным. • Реализована функция защиты от короткого замыкания на выходе с автоматической разблокировкой после

устранения короткого замыкания (реализована путем непрерывного контроля уровня напряжения на входе FB, который при коротком замыкании становится завышенным). • Имеется функция плавного старта (1 мс). • Имеется функция защиты от перегрева. • Вывод обратной связи по напряжению (FB) напрямую подключается к выходной части транзисторной оптопары. Отличия NCP1010-1014 от NCP1015 По набору особенностей контроллер NCP1015 полностью идентичен остальным представителям семейства NCP101x за одним единственным исключением – он не поддерживает функции блокировки при перенапряжении на выводе VCC. Данная функция важна в ИП, где в целях повышения выходной мощности и снижения потребляемой на холостом ходу мощности взамен DSS используется питание вывода VCC через вспомогательную обмотку. При возникновении обрыва в цепи обратной связи по напряжению (который ведет к опасному росту всех выходных напряжений) в случае NCP1010-1014 произойдет блокировка контроллера, при этом его разблокировка возможна только повторной подачей питания. В случае NCP1015 блокировка не произойдет, а защитное действие ограничится лишь отсечкой избыточного напряжения на выводе VCC встроенным стабилитроном. Отличия NCP1027 и NCP1028 В продолжение темы защиты от перенапряжения, реализованной через вывод VCC, следует отметить, что идентичные отличия имеют место и между контроллерами NCP102x. NCP1028 не поддерживает данной функции, а у NCP1027 она поддерживается, но отличным от NCP1010-1014 образом. В случае NCP1027 разблокировка происходит автоматически, не требуя повторной подачи питания. Отличия NCP101x и NCP102x NCP102x поддерживают дополнительные функции, для которых выде-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Таблица 2. Обзор оценочных плат Код заказа

NCP1012GEVB

Наименование

Краткое описание

Плата демонстрирует реализацию импульсного ИП с универсальным сетевым входом (127/220 В) и выходной мощностью 6,5 Вт. КПД изОценочная плата импульсного ИП на меняется в пределах 75,7…76,5% при работе с входным напряжением основе NCP1012 100...230 В. Здесь также демонстрируется преимущество метода DSS, который позволяет использовать более простой (двухобмоточный) импульсный трансформатор.

Оценочная плата сетевого адаптера мощностью 6 или 12 Вт на основе NCP1013

На плате собран импульсный ИП с универсальным сетевым входом и выходом 12/0,65 В/А. На плате предусмотрена перемычка, которая позволяет сделать выбор: использовать DSS или питаться от вспомогательной обмотки. Это дает возможность сопоставить изменение выходной мощности и потребляемой мощности на холостом ходу при одном и другом способе организации питания контроллера.

Драйвер светодиодов мощностью 5 Вт на основе NCP1013

Плата демонстрирует преимущества использования контроллеров NCP101x/102x в качестве стабилизатора постоянного тока, которые находят широкое применение в светодиодной светотехнике. К числу преимуществ относятся: широкий входной диапазон, малые размеры и себестоимость, высокий КПД, нечувствительность к колебаниям сетевого напряжения и высокая надежность.

NCP1014LEDGTGEVB

Драйвер светодиодов мощностью 8 Вт с входом 90...305 В и коэффициентом мощности 0,8

Демонстрируется, как добиться соответствия требованию Energy Star к коэффициенту мощности светодиодных осветительных устройств (>0,7). Выходная мощность драйвера 8 Вт делает его идеальным для совместной работы с такими светодиодами как Cree XLAMP(R) MC-E, которые в одном корпусе интегрируют 4 светодиода. Величина выходного тока установлена на уровне 630 мА, но ее можно легко изменить заменой токоизмерительного резистора на другой подходящего номинала.

NCP1014LEDR2GEVB

Драйвер светодиодов мощностью 8 Вт с входом 90...265 В

Еще одна демонстрация драйвера светодиодов мощностью 8 Вт с другими выходными параметрами: ток стабилизируется на уровне 360 мА, а в случае обрыва нагрузки напряжение ограничивается на уровне 24 В.

NCP1014STBUCGEVB

Понижающий неизолированный AC/DC-преобразователь с универсальным сетевым входом и выходом 12/200 В/мА

Показывается возможность реализации простого неизолированного AC/ DC-преобразователя по понижающей топологии (BUCK).

NCP1027ATXGEVB

Данная плата демонстрирует еще один из возможных вариантов применения контроллеров NCP101x/102x: канал вспомогательного питания в Вспомогательный блок питания мощсоставе более мощного источника питания (например, компьютера). Планостью 10 Вт на основе NCP1027 ту также можно рассматривать в качестве примера применения NCP1027 в стабилизаторе напряжения с выходом 5/2 В/А.

NCP1028LEDGEVB

Драйвер светодиодов с током управления 720 мА и ограничением напряжением на уровне 18 В

NCP1013ADAPEVB

NCP1013LEDGEVB

лены три отдельных вывода: RC, BO и OPP. Вывод RC относится к функции компенсации пилообразным сигналом. Данный вывод предназначен для управления наклоном этого сигнала путем установки внешнего резистора требуемого номинала между RC и GND. Потребность в такой функции возникает в ИП, выполненных по топологии с непрерывной проводимостью (CCM), т.к. применение в нем контроллера, использующего токовое управление преобразованием, может привести к субгармоническим колебаниям. Если потребность в данной функции отсутствует, вывод RC необходимо соединить с VCC. Другая особенность NCP102x – функция блокировки при снижении напряжения, которой можно управлять через вывод BO путем подключения резистивного делителя напряжения к выпрямленному сетевому напряжению. Если напря-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

Самая мощная версия драйвера светодиодов среди представленных здесь, выполненная на основе NCP1028.

Рис. 4. Схема импульсного ИП мощностью 6,5 Вт

ОБЗОРЫ

Рис. 5. Оценочная плата импульсного ИП на основе NCP1012

Рис. 6. Драйвер светодиодов с током управления 720 мА и ограничением напряжением на уровне 18 В

жение на этом выводе становится ниже порогового уровня, выходной коммутатор переходит в отключенное состояние. Как только сетевое напряжение возвратится в нормальный диапазон, контроллер возобновит работу. Вывод BO также имеет альтернативное назначение. Его можно использовать для необратимой блокировки контроллера. Для этого на BO необходимо подать внешнее напряжение выше 3,5 В. В этом случае контроллер полностью заблокируется, а его разблокировка возможна только повторной подачей сетевого напряжения. Совместное использование рассмотренных возможностей вывода BO иллюстрирует рис. 3. Здесь порог блокировки при

снижении напряжения задается резисторами RUPPER и RLOWER. Дополнительно предусмотрен транзистор Q1, который в случае отпирания подает напряжение VCC на вывод BO и, таким образом, необратимо блокирует контроллер. Условиями отпирания транзистора являются снижение сопротивления терморезистора в случае недопустимого превышения окружающей температуры или отпирание транзисторной оптопары в случае выявленного (с более высокой точностью, чем через вывод VCC) перенапряжения на выходе. Наконец третья особенность NCP102x – функция компенсации роста выходной мощности при повышенном сетевом напряжении. Не-

обходимость в такой функции вызвана задержкой в обнаружении достижения током, протекающим через коммутатор, предустановленного пикового значения и, как следствие, кратковременное превышение этого значения. При работе ИП с напряжением, близким к верхней границе его рабочего диапазона, это может привести к нежелательному повышению выходной мощности. Чтобы исключить такой рост мощности, к выводу OPP подключается делитель выпрямленного сетевого напряжения (схема идентична выводу BO) с требуемыми параметрами. Если потребность в этой функции отсутствует, вывод OPP необходимо подключить к цепи GND. Еще одно важное преимущество контроллеров NCP101x/NCP102x – доступность обширной технической поддержки в виде оценочных плат (см. таблицу 2, рис. 5 и 6; доступны для заказа через КОМПЭЛ), документации к ним и рекомендаций по применению (AND8125/D, AND8134/D, AND8142-D). Эти рекомендации дают исчерпывающие ответы на вопросы, связанные с применением контроллеров, и обоснования параметров схемы их включения в конкретном применении. Также следует обратить внимание на доступность SPICE-моделей контроллеров, которые дают возможность проверить выполненные расчеты с помощью схемного симулятора. Убедиться в преимуществах рассмотренных контроллеров и в простоте схемной реализации поможет рис. 4, где представлена схема импульсного ИП (соответствует схеме NCP1012GEVB) с универсальным сетевым входом и выходной мощностью 6,5 Вт. Заключение Микросхемы NCP101X/102X – идеальный выбор для тех, кто в кратчайшие сроки нуждается в разработке импульсного сетевого источника питания средней мощности (до 25 Вт), сочетающего такие особенности как простота реализации, высокая эффективность и надежность, малое занимаемое пространство и отличные характеристики электромагнитной совместимости. Микросхемы доступны в исполнениях с разными частотами преобразования, максимальными токами выходного коммутатора и особенностями защитных функций, но при этом остаются совместимыми по расположению выводов, что дает дополнительную гибкость в оптимизации себестоимости и размеров источника питания в зависимости от его выходной мощности и рабочих условий. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Михаил Чигарев (КОМПЭЛ)

МИКРОСХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЗАРЯДОМ АККУМУЛЯТОРОВ КОМПАНИИ ON SEMICONDUCTOR

В статье описываются основные типы аккумуляторов и микросхемы компании ON Semiconductor, такие как MC33340/42, NCP1835B, NCP349/60, для контроля заряда аккумуляторов и защиты от перенапряжения.

нтегральные схемы управления питанием от ON Semiconductor (ONS) уже хорошо известны отечественным разработчикам. Это AC/DCпреобразователи и ШИМ-контроллеры, корректоры коэффициента мощности, DC/DC-преобразователи и, конечно, линейные регуляторы. Однако практически ни одно портативное устройство не может обойтись без аккумулятора и, соответственно, без микросхем для его заряда и защиты. Компания ONS имеет в линейке продукции ряд решений для управления зарядом аккумуляторов, которые традиционно для ONS сочетают достаточную функциональность с невысокой стоимостью и простотой применения. Основные типы применяемых аккумуляторов В современной электронике наиболее распространены NiCd/NiMH и Li-Ion/ Li-Pol аккумуляторы. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы дешевы, а также имеют самое большое количество циклов разряда/ заряда и большое значение нагрузочного тока. Основными недостатками являются: высокий саморазряд, а также «эффект памяти», который приводит к частичной потере емкости при частом заряде не до конца разряженного аккумулятора. Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы – это попытка устранения недостатков NiCd, в частности «эффекта памяти». Данные аккумуляторы менее критичны к заряду после неполной разрядки и практически в два раза превосходят NiCd по величине удельной емкости. Не обошлось и без потерь, NiMH аккумуляторы обладают меньшим числом циклов разряд/заряд и более высоким саморазрядом по сравнению с NiCd.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы обладают самой высокой плотностью энергии, что позволяет им превосходить другие типы аккумуляторов по величине емкости при тех же габаритных размерах. Низкий саморазряд и отсутствие «эффекта памяти» делают этот тип аккумуляторов неприхотливым в использовании. Однако для обеспечения безопасности использования литий-ионные аккумуляторы требуют применения технологий и конструктивных решений (полиолефиновые пористые пленки для изоляции положительного и отрицательного электродов, наличие терморезистора и предохранительного клапана для сброса избыточного давления), которые приводят к увеличению стоимости аккумуляторов на основе лития по сравнению с другими элементами питания. Литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы – это попытка решить проблему безопасности аккумуляторов на основе лития путем использования твердого сухого электролита вместо электролита в виде геля в Li-Ion. Такое решение позволяет получить схожие с Li-Ion аккумуляторами характеристики при меньшей стоимости. Помимо повышенной

MC33340/42 – контроль заряда NiCd и NiMH аккумуляторов В современных портативных приложениях требуется максимально быстрый заряд аккумулятора, предотвращение перезаряда, максимальный срок службы и предотвращение потери емкости. MC33340 и MC33342 – контроллеры заряда от ON Semiconductor, которые сочетают в себе все, что необходимо для быстрого заряда и защиты NiCd и NiMH аккумуляторов. Контроллеры МС33340/42 реализуют: • быстрый заряд и «капельную» подзарядку (trickle charge); • окончание зарядки по изменению напряжения и температуры; • детектирование одноразовых батарей и отказ от их зарядки; • программируемое время быстрой зарядки от одного до четырех часов; • детектирование перезаряда и недозаряда батареи, перегрева и перенапряжения по входу; • паузу перед отключением зарядки при детектировании по изменению напряжения (177 с для MC33340 и 708 с для MC33342). Данные контроллеры в сочетании с внешним линейным или импульсным преобразователем образуют законченную систему для зарядки аккумуляторов. Пример такой зарядной схемы с

NCP349 – новинка от ONS, которая защищает от перенапряжения по входу до 28 В. Микросхема отключает выход при превышении верхнего порога входным напряжением или если нижний порог не достигнут. безопасности, использование твердого электролита позволяет уменьшить толщину аккумулятора (до 1,5 мм). Единственным недостатком по сравнению с Li-Ion аккумуляторами является менее широкий диапазон рабочих температур, в частности Li-Pol аккумуляторы не рекомендуется заряжать при минусовых температурах.

использованием классического стабилизатора LM317 показан на рис. 1. LM317 в данной схеме работает как стабилизированный источник тока с установкой зарядного тока резистором R7: Ichg(fast) = (Vref + IadjR8)/R7. Ток капельной подзарядки устанавливается резистором R5:

ОБЗОРЫ напряжение должно находиться в пределах 4,2±0,05 В. Для заряда аккумуляторов на основе лития ONS предлагает полностью интегрированное решение – NCP1835B. Это микросхема заряда с линейным регулятором, профилем заряда CCCV (constant current, constant voltage) и зарядным током 30...300 мА. Питание NCP1835B может осуществляться либо от стандартного AC/DC-адаптера, либо от USB-порта. Вариант схемы включения представлен на рис. 2. Основные характеристики: • интегрированный стабилизатор тока и напряжения; • возможность зарядки полностью разряженной батареи (током 30 мА); • определение окончания зарядки; • программируемый зарядный ток; • выходы статуса и ошибки зарядки; • выход 2,8 В для определения присутствия адаптера на входе или питания микроконтроллера током до 2 мА; • входное напряжение от 2,8 до 6,5 В; • защита от продолжительного заряда (программируемое максимальное время заряда 6,6...784 мин).

Рис. 1. Схема включения MC33340 и MC33342

NCP349 и NCP360 – защита от перенапряжения с интегрированным MOSFET-транзистором Еще одним важным моментом в системах заряда аккумуляторов является защита от превышения допустимого входного напряжения. Решения, предлагаемые ONS, отключают выход от целевой схемы в случае присутствия на входе недопустимого напряжения. NCP349 – новинка от ONS, которая защищает от перенапряжения по входу до 28 В. Микросхема отключает выход при превышении верхнего порога входным напряжением или если нижний порог не достигнут. Также предусмотрен выход FLAG# для сигнализации перенапряжения на входе. Типовая схема применения показана на рис. 3. Данная микросхема доступна с различными нижними (2,95 и 3,25 В) и верхними (5,68; 6,02; 6,4; 6,85 В) порогами срабатывания, которые закодированы в наименовании. NCP360 обладает такой же функциональностью, что и NCP349, за исключением максимального напряжения на входе: 20 В.

Рис. 2. Схема для отладки NCP1835B

Рис. 3. Схема применения NCP349 Ichg(trickle) = (Vin – Vf(D3) – Vbatt)/R5. Делитель R2/R1 должен быть рассчитан таким образом, чтобы при полном заряде аккумулятора на входе Vsen было меньше 2 В: R2 = R1(Vbatt/Vsen – 1). С помощью выводов t1, t2, t3 трехбитной логикой (ключами на схеме) устанавливается либо время заряда 71...283 мин, либо верхний и нижний пределы детектирования температуры.

На основе представленной схемы компания ON Semiconductor предлагает отладочные платы MC33340EVB и MC33342EVB. NCP1835B – микросхема для заряда Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов Литиевые аккумуляторы требуют высокой стабильности зарядного напряжения, например, для аккумулятора LIR14500 от компании EEMB зарядное

Заключение Компания ON Semiconductor по сравнению с конкурентами обладает не очень широкой линейкой микросхем для заряда аккумуляторов. Однако представленные решения в своем сегменте характеризуются конкурентоспособными характеристиками и ценой, а также простотой применения. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Андрей Никитин

Цифровые потенциометры компании On Semiconductor

В статье идет речь об основных группах цифровых потенциометров компании On Semiconductor. Подробно рассмотрена одна из таких групп – цифровые потенциометры с управлением Up/Down. Описаны и новые изделия, анонсированные летом 2009 года.

начительная часть электронных схем, особенно аналоговых, содержит элементы, предназначенные для подстройки характеристик при наладке или для оперативного управления при использовании аппаратуры. Для этих целей использовались электромеханические переменные и подстроечные резисторы. Заменой электромеханическим резисторам с подвижным контактом, имеющим ограниченные возможности, относительно большие габариты, требующим ручной установки в необходимое положение, становятся цифровые потенциометры. Классификация Рассмотрим основные критерии, по которым можно классифицировать цифровые потенциометры: • Наличие или отсутствие энергонезависимой памяти. В первом случае, при включении питания будет автоматически восстановлено последнее используемое значение. Во втором – заранее определенное начальное значение (как правило, соответствующее половине диапазона). Третий вариант – возможность однократно «прошить» в постоянную OTP-память иное начальное значение, отличное от значения, заданного производителем. • Интерфейс управления. Могут использоваться либо стандартные интерфейсы I2C или SPI, либо, так называемое «кнопочное управление» – Up/ Down Control, которое будет рассмотрено ниже. • Количество потенциометров в корпусе. В номенклатуре компании ON Semiconductor представлены изделия с 1, 2 или 4 потенциометрами. • Разрешающая способность или количество положений движка. Как правило, число, равное степени 2. В продукции ON Semiconductor представлены

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

потенциометры с разрешающей способностью от 16 до 256. Иногда используются «некратные» значения, например 100. В микросхемах, управляемых по интерфейсу, используются большие значения (64, 128, 256). В микросхемах с «кнопочным управлением» без энергонезависимой памяти – малые (16 и 32), а с памятью – промежуточные (от 32 до 128). Поскольку номенклатура цифровых потенциометров компании ON Semiconductor достаточно широка (более 300 микросхем и 35 семейств), то не имеет смысла приводить таблицы с параметрами. Параметрический поиск доступен на сайте производителя www. onsemi.com. Продукция, в соответствии с этими критериями, была объединена в группы, что иллюстрируется рисунком 1. К другим параметрам отнесем: • Полное сопротивление потенциометра (сопротивление между крайними положениями H и L). Обычно исполь-

зуются значения 10, 50 или 100 кОм. Реже – 1; 2,5 и 32 кОм. • Допустимое напряжение между выводами H и L. Принципиальное отличие цифровых потенциометров от переменных резисторов заключается в том, что напряжение между выводами H и L не может быть выше регламентированного. Как правило, оно равно напряжению питания самой микросхемы (обычно 2,7...5,5 В). Исключением являются семейства САТ5132 и САТ51323 – при величине питания до 5,5 В, напряжение между выводами H и L может достигать 16 В. • Функциональная характеристика. В большинстве случаев эта характеристика (зависимость сопротивления между выводами W и L от управляющего кода) линейна, то есть предполагается, что все резисторы в цепочке имеют одинаковое сопротивление. Исключением является семейство CAT5116, в котором реализована логарифмическая характеристика. • Нелинейность характеристики. Она определяется реальным отклонением резисторов в цепочке от номинального значения. Есть и другие параметры: температурный коэффициент сопротивления;

Рис. 1. Основные группы цифровых потенциометров компании ON Semiconductor

ОБЗОРЫ

Рис. 2. Диаграммы двух методов управления Up/Down

Рис. 3. Обобщенная структура цифровых потенциометров с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти отклонение полного сопротивления; сопротивление движка. Они имеют тот же смысл, что и для традиционных переменных резисторов, и приведены в документации производителя на конкретную микросхему. Управление Up/Down Отметим, что управление Up/Down используется только для моделей с одним потенциометром в корпусе (одинарные). Применение этого управления в «многоканальных» микросхемах привело бы к существенному увеличению внешних выводов. Наиболее простыми являются цифровые потенциометры с управлением Up/Down. В продукции компании ON Semiconductor реализованы три модификации такого управления: • Управление по двум линиям CS и U/D; • Управление по трем линиям CS, U/D и INC;

• Управление по двум линиям Up и Down. Управление по двум линиям CS и U/D Назначение линии CS (активный низкий) заключается в том, что отрицательный перепад фиксирует направление изменения сопротивления, которое (изменение сопротивления) возможно только при низком уровне сигнала. При высоком уровне сигнала изменения сопротивления не происходит. Линия U/D в момент отрицательного перепада сигнала CS определяет направление изменения сопротивления (при низком уровне – уменьшение, при высоком – увеличение). При низком уровне сигнала CS положительный перепад сигнала U/D приводит к изменению сопротивления на один дискрет (в направлении, определенном ранее). Рассмотрим диаграмму А на рисунке 2.

В момент 1 состояние сигнала CS из высокого становится низким. Поскольку состояние линии U/D высокое, то определяется направление на повышение. В моменты 2 положительный перепад сигнала U/D приводит к увеличению сопротивления (напряжение между нижней точкой L и средней точкой W потенциометра растет). В момент 3 положительный перепад сигнала CS запрещает дальнейшее изменение сопротивления. В моменты 4 по положительному перепаду сигнала U/D ничего не происходит, поскольку состояние сигнала CS высокое. В момент 5 состояние сигнала CS переходит из высокого в низкий, но в этот раз состояние линии U/D низкое, следовательно, определяется направление на понижение. Соответственно, в моменты 6 положительный перепад сигнала U/D приводит к уменьшению сопротивления. Данный метод реализован в микросхемах CAT5110, CAT5118...CAT5127 и CAT5128. Управление по трем линиям CS, U/D и INC Данный метод (иллюстрируется диаграммой Б на рис. 2) более прост в понимании, но в реализации занимает на одну линию больше. Сигнал CS только запрещает (при высоком уровне) или разрешает (при низком уровне) изменение состояния потенциометра. Сигнал U/D только задает направление изменения: низкий уровень – на понижение, высокий – на повышение. Любые изменения состояния могут происходит только по отрицательному перепаду сигнала INC. Если при этом на линии CS низкий уровень, а на линии U/D высокий – сопротивление растет. На линии CS низкий уровень, и на линии U/D низкийуровень – сопротивление уменьшается. Если на линии CS высокий уровень, то отрицательный перепад сигнала INC никаких изменения сопротивления не вызывает. Данный метод реализован в микросхемах CAT5111...CAT5116 и CAT5133. Управление по двум линиям Up и Down Данный способ управления заставляет вспомнить о простейшем RS-триггере. Отрицательный перепад сигнала Down вызывает уменьшение сопротивления, а отрицательный перепад сигнала Up – соответственно, его повышение. При этом в первом случае предполагается, что на линии Up – высокий уровень. А во втором случае, соответственно, предполагается, что высокий уровень – на линии Down. На временных диаграммах из документации производителя [4] эти условия выполняются, то есть

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ все хорошо. А если что-то не выполняется? С одной стороны, в документации производителя ясно указано: срабатывание по отрицательному перепаду сигнала Up произойдет «если и только» на линии Down будет высокий уровень. Про срабатывание по отрицательному перепаду сигнала Down каких-то ограничений не приведено. Надо понимать, что оно произойдет в любом случае, а как на самом деле... Метод реализован только в одной микросхеме CAT5128. Цифровые потенциометры с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти В данную группу входят (рис. 1) три микросхемы (CAT5120, CAT5121 и CAT5122) с разрешающей способностью 16 положений и восемь микросхем (CAT5110, CAT5115, CAT518, CAT5119, CAT5123, CAT5124, CAT5125 и CAT5128) на 32 положения. Обобщенная структура цифровых потенциометров этого типа приведена на рис. 3. Рассмотрим ее работу. Сигналы управления (две или три линии, показанные цифрами 1, 2 и 3) поступают на схему управления, которая, при необходимости, формирует сигналы инкремента и декремента реверсивного счетчика (показан счетчик для 32 состояний). Выходы счетчика дешифрируются, и замыкается один из ключей. Например, для состояния 0 будет замкнут нижний ключ, и сопротивление между выводами W и L будет равно нулю, а между W и H – будет максимальным. С инкрементом счетчика сопротивление между W и L будет расти, а между W и H – уменьшаться. При каждом выключении питания текущее состояние не запоминается. При каждом включении питания формируется сигнал PoR, который загружает счетчик неизменяемым стартовым значением (Обычно, половина диапазона – в рассматриваемом случае 16). Отметим также, что на рис. 3 представлен обобщенный случай, а именно, если контакты питания не связаны с выводами потенциометра, то вывод L не связан с общим проводом Gnd, а вывод H – с питанием Vcc. Такая схема требует наличия семи- или восьмивыводного корпуса и из рассматриваемых устройств реализована лишь в CAT5115 (управление по трем линиям), CAT5128. Остальные устройства размещены в пяти- или шестивыводных корпусах за счет организации внутренних коммутаций, которые представлены на рис. 4. Цифровые потенциометры с управлением Up/Down с энергонезависимой памятью В данную группу входят (рис. 1) четыре микросхемы (CAT5112, CAT5114,

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

Рис. 4. Внутренние коммутации в цифровых потенциометрах с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти

Рис. 5. Обобщенная структура цифровых потенциометров с управление Up/Down с энергонезависимой памятью

CAT5127 и CAT5129) с разрешающей способностью 32 положения, три микросхемы (CAT5111, CAT5113 и CAT5116) на 100 положений и CAT5133 на 128 положений. Обобщенная структура цифровых потенциометров этого типа приведена на рис. 5. По сравнению с рис. 3 добавлена энергонезависимая память, которая по своему функциональному назначению является регистром. В этот регистр перезаписывается значение реверсивного счетчика при снятии сигнала CS. При выключении питания состояние счетчика теряется, но продолжает храниться в регистре. При следующем включении питания формируется сигнал PoR, который загружает счетчик последним значением. Отметим также отличительную особенность CAT5127 и CAT5129 – они обеспечивают длительное сохранение сопротивления после отключения электроэнергии.

Цифровые потенциометры с управлением по последовательным интерфейсам Рассмотрим те преимущества и возможности, которые вносят последовательные интерфейсы при управлении цифровыми потенциометрами. Летом 2009 года компания ON Semiconductor выпустила два новых изделия: CAT5171 и CAT5172 – цифровые потенциометры с разрешением на 258 положений без энергонезависимой памяти, с интерфейсами, соответственно, SPI и I2C. Структурные схемы потенциометров представлены на рис. 6. Рассмотрим потенциометр CAT5172. Как видим, интерфейс SPI однонаправленный, то есть микросхема только принимает данные. Самое существенное достоинство – это возможность прямого задания управляющего кода. Потенциометры с управлением Up/Down не обеспечивали возможности чтения текуще-

ОБЗОРЫ

Рис. 6. Структурные схемы цифровых потенциометров CAT5171 и CAT5172

го состояния счетчика. Следовательно, в реальной системе состояние приходилось дублировать вне потенциометра. В таких потенциометрах было необходимо контролировать число циклов инкремента (декремента), необходимых для установления требуемого кода. Сама реализации одного цикла была достаточно сложна. При подозрениях на сбойную ситуацию привести потенциометр в среднее положение было возможно только при снятии питания. В случае с CAT5172 возможности считать текущее состояния также нет, но есть возможность непосредственно записать требуемое значение. При этом нет необходимости помнить текущее состояние и думать «в какую сторону крутить потенциометр». Кроме того, естественным образом увеличилась разрешающая способность – длительность установки перестала зависить от того, насколько сильно надо изменить положение «движка»: на 3 дискретных шага или на 30. Интерфейс выполнен в простейшем варианте сдвигового регистра и легко реализуется как с помощью микроконтроллера, так и на жесткой логике. Число выводов микросхемы

(если сравнивать с полным вариантом CAT5115) не изменилось. Потенциометр CAT5171 реализован с использованием более сложного двунаправленного I2C. За счет этого появляются дополнительные возможности: он позволяет считать текущее состояние в целях контроля. Кроме того реализованы функции: принудительный возврат в среднее состояние и функцию Shutdown, то есть разрыв цепи резисторов между положениями H, W, L. Интерфейс I2C – тривиальный атрибут современных микроконтроллеров, и его реализация также не вызывает сложностей. Другие дополнительные преимущества: • Возможность реализации нескольких потенциометров в одном корпусе. Ранее каждый из потенциометров требовал своих линий управления, что увеличивало число выводов; • Возможность чтения как регистра начальных значений, так и счетчика текущего состояния; • Возможность реализации вариантов работы – например, прямой переход и инкремент по шагам.

Области применения Области применения цифровых потенциометров в настоящее время весьма разнообразны, назовем некоторые из них: • Подстройка «тонких» датчиков: давления, температуры, положения, оптических датчиков; • Цифровая регулировка усиления; • Регулировка частоты и скважности генераторов; • Регулировка громкости в аудиосистемах; • Регулировка смещения нуля в усилителях; • Реализация регулируемых источников опорного напряжения; • Регулировка выходного напряжения стабилизаторов; • Регулировка контрастности ЖКиндикаторов; • Замена электромеханических потенциометров на цифровые аналоги. Заключение Словосочетание «цифровые потенциометры» у большинства отечественных разработчиков прочно ассоциируется с компаниями Maxim Integrated Products и Analog Devices. Безусловно, названные компании заметны на этом направлении. Но и в компании ON Semiconductor оно возникло не на пустом месте. Купив в 2008 году компанию Catalyst Semiconductor, ONSemi существенно дополнила свою номенклатуру. EEPROM-память и цифровые потенциометры – для нее направления новые. Однако мы видим, что практически не обновлявшаяся с 2004 года линейка цифровых потенциометров Catalyst дополнилась новыми изделиями в целевых нишах. Безусловно, следует ожидать дальнейшего развития этого направления в продукции ON Semiconductor. Литература 1. Ридико Л. Цифровые потенциометры//Компоненты и технологии, №5, 2001. 2. Шитиков А. Цифровые потенциометры от Dallas Semiconductor//Компоненты и технологии, №8, 2001. 3. Андрусевич А. Управление потенциалом. Цифровые потенциометры Maxim/Dallas//Новости электроники, №15, 2006. 4. CAP5128. 32-Tap Digital Up/Down Control Potentiometer//Документ компании On Semiconductor Doc. No. MD2128 Rev. C (CAT5128-D.pdf).

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

НОВИНКИ Валерий Жижин

NCL30000 – драйвер светодиодов с функцией коррекции мощности

Энергосберегающие технологии в освещении и, в частности, светодиодные светильники, получают все большее распространение. Данная статья посвящена анализу работы нового светодиодного драйвера NCL30000 компании ON Semiconductor, применение которого увеличивает КПД излучения и срок службы излучателей.

птическая мощность и комфортность свечения светодиодов определяются величиной и формой тока, протекающего через светоизлучающую систему. Для питания светодиодов используются специальные микросхемыдрайверы. Большинство выпускаемых в настоящее время драйверов освещения не учитывают нелинейность ваттамперных и вольт-амперных характеристик полупроводниковых излучателей, что снижает КПД излучения и сокращает срок службы. Микросхема NCL30000 компании ONS позволяет устранить эти недостатки. Данный драйвер светодиодов имеет в своем составе функцию коррекции коэффициента мощности (ККМ). Одной из основных характеристик любого АС/DC-источника питания, наряду с выходной мощностью, является коэффициент мощности – отношение активной мощности, выделяемой на нагрузке, к полной мощности, подводимой из электросети. Физический смысл коэффициента – степень подобия реальной нагрузки источника питания обычной резистивной нагрузке. В реальных системах электропитания ККМ всегда существенно меньше единицы, следовательно, форма тока в нагрузке отличается от формы двухполупериодного выпрямленного напряжения, т.е. носит импульсный, негармонический характер. Вследствие этого в электросеть проникают многочисленные гармоники от такого источника питания, и она становится «грязной». Кроме того, паразитные гармоники являются причиной высокочастотных мерцаний светодиодов, что сокращает срок их службы. Современные международные нормы для систем электропитания и освеще-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ния (европейский стандарт IEC 1000-3-2 группа С) предусматривают достаточно жесткие требования к ККМ – не ниже 0,85%. Для поддержания ККМ в области допустимых значений (свыше 90%) и предназначены схемы коррекции коэффициента мощности. Рассмотрим особенности электрических характеристик и функционирования микросхемы NCL30000. • Имеет сверхнизкий начальный стартовый ток 24 мкА; • В контуре регулирования используется ШИМ-модуляция; • С целью минимизации падения мощности на внешнем токовом резисторе устанавливается порог 500 мВ; • Имеет низкий ток собственного потребления 2 мА; • Обеспечивает нагрузочную способность для светодиодных излучателей 500 мА;

• Имеет возможность использования драйвера совместно с тиристорами и широкодиапазонными линейными регуляторами мощности в нагрузке (димминг); • Имеет расширенный температурный диапазон -40...125°С; • Микросхему можно использовать в качестве самостоятельного ККМ в обратноходовых импульсных преобразователях. Микросхема NCL30000 выпускается в корпуcе SOIC-8, выполненном по бессвинцовой технологии (Pb Free). Принципы построения светодиодного источника питания использованием NCL30000 Принцип реализации источника питания для линейки светодиодов, использующих драйвер NCL30000, показан на упрощенной схеме (рис 1). В этой схеме помимо выполнения функции ККМ дополнительно осуществляется стабилизация выходного тока. Двухполупериодное напряжение Uвх после диодного моста поступает на вход усилителя ошибки рассогласования MFP микросхемы драйвера. Выход этого усилителя управляет внутренним

Рис. 1. Источник питания для линейки светодиодов на NCL30000

НОВИНКИ источником тока, который заряжает конденсатор Сcomp. Пока сигнал Uвх превышает напряжение на конденсаторе, выход DRV имеет высокий уровень, и транзисторный ключ Q1 открыт. Ток через индуктивность первичной обмотки I(t) L1 нарастает по линейному закону. Благодаря тому, что обмотки трансформатора L1 и L2 в противофазе, диод Dout закрыт, и конденсатор Cout разряжается, отдавая ток в светодиодную нагрузку. В момент времени, когда напряжение на Сcomp сравняется с Uвх, транзисторный ключ Q1 закрывается. Наведенная ЭДС самоиндукции противоположного знака передается во вторичную обмотку L2, диод Dout открываетcя, и в цепи этой обмотки начинает течь ток Iа, который заряжает конденсатор Сcomp. Ток Iа определяется выражением: Iа = Iвх * w1/w2 – Uвых * t/L2, где w1 и w2 – количество витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, Uвых – напряжение на обмотке L2, Iвх – амплитуда тока в первичной обмотке трансформатора. Как видно из этой формулы ток, Iа спадает от максимального значения до нуля, при этом ток в первичной обмотке I(t) тоже линейно спадает. Детектор нулевого тока вторичной обмотки (вход ZCD) осуществляет его непрерывный мониторинг через цепь, образованную вспомогательной обмоткой L3 и резистором Rzcd. При достижении нулевого значения Iа выход DRV переключается, и через открытый транзистор Q1 снова начинает течь ток. Далее процесс повторяется. Таким образом, ток в первичной цепи представляет собой последовательность амплитудно-модулированных импульсов треугольной формы, огибающая которых повторяет входное напряжение, а среднее значение Iin(t) этого тока становится похожим на форму тока в резистивной нагрузке. Частотный диапазон петли слежения не превышает 20 Гц. Это позволяет достичь высокого коэффициента мощности PF выше 0,9 и получить низкий коэффициент гармонических искажений THD порядка 10% во всем диапазоне питающего напряжения. Особенностью драйвера NCL30000 является то, что он позволяет организовать отрицательную обратную связь по току с целью его стабилизации. Она осуществляется с помощью диоднотранзисторного оптрона DT. При превышении выходного напряжения опорного уровня, определяемого стабилитроном схемы контроля CC/CV, светодиод оптрона начинает проводить ток, поэтому его транзистор переходит в низкоимпедансное состояние, разряжая конденсатор Сcomp. Скважность управляющей импульсной последовательности при этом уменьшается и выходной

ток стабилизируется. Это следует из формулы для выходного тока обратновходового преобразователя: Iout = Iвх * w1/w2 * (1 – D/2), где D – отношение длительности импульса ШИМпоследовательности к ее периоду (величина, обратная скважности). Как уже отмечалось, драйвер реализует функцию коррекции коэффициента мощности, поэтому после диодного моста устанавливается только керамический конденсатор небольшой емкости порядка 0,1 мкФ. Фильтрация помех с удвоенной частотой сети происходит в цепи вторичной обмотки, благодаря электролитическому конденсатору большой емкости Cout. Такой способ подавления гармоник не является идеальным, и выходной ток содержит гармонику на удвоенной частоте сети. Тем не менее, спектр выходного тока не содержит высокочастотных составляющих, характерных для импульсных источников питания, а величина пульсаций не превышает 10%, что вполне достаточно для большинства коммерческих и промышленных применений. Напряжение питания, снимаемое с резистивного делителя R0/R1+R2, подается на вывод 8 микросхемы NCL30000. Она начинает работать, когда это напряжение превышает порог включения Von = 10 B, и выключается при спаде напряжения ниже Voff = 9,5 B. Рабочий диапазон напряжения питания составляет 10,2...20 В. Для повышения помехоустойчивости между выводом питания (8) и аналоговой землей (6) подключается танталовый конденсатор порядка 10 мкФ. К выводу 3 микросхемы драйвера подключается емкость Сt, которая задает скорость заряда выходного конденсатора Cout. Выбор Сt подробно описан в DataSheet[1] на микросхему NCL30000. Применение NCL30000 Основные примеры применения драйвера приведены на сайте компании ON Semiconductor [2]. В документе AND 845-D приводится подробное описание принципов работы драйвера, и даются методики расчетов компонентов обратноходового импульсного источника питания для создания светодиодного светильника. В материале AND 844-D описано применение NCL30000 в регулируемых источниках тока – триаках (симисторах) и диммерах. Триак работает по принципу отсечки фазы по переднему фронту. В начале каждой полуволны синусоиды симистор, не являясь токопроводящим элементом, блокирует прохождение тока к лампе. Только по истечении определенного времени задержки tz,

которое пользователь может установить по собственному усмотрению, в регуляторе срабатывает электронный выключатель и подает ток ко всем подключенным потребителям. Таким образом обеспечивается возможность плавной регулировки яркости подключенных источников света. Напряжение, возникающее во время включений и отключений помех, гасится с помощью соответствующих фильтров. Принцип отсечки фазы по заднему фронту состоит в том, что во время прохождения каждой полуволны синусоиды через ноль включается нагрузка, которая отключается по истечении времени tz., обеспечивая возможность изменения действующего значения напряжения лампы и ее яркости. При включении возникновения помех не происходит, так как напряжение сводится к нулю. Использование NCL30000 позволяет оптимизировать управление нагрузкой и повысить коэффициент мощности. Для удобства освоения драйвера фирма ON Semiconductor предлагает следующие демонстрационные платы: 1. NCL30000 LED1 GEVB 15 Вт, 350 мА, 115 В; 2. NCL30000 LED2 GEVB 15 Вт, 350 мА, 220 В; 3. NCL30000 LED2 GEVB 17 Вт, 350 мА, 90...350 В. Заключение Анализ работы драйвера NCL30000 показывает, что с помощью него можно создавать высококачественные АС/ DC-источники тока, обладающие высоким коэффициентом мощности и низким коэффициентом гармоник. Потребность в таких источниках существует не только в современных осветительных системах. Данная микросхема может найти применение и при создании контроллера для управления электромагнитными клапанами малой мощности, рост промышленной потребности в которых наблюдается в последнее время в России. Образцы микросхем NCL30000 и демонстрационных плат доступны для заказа в компании КОМПЭЛ (www. compel.ru). Литература 1. DataSheet на микросхему NCL30000 с сайта http://www. onsemi.com. 2. http://www.onsemi.com/ PowerSolution/product.do?id= NCL30000DR2G.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

НОВИНКИ Константин Староверов

Новые драйверы шаговых двигателей – AMIS-30532 и AMIS-30542

В статье дан обзор новых представителей семейства драйверов шаговых двигателей (ШД) компании ON Semiconductor – AMIS-30532/42. Драйверы предназначены для управления двигателями повышенной мощности. С их помощью можно диагностировать неисправности в цепях подключения ШД. Драйверы имеют чрезвычайно простую схему включения с минимальным числом внешних компонентов, что открывает перспективы их использования в критичных к себестоимости применениях.

аговые двигатели популярны в качестве основы исполнительных механизмов разнообразных технических средств. Регулировка положения фар или заслонок, задание направленности антенны, управление камерой видеонаблюдения, создание светодинамических эффектов – примеры задач, которые с успехом решаются применением ШД. Одна из самых простых конструкций ШД получила название биполярной. Она предусматривает наличие двух обмоток и, таким образом, требует подключать к управляющей электронике по четыре провода. Однако для управления таким двигателем требуется достаточно насыщенный силовой каскад, состоящий из двух полномостовых коммутаторов, реализация которого в виде дискретного решения бросает серьезный вызов сложности и стоимости проекта. Убедительным ответом на данный вызов стало появление семейств драйверов AMIS-305xx и AMIS-306xx, которые интегрируют все необходимое для управления биполярным ШД и, таким образом, дают в полной мере воспользоваться преимуществами его конструкции. Читатель НЭ уже знаком с данной продукцией [1, 2]. Задачей данного материала является ознакомление с новинками, представленными ON Semi в декабре минувшего года, – AMIS-30532 и AMIS-30542. Появление новых представителей в семействе AMIS-305xx является ответом на растущую потребность в драйверах для управления более мощными ШД. Прежде нагрузочная способность драйверов ON Semi ограничивалась чуть более чем полутора амперами. Теперь же появился доступ к более мощным драйверам на токи до 3 (AMIS-30532) и 5,5 А

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

(AMIS-30542). Новые микросхемы функционально и конструктивно идентичны своим предшественникам в корпусе NQFP32 (7х7х1 мм), а отличия заключаются лишь в электрических характеристиках выходных силовых каскадов (см. таблицу 1). Функциональные возможности новых микросхем показаны на рис. 1. В левой части схемы сведены все выводы, которые образуют интерфейс подключения к управляющему микроконтроллеру (МК), в т.ч. четырехпроводной последовательный интерфейс SPI для конфигурации микросхемы, входы пошагового управления двигателем (DIR и NXT), выводы супервизорных функций МК (сторожевой таймер, сброс при подаче питания), вход аппаратного сброса (CLR) и выход с откры-

• Обнаружен обрыв цепей подключения ШД; • Выявлена неисправность в блоке ЕПН. Последняя функция играет очень важную роль в обеспечении «живучести» n-канальных MOSFET-транзисторов в верхнем уровне силовых коммутаторов. Необходимое напряжение управления затворами таких транзисторов по отношению к «плавающему» стоку формирует блок ЕПН и, таким образом, при определенных сбоях в его работе возможен рост сопротивления открытого канала (RDS(ON)) транзистора и, как следствие, его перегрев. Для упреждения такой ситуации в AMIS-30532/42 предусмотрена схема контроля уровня выходного напряжения ЕПН и сигнализации о его недопустимом снижении. Такой широкий спектр защитных функций позволяет использовать драйверы в разнообразных применениях, например, в медицинской, автомобильной или промышленной технике. Специально для применений, которые должны соответствовать определенным нормам электромагнитных излучений, у драйверов предусмотрена возмож-

Новые драйверы шаговых двигателей AMIS-30532 и AMIS-30542 примерно вдвое и втрое, соответственно, превосходят по току своего самого сильноточного предшественника и полностью совместимы по расположению выводов схемы включения и функциональным возможностям с другими представителями семейства в корпусе NQFP32. Это дает возможность модернизировать существующие разработки путем простой замены микросхемы драйвера без необходимости повторной разводки печатной платы. тым стоком / ERR. Этот выход предназначен для сигнализации срабатывания защит и переходит в активное низкое состояние в следующих случаях: • Сработал канал предупредительной сигнализации перегрева или произошло защитное отключение при перегреве; • Сработала защита по току в любом из силовых каскадов (X или Y);

ность программного задания скорости изменения фронтов выходных импульсов (100...350 В/мкс). Однако, несмотря на такое разнообразие специальных возможностей, драйверы могут использоваться и в критичных к себестоимости массовых применениях, в т.ч. в бытовой технике и потребительской электронике. Это достигнуто за счет максимального

НОВИНКИ

Рис. 1. Функциональная схема AMIS-30532/42

Рис. 2. Схема включения AMIS-30532/42 упрощения и удешевления схемы включения, в т.ч. за счет интеграции стабилизатора напряжения 5 В для питания внешнего МК и исключения потребности во внешних токоизмерительных элементах. Убедиться в простоте схемы

включения поможет рис. 2, на котором вокруг микросхемы драйвера можно увидеть лишь вспомогательные компоненты фильтрации и подтяжки логических уровней. Здесь также показаны внешние конденсаторы блока ЕПН (С6,

С7) и управляющий МК, запитанный с вывода 32 драйвера от встроенного стабилизатора. Драйверы AMIS-30532/42 поддерживают ряд интеллектуальных возможностей, направленных на повышение качества конечного решения при минимальных затратах. К ним относятся: • Функция автоматического выбора быстрого или медленного снижения тока ШИМ-контроллером. Когда ШД находится в устойчивом положении, ШИМ-контроллер работает в режиме подъема и медленного снижения тока (FORWARD/SLOW DECAY), что гарантирует минимальность пульсаций тока. Когда же задается переход в положение, которое требует резкого изменения тока, вводится режим быстрого спада (FAST DECAY), который гарантирует минимальную длительность переходного процесса. Данная функция реализуется полностью автономно и не требует какой-либо конфигурации. • Автоматическая адаптация заполнения импульсов. Данная функция вступает в силу, когда напряжение питания меньше удвоенной амплитуды обратной ЭДС. В таком случае, в целях поддержания среднего тока в обмотках на требуемом уровне, ШИМ-контроллер использует заполнение импульсов более 50%. Еще одной, не менее интеллектуальной, является функция генерации аналогового сигнала SLA на одноименном выводе, который отражает уровень обратной ЭДС на обмотках двигателя. С его помощью возможна реализация ряда продвинутых алгоритмов управления ШД, в т.ч. с обнаружением опрокида двигателя, с работой без потери шагов, а также с адаптацией крутящего момента. Однако успешность реализации данных алгоритмов в первую очередь зависит от правильности понимания принципов формирования сигнала SLA. Эти принципы состоят в следующем: • Измерение обратной ЭДС осуществляется путем выборки напряжения на обмотках двигателя в определенные моменты времени (назовем эти моменты обновлениями). • Обновление происходит в одном из двух режимов, который задается пользователем: режим TRANSPARENT (внутренний бит SLAT = 1) и режим NOT-TRANSPARENT (SLAT = 0). • В режиме TRANSPARENT обновление осуществляется с периодичностью цикла ШИМ, но только в области пересечения током через обмотку нуля. В этом режиме пользователь может наблюдать всю форму напряжения на обмотке двигателя вплоть до достижения уровня обратной ЭДС. Из этого сигнала можно извлечь информацию о фактической частоте вращения ШД, уров-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

НОВИНКИ Таблица 1. Основные технические характеристики драйверов AMIS-305xx AMIS

Характеристики

-30511

-30512

-30521

-30522

-30532

-30542

6...30

Максимальный импульсный выходной ток, А

0,8

1,6

5,5

Максимальное действующее значение тока, А

0,4

0,8

2,1

3,9

RDSon (25°С) не хуже1), Ом

0,56

0,35

0,16

Частота коммутации, кГц

Дискретность микрошагов

1/32

Вход NXT

Есть

Выход SLA

Есть

Интерфейс связи

SPI

—

Есть

—

Есть

SOIC24

NQFP32

Рабочее напряжение, В

Встроенный стабилизатор напряжения, доступный для питания внешней схемы (5 В) Рабочий температурный диапазон, °C

-40...125

Тип корпуса

SOIC24

Примечание: 1) Драйвер верхнего уровня при питании напряжением 12 В (CUR[4:0] = 0...31).

не напряжения питания и собственно об уровне обратной ЭДС. • В режиме NOT-TRANSPARENT обновление вывода SLA осуществляется только последней выборкой, выполненной с цикличностью ШИМ, когда ток обмотки пересекал уровень нуля. В этом режиме текущее значение напряжения на выводе SLA всегда отражает уровень обратной ЭДС, но только в момент предшествующего пересечения нуля током через обмотку. Отличия в механизмах формирования сигнала SLA в разных режимах иллюстрирует рис. 3. Подытоживая сказанное, можно сформулировать правило, соблюдение которого будет гарантировать корректность интерпретации сигнала SLA: при изменении разрешающей способности микрошага необходимо гарантировать, что не возникнет смещение, которое приведет к несовпадению положений микрошага и пересечения нуля. Данное правило можно сформулировать математически и использовать в программе МК для обнаружения ошибок в работе ШД: MOD(P, Y) = 0, где MOD – оператор взятия остатка от деления P на X, P – положение микрошага (считывается из регистра MSP), а Y – константа, которая равна 2, 4, 8 или 16 при использовании микрошагов 1/16, 1/8, 1/4 или 1/2, соответственно. Неравенство нулю MOD(P, Y) означает, что напряжение на выводе SLA нельзя принимать за обратную ЭДС. Для примера рассмотрим две ситуации, проиллюстрированные на рис. 4. Здесь показаны диаграммы ра-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

боты ШД. Точки пересечения окружности с осевыми линиями указывают на позиции, где возникает пересечение нуля токами обмоток. В первом случае (рис. 4а) выполняется изменение разрешающей способности в большую сторону, с полушага на 1/4 микрошага, что не приводит к образованию смещения. Во втором же случае изначально использовался микрошаг 1/8 и в указанном конечном положении происходит уменьшение разрешающей способности на полушаг, что приводит к образованию смещения и дальнейшему несовпадению позиций ШД с точками пересечения нуля. Проблема «смещения»

существует при использовании режима полного шага, т.к. позиции пересечения нуля здесь никогда не совпадают с позицией шага (стартовая позиция соответствует полушагу). Решить эту проблему можно, если в режиме скомпенсированного полушага подавать на вход NXT два импульса подряд. В таком случае, движение начнется с позиции, когда ток в обмотке X равен нулю, и, ввиду невозможности выполнить полушаг за промежуток времени между импульсами на входе NXT, перемещение будет совершаться полными шагами. Некоторое ограничение по использованию вывода SLA существует при работе драй-

Рис. 3. Формирование сигнала SLA в разных режимах

НОВИНКИ Таблица 2. Максимальная скорость для обнаружения обрыва

Рис. 4. Иллюстрация смены разрешающей способности шага без добавления смещения (а) и с его добавлением (б) вера на высоких температурах. В такой ситуации оцифровку напряжения SLA необходимо выполнять сразу после его обновления и за как можно более короткое время. Это связано с тем, что с ростом температуры напряжение на выводе SLA непрерывно снижается и принимает действительное значение только в момент обновления. Данная особенность накладывает ограничение на использование интегрирующих и некоторых дельта-сигма АЦП для оцифровки напряжения на выводе SLA. Если же все особенности формирования сигнала SLA будут учтены, он будет эффективным средством для диагностики работы ШД. Например, обнаружить опрокид ШД можно по снижению напряжения SLA (SLAT = 0) до величины ниже порогового уровня. Более детально об особенностях формирования сигнала SLA и его использовании можно узнать в рекомендациях по применению AND8399/D, доступные для скачивания на сайте ON Semi (http:// onsemi.com/). Выше уже упоминались возможности AMIS-30532/42, с помощью которых можно диагностировать неисправности в цепях подключения ШД. Рассмотрим их подробнее. К числу таких неисправностей относятся обрывы в обмотках и цепях их подключения, а также 14 вариантов коротких замыканий, в т.ч. – обмоток, между обмотками и с любой из линий питания. Для обнаружения обрыва драйверы контролируют, с каким заполнением импульсов работают оба ШИМ-

стабилизатора тока. Когда образуется обрыв, ШИМ-стабилизатор, в попытке достигнуть заданного блоком ППТ тока, перейдет к работе со 100%-ым заполнением импульсов. По истечении 32 мс такой работы драйвер принимает решение об обрыве в соответствующем канале и устанавливает флаг OPENX или OPENY. Использование указанной выдержки времени накладывает некоторые ограничения на максимальную скорость вращения ШД, при которой гарантируется работоспособность функции обнаружения обрыва (см. таблицу 2). Для диагностирования коротких замыканий предусмотрено два каскада. Первый каскад взаимодействует со всеми верхними MOSFET-транзисторами выходных полномостовых коммутаторов X и Y. Его задачей является ограничение выходного тока и установка флага OVCXPT, OVCXNT, OVCYPT или OVCYNT в случае обнаружения перегруза соответствующего транзистора. Аналогичным образом, но прецизионно, второй каскад ограничивает ток через нижние транзисторы и устанавливает флаг OVCXPB, OVCXNB, OVCYPB и OVCYNB при обнаружении перегруза соответствующего нижнего транзистора. Сама по себе установка данных флагов свидетельствует только о перегрузке транзисторов, а для достоверного установления вида короткого замыкания, который вызвал такую перегрузку, потребуется дополнительный анализ, в котором должна участвовать информация о позиции ШД. Например, если в позиции ШД,

Режим шага

Скорость (полных шагов в сек.)

Полный

62,5

1/2

46,9

1/4

54,7

1/8

58,6

1/16

60,5

1/32

61,5

отмеченной красной точкой на рис. 4а, обнаружится установка флага OVCXNB или OVCXPB (перегруз любого нижнего транзистора в канале X), это укажет на существование короткого замыкания между выводом XP и напряжением VBB. Полная таблица для дешифрации вида короткого замыкания в полушаговом режиме приводится в рекомендациях по применению AND8403/D. Заключение Появление в семействе AMIS-305xx более сильноточных представителей существенно расширяет области их применения. Новые драйверы AMIS-30532 и AMIS-30542 примерно вдвое и втрое, соответственно, превосходят своего самого сильноточного предшественника и полностью совместимы по расположению выводов схемы включения и функциональным возможностям с другими представителями семейства в корпусе NQFP32. Это дает возможность модернизировать существующие разработки путем простой замены микросхемы драйвера без необходимости повторной разводки печатной платы. Как и все представители семейства, AMIS-30532 и AMIS-30542 отвечают условиям применения в самых требовательных применениях, в т.ч. за счет реализации множества диагностических функций. Однако, несмотря на многообразие поддерживаемых функций, драйверы имеют чрезвычайно простую схему включения с минимальным числом внешних компонентов, что открывает перспективы их использования и в критичных к себестоимости применениях. Литература 1.Реммери Г., Кокс П. От микрокомпьютера к приводу – интегрированные решения для приводов двигателей/ Новости электроники, №1, 2009 г. – С. 6-8. 2.Староверов К.С. Интегральные решения ON Semiconductor для управления шаговыми двигателями//Новости электроники, №5, 2009 г. – С21.-23.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Геннадий Копытов

Операционные усилители КОМПАНИИ ON Semiconductor

В линейке операционных усилителей компании ON Semiconductor имеются изделия, рекомендуемые для применений в компьютерной и портативной технике, в цепях усиления сигналов датчиков; в точных приборах, в медицинском оборудовании, в телефонии, в источниках питания промышленного назначения. В статье рассмотрены наиболее интересные изделия из этой линейки, включая новинки.

омпания ON Semiconductor производит широкую номенклатуру операционных усилителей. В первой части статьи рассмотрим новые изделия. Три микросхемы – LM392-D, LMV824DR2G, MC34072AMTTBG – уже выпускаются, LMV301SQ2T1G готовится к выпуску. Отличительной особенностью микросхемы LM392-D является размещение в одном корпусе операционного усилителя и компаратора (рис. 1). Обе схемы питаются от однополярного источника и имеют нижний уровень входного синфазного напряжения, совпадающий со значением отрицательного питания. Возможно также использование двуполярного питания. Микросхема имеет низкое потребление, независимое от уровня питающего напряжения, находящегося в диапазоне 3...32 В. Значение тока потребления в состоянии покоя составляет 600 мкА, что делает выгодным применение микросхемы в портативных устройствах. Выход компаратора рассчитан на подключение цифровых микросхем ТТЛ или КМОП. Операционный усилитель имеет низкий уровень входного напряжения смещения, типичное значение которого составляет 2 мВ. LM392-D может использоваться в детекторах уровня, управляемых напряжением генераторах и усилителях-преобразователях. Другой новинкой от ON Semiconductor является микросхема LMV824DR2G в корпусе SOIC14 с шагом выводов 1,27 мм, в отличие от предыдущей модификации LMV824DTBR2G в корпусе TSSOP-14 с шагом 0,65 мм. LMV824 содержит четыре операционных усилителя, основными особенностями которых являются

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

малое входное напряжение смещения, не превышающее 3,5 мВ, и малый температурный уход напряжения смещения, среднее значение которого составляет 1 мкВ/°C. Входное синфазное напряжение включает нулевой уровень (нулевое напряжение относительно потенциала «земли»). Выходное напряжение может изменяться в пределах питающего при нагрузке до 600 Ом. Типичное значение скорости изменения выходного напряжения составляет 1,4 В/мкс. Ток потребления всех четырех усилителей не превышает 1,5 мА в диапазоне температур -40...85°C. Произведение коэф-

ние в корпусе WQFN10 с размерами 2,6х2,6х0,8 мм. Семейство из 42 наименований микросхем, содержащих от одного до четырех усилителей и выпускающихся в коммерческом, индустриальном и военном температурных диапазонах, включает также исполнения в корпусах PDIP и SOIC и характеризуется произведением коэффициента усиления на полосу пропускания 4,5 МГц, скоростью изменения выходного напряжения 13 В/мкс и малым временем установления выходного сигнала до уровня 0,1% (1,1 мкс). Хотя микросхемы могут питаться от двуполярного источника, они подходят для подключения к однополярному, так как диапазон уровней входного синфазного напряжения включает нулевое значение (потенциал «земли»). За счет использования во входном каскаде схемы Дарлингтона серия микросхем также обладает высоким входным сопротивлением, малым входным напря-

В настоящее время ON Semiconductor готовит к выпуску микросхему LMV301SQ2T1G. Этот операционный усилитель, выполненный по КМОП-технологии, может функционировать в диапазоне питающих напряжений 1,8…5 В и имеет ток потребления в состоянии покоя не более 200 мкА. Малый входной ток смещения (35 пА) и высокое входное сопротивление дают возможность использования микросхемы для усиления сигналов приборов с высоким выходным сопротивлением, например фотодиодов. фициента усиления на значение полосы пропускания составляет 5 МГц. В качестве области преимущественного применения предлагаются портативные компьютеры и модемы. Еще одной новинкой компании ON Semiconductor является микросхема MC34072AMTTBG, содержащая два операционных усилителя с однополярным питанием 3...44 В и малым напряжением смещения. Основным отличием данной модификации от ранее освоенных микросхем семейства MC34071/ MC34072/MC34074 является исполне-

жением смещения, не превышающим 3 мВ для исполнения с суффиксом A, и большим коэффициентом усиления. Операционные усилители допускают подключение емкостной нагрузки до 10 нФ и имеют защиту от короткого замыкания на выходе. В настоящее время готовится к выпуску микросхема LMV301SQ2T1G. Этот операционный усилитель, выполненный по КМОП-технологии, может функционировать в диапазоне питающих напряжений 1,8...5 В и имеет ток потребления в состоянии покоя не более

ОБЗОРЫ

Число каналов

Uпит. мин., В

Uпит. макс., В

Iвых. тип, мА

Iпотр. тип, мА

Kxfпол. пропуск. тип, МГц

Vнараст. вых напр. тип, В/мкс

Uвх.смещ. макс, мВ

Корпус

Таблица 1. Операционные усилители компании ON Semiconductor

LMV301SQ2T1G

ОУ с напряжением питания от 1,8 В, малым током смещения и выходным напряжением в пределах питающего

1,8

5,5

0,2

SC-88A, SOT-353, SC-70 5 LEAD

LM392DR2G

Дополняющие ОУ и прецизионный компаратор

0,6

0,1

SOIC-8 Narrow Body

LMV824DR2G

Четыре ОУ с низким потреблением и выходным напряжением в пределах питающего

2,5

5,5

1,5

3,5

SOIC 14 LEAD

MC34072AMTTBG

Два ОУ с единым питанием 3...44 В и малым напряжением смещения

3,8

4,5

WQFN10, 2.6x2.6, 0.5P

MC33071PG

ОУ с напряжением питания 3...44 В

1,9

4,5

8 LEAD PDIP

MC33072PG

Два ОУ с напряжением питания 3...44 В

3,8

4,5

8 LEAD PDIP

MC33074PG

Четыре ОУ с напряжением питания 3...44 В

7,6

4,5

PDIP-14

MC33077PG

Два малошумящих ОУ

2,5

3,5

8 LEAD PDIP

Микросхема

Описание

MC33078PG

Два малошумящих ОУ

4,1

8 LEAD PDIP

MC33079PG

Четыре малошумящих ОУ

8,4

PDIP-14

MC33201PG

ОУ с напряжением питания от 1,8...12 В и выходным напряжением в пределах питающего

1,8

0,9

2,2

8 LEAD PDIP

MC33202PG

Два ОУ с напряжением питания от 1,8...12 В и выходным напряжением в пределах питающего

1,8

8 LEAD PDIP

MC33204PG

Четыре ОУ с напряжением питания от 1,8...12 В и выходным напряжением в пределах питающего

1,8

3,6

2,2

PDIP-14

MC34071PG

ОУ с напряжением питания 3...44 В

1,9

4,5

8 LEAD PDIP

MC34072PG

Четыре ОУ с напряжением питания 3...44 В

3,8

4,5

8 LEAD PDIP

MC34074PG

Четыре ОУ с напряжением питания 3...44 В

7,6

4,5

PDIP-14

NE5230NG

Низковольтный ОУ

1,8

0,11

0,25

0,09

0,4

8 LEAD PDIP

NE5532NG

Два малошумящих ОУ с внутренней компенсацией

8 LEAD PDIP

NE5534NG

Малошумящий ОУ

8 LEAD PDIP

SA5230NG

Низковольтный ОУ

1,8

0,11

0,25

0,09

0,4

8 LEAD PDIP

SA5532NG

Два малошумящих ОУ с внутренней компенсацией

8 LEAD PDIP

SA5534NG

Малошумящий ОУ

8 LEAD PDIP

SE5532NG

Два малошумящих ОУ с внутренней компенсацией

8 LEAD PDIP

SE5534NG

Малошумящий ОУ

6,5

8 LEAD PDIP

TCA0372BDP1G

Два ОУ с напряжением питания 5...40 В и большим выходным током

1000

1,4

8 LEAD PDIP

TCA0372DP2G

Два ОУ с напряжением питания 5...40 В и большим выходным током

1000

1,4

PDIP-16

200 мкА. Малый входной ток смещения (35 пА) и высокое входное сопротивление дают возможность использования микросхем для усиления сигналов

приборов с высоким выходным сопротивлением, например фотодиодов. Отличные показатели выходного напряжения, изменяющегося в пределах

питающего, позволяют улучшить помехоустойчивость схем. Выходные каскады LMV301 способны работать на нагрузку с активной составляющей до

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ 600 Ом и емкостной до 1000 пФ. Эти микросхемы наиболее подходят для применения в портативных компьютерах, сотовых телефонах, цифровых камерах, различных датчиках. В дополнение к новинкам хотелось бы рассмотреть еще несколько наиболее интересных микросхем. MC33077 содержит два прецизионных высококачественных операционных усилителя с большой полосой частот и низким уровнем шума, разработанных на основе биполярных технологий. Специальные решения, использованные в микросхеме, создали условия для достижения низкого уровня входного напряжения смещения и расширения рабочей полосы частот. MC33077 обеспечивает: • низкое входное напряжение шума; • низкий температурный коэффициент напряжения смещения; • высокую скорость нарастания выходного напряжения; • высокий коэффициент усиления и низкий ток потребления. Выходной каскад на npnтранзисторах обеспечивает: • отсутствие переходных искажений выходного сигнала; • большой размах выходного напряжения; • хороший запас по фазе и усилению; • низкое выходное сопротивление при разомкнутой обратной связи. Усилитель имеет ограничение выходного тока, и при напряжении питания до ±15 В выдерживает короткое замыкание на выходе без повреждения вследствие повышения температуры кристалла. Микросхема имеет: • спектральную плотность шума 4,4 нВ/√Гц на частоте 1 кГц; • входное напряжение смещения 0,2 мВ; • температурный коэффициент напряжения смещения 2 мкВ/°С; • суммарный коэффициент гармоник 0,007%; • коэффициент усиления с разомкнутой обратной связью 112 дБ; • коэффициент усиления 850 на частоте 20 кГц и 370 на частоте 100 кГц; • скорость изменения выходного напряжения 11 В/мкс; • размах выходного напряжения -14,7...14 В; • ток потребления 3,5 мА; • двуполярное питание ±(2,5...18) В. Выдающиеся характеристики микросхемы MC33077 позволяют использовать ее в качестве высококачественного предварительного и измерительного усилителя, активного фильтра, а также во многих других областях.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

Рис. 1. Структурная схема и разводка LM392-D Операционные усилители MC33201/ MC33202/ MC33204 обеспечивают функционирование в диапазоне питающего напряжения как для входных, так и для выходных сигналов. Входной сигнал может превысить напряжение питания не более чем на 200 мВ без инверсии фазы выходного сигнала. Выходное напряжение изменяется в пределах, которые меньше значения питающего напряжения лишь на 50 мВ. Такие характеристики позволяют пользователю использовать весь диапазон питающего напряжения. Усилитель может работать от очень низких питающих напряжений относительно нулевого уровня (потенциала «земли»): ±0,9 В для двуполярного источника и 1,8 В для однополярного. Максимальные значения питающих напряжений составляют ±6 В или 12 В, соответственно. Техника форсирования выходного тока обеспечивает высокие выходные характеристики при сохранении тока потребления усилителя на низком уровне. К тому же микросхемы обеспечивают существенные скорость изменения выходного напряжения и нагрузочную способность. Эти силовые возможности, дополненные низкими уровнями шумов и искажений, делают операционные усилители данного семейства привлекательными для использования в звуковой технике. Микросхемы MC33201/ MC33202/ MC33204 имеют: • ток потребления 0,9 мА на каждый усилитель в корпусе; • ток короткого замыкания 80 мА; • возможность подключения нагрузки с сопротивлением до 600 Ом; • типичное значение произведения усиления на полосу частот 2,2 МГц; • диапазон температур от -40...105°C или -55...125°C. Однако обеспечение высокого выходного тока выдвигает встречное требование к потребителю – ограничение температуры кристалла в пределах 150°C. Микросхемы семейства NE5534/ SA5534/ SE5534 содержат в корпусе по одному малошумящему высокопроизводительному операционному усилителю.

Это делает их особенно пригодными для использования в высококачественной и профессиональной звуковой технике, точных приборах, медицинском оборудовании, схемах управления и усилителях телефонных каналов. Эти операционные усилители имеют внутреннюю коррекцию при коэффициенте усиления три и выше. Их частотная характеристика может быть оптимизирована использованием внешнего корректирующего конденсатора. Микросхемы семейства NE5534/ SA5534/ SE5534 имеют: • полосу частот низкоуровневого сигнала 10 МГц; • входное нормированное напряжение шума 4 нВ/√Гц; • коэффициент усиления постоянного сигнала 100000 (100 дБ) и переменного сигнала 6000 на частоте 10 кГц; • полосу частот обеспечения мощности 200 кГц; • возможность получения скорости изменения выходного напряжения 13 В/мкс; • возможность подключения нагрузки с активным сопротивлением 600 Ом при уровне среднеквадратического значения выходного напряжения 10 В и питающем напряжении ±18 В; • диапазон питающих напряжений ±(3...20) В. NE5230 является низковольтным операционным усилителем, напряжение питания которого может изменяться в диапазоне 1,8...15 В и может быть как двуполярным, так и однополярным. В последнем случае выходное напряжение может изменяться от нулевого уровня. Микросхема имеет вывод управления смещением, посредством воздействия на который можно изменять ток потребления. При напряжении питания ±0,9 В потребляемый ток равен 110 мкА (при свободном выводе управления). В этом случае обеспечивается полоса частот единичного усиления 250 кГц. При подключении вывода управления к выводу отрицательного питания полоса частот единичного усиления увеличивается до

ОБЗОРЫ 600 кГц, а ток потребления – до 600 мкА. В этом режиме микросхема обеспечивает нагрузочные характеристики за пределами звукового диапазона частот. NE5230 имеет оригинальный входной каскад, который расширяет диапазон входного синфазного напряжения ниже отрицательного и выше положительного напряжения питания на 250 мВ. Микросхема также обеспечена внутренней коррекцией. Операционный усилитель имеет входной ток смещения ±40 нА и коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи 125 дБ. Эти параметры создают предпосылки для использования микросхем совместно с различными датчиками. Запас по коэффициенту усиления позволяет обеспечить высокую точность обработки сигналов. Выходной каскад класса АВ создает значительный динамический диапазон, пределы которого уступают напряжению питания только на 100 мВ с каждой стороны. Микросхема идеально подходит для портативного звукового оборудования и удаленных датчиков благодаря малому потреблению, достаточной полосе частот и уровню шума 30 нВ/√Гц. TCA0372 является схемой, ориентированной на использование в качестве мощного операционного усилителя в широком диапазоне применений, включая сервоусилители и источники питания. Отсутствие на переходной характери-

стике зоны нечувствительности обеспечивает возможность подключения в качестве нагрузки обмоток приводов. Эти микросхемы имеют: выходной ток до 1 А (!); скорость изменения выходного напряжения 1,3 В/мкс; диапазон частот 1,1 МГц; встроенную тепловую защиту; возможность подключения однополярного или двуполярного источника питания. Диапазон синфазного входного напряжения этих усилителей включает нулевой уровень (потенциал «земли»). Заключение Хотелось бы обратить внимание на оптимальность соотношения цена/качество продукции фирмы ON Semiconductor. Описать все представленные ею операционные усилители в рамках данной статьи, даже в сжатой форме, а также включить полную таблицу всего ассортимента с указанием основных характеристик не представляется возможным. В таблице 1 дается сокращенный перечень микросхем. За более подробной информацией следует обращаться на сайт производителя: http://www.onsemi. com/PowerSolutions/parametrics. do?id=453. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

NCP694 – 1А LDO-регулятор от ONSemi

ON Semiconductor анонсировала LDO-регулятор серии NCP694 с очень низким падением напряжения и выходным током 1 А. • Входное напряжение: 1,4...6 В • Выходной ток: 1 А • Ток собственного потребления: 60 мкА (0,1 мкА в спящем режиме) • Падение напряжения для Uвых = 3,3 В: 50 мВ @ 0,3 А, 180 мВ @ 1 А NCP694 – КМОП регулятор напряжения, поддерживающий выходной ток до 1 А и напряжение на выходе ниже 1,2 В. Нестабильность выходного напряжения регулятора составляет 3 мВ. Функция “Chip enable” может быть использована для перевода устройства в спящий режим, таким образом значительно сокращая потребление тока. Подавление пульсаций до 70 дБ наряду с ограничением по току и термозащитой делают это устройство многофункциональным и устойчивым к внешним воздействиям. NCP694 доступен в вариантах с регулируемым выходным напряжением, а также фиксированным напряжением 0,8; 1,0; 1,2; 2,5; 3,3 В в миниатюрных корпусах HSON-6 и SOT-89. ON Semi выпустила новые N-канальные МОП-транзисторы на 600 В

Компания ON Semiconductor анонсировала новые N-канальные МОПтранзисторы NDD04N60Z-1G, NDD04N60ZT4G, NDF06N60ZG, NDF10N60ZG с рабочим напряжением до 600 В. Основные особенности: • Доступны версии с током стока 4, 6 и 10 А; • Низкое сопротивление R DS(ON) – порядка 0,65 Ом; • Малое значение заряда затвора – до 19 нК; • Высокая степень защиты от ЭСР, осуществляемая посредством встроенных стабилитронов; • Корпуса TO-220FP, DPAK и IPAK.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

ОБЗОРЫ Алексей Пантелейчук

Цифровые аудиопроцессоры BelaSigna компании ON Semiconductor

В статье приводится информация о трех представителях семейства аудиопроцессоров ON Semiconductor: BelaSigna 200, BelaSigna 250, BelaSigna 300. Фактически это системы на кристалле для встраиваемых аудиоприложений, таких как мобильные гарнитуры, портативные средства связи, слуховые аппараты, системы безопасности.

номенклатуре компании ON Semiconductor имеется семейство высокопроизводительных, программируемых цифровых сигнальных процессоров BelaSigna, построенных по запатентованной технологии SignaKlara. Эти решения являются системами на кристалле, оптимизированными для использования во встраиваемых аудиоприложениях, в которых энергопотребление, миниатюрность и производительность имеют критическое значение. К таким приложениям относятся: • Гарнитуры коммуникационных устройств; • Смартфоны; • Персональные цифровые секретари; • Устройства Bluetooth. Процессоры BelaSigna 200 и BelaSigna 250 отличаются производительностью, но построены по одной архитектуре, изображенной на рис. 1. Они содержат два вычислительных блока (RCore и WOLA), поддерживают множество аналоговых и цифровых интерфейсов, включая параллельные, последовательные, синхронные и асинхронные. Аналоговая часть периферийных устройств располагает двумя 16-битными АЦП и двумя 16-битными ЦАП. Встроенный выходной каскад позволяет напрямую подключать различные внешние устройства без дополнительных усилителей мощности. Rcore – это 16-битное DSP-ядро, построенное по двойной «гарвардской» архитектуре, которое поддерживает команды нормализации и денормализации, операции с двойной точностью для обеспечения дополнительного динамического диапазона, необходимого для многих приложений. Все области памяти системы доступны ядру RCore в раз-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010

личных режимах адресации, включая косвенный и круговой режимы. Обычно именно ядро Rcore является ведущим. Сопроцессор WOLA осуществляет фильтрацию с высокой точностью и малой задержкой для эффективного преобразования сигналов из временной в частотную область. Сопроцессор хранит промежуточные значения, программный код и коэффициенты фильтрации в своей собственной области памяти. Аудиоданные доступны напрямую из входного и выходного FIFO, куда они автоматически подаются с помощью IOP. При конфигурировании сопроцессора производится его настройка на обработку различных типов аудиоданных, выбирается число полос фильтрации, коэффициент передискретизации, форма окон анализа и синтеза. В зависимости от выбранных параметров изменяется разрешающая способность по частоте, групповая задержка и время преобразования. Сопроцессор WOLA может генерировать реальные и комплексные данные, в обоих случаях возможна функ-

ция усиления. Сопроцессор Rcore имеет доступ к этим данным через общую область памяти. Все параметры задаются с использованием микрокода. Сопроцессор Rcore запускает все функции WOLA (анализ, усиление, синтез) через специальные управляющие регистры. По завершению функций в WOLA генерируется прерывание. Процессор ввода/вывода IOP представляет собой оптимизированный под аудиоданные контроллер прямого доступа к памяти (DMA). Он управляет накоплением данных АЦП и их передачей во входное FIFO, а также передачей данных из выходного FIFO в выходной аудио-порт. IOP конфигурируется на извлечение данных из FIFO в одном из четырех форматов: • Режим моно. Входные значения последовательно передаются во входное FIFO. Выходные значения последовательно сохраняются в выходном FIFO. • Режим обычное стерео. Входные значения из двух каналов передаются с перемежением во входное FIFO. Выходные значения для одного выходного канала передаются в младшую часть выходного FIFO. • Режим смешанный цифровой. Входные значения от двух каналов АЦП передаются в две части входного FIFO. Выходные значения для одного выходного канала передаются в младшую часть выходного FIFO.

Рис. 1. Блок-схема архитектуры процессора BelaSigna 250

ОБЗОРЫ

Рис. 2. Блок-схема архитектуры процессора BelaSigna 300 • Режим полное стерео. Входные значения от двух каналов АЦП передаются с перемежением во входное FIFO. Выходные значения двух выходных каналов передаются с перемежением в выходное FIFO. Входной каскад для ввода аудиоданных состоит из двух отдельных каналов. В каждом из каналов сигнал с одного из двух входов подается на программируемый усилитель, который можно либо отключить, либо настроить на усиление 12...30 дБ (с шагом 3 дБ). Входной сигнал фильтруется, чтобы убрать частоты выше 10 кГц, перед тем как он поступит на вход высокоточного 16-битного сигма-дельта АЦП, работающего в режиме передискретизации. Следовательно, после преобразования осуществляется децимация с необходимым коэффициентом. Во время децимации сигнал может быть усилен цифровым способом. Любая ненужная постоянная составляющая убирается с помощью конфигурируемого фильтра, входящего в состав децимирующей схемы. Фильтр настраивается на частоту среза 5, 10, 20 Гц, либо выключается. Для снижения энергопотребления каждый из каналов индивидуально выключается, когда в нем нет необходимости. Выходной каскад также состоит из двух отдельных каналов. В первой части выходного каскада производится интерполяция сигнала для дальнейшего цифро-аналогового преобразования с высоким коэффициентом передискретизации. Сигма-дельта преобразователи

генерируют аналоговый сигнал с высокой точностью и передают его на вход сглаживающих фильтров, каждый из которых имеет фиксированную частоту среза 10 кГц. После фильтрации сигнал подается на программируемый аттенюатор, который либо ослабляет сигнал до нужного уровня в зависимости от подключенного к выходу каскада устройства, либо вообще заглушает его. Аттенюатор может быть выключен или настроен на одно из значений в диапазоне -12...-30 дБ (с шагом 3 дБ). Процессор BelaSigna 300 представляет собой DSP-процессор для портативных коммуникационных монауральных аудио приложений, для которых критичными характеристиками являются высокое качество звука, долгое время работы от батареи и малые габаритные размеры. Блок-схема архитектуры процессора BelaSigna 300 представлена на рисунке 2. Процессор представляет собой систему на кристалле, объединяющую в себе 24-битное DSP-ядро, конфигурируемый ускоритель для алгоритмов цифровой обработки сигналов, высокосокростной отладочный интерфейс, новейший входной каскад, выходной каскад D-класса и множество других периферийных устройств и коммуникационных интерфейсов. Благодаря поддержке параллельного выполнения нескольких инструкций, BelaSigna 300 обладает высокой производительностью, достаточной, например, для одновременного выполнения адаптивного шумоподавления и эхоподавления за

считанное число циклов тактового сигнала. CFX DSP – это программируемое пользователем 24-битное DSP-ядро с фиксированной точкой, построенное по «гарвардской» архитектуре, способное выполнять две операции умножения со сложением, две операции обращения к памяти и обновление двух указателей за один цикл. CFX содержит четыре 56-битных аккумулятора, четыре 24-битных входных регистра, два адресных генератора, поддерживает много режимов адресации. Конфигурируемый ускоритель HEAR является оптимизированным DSP-ускорителем, который конфигурируется через CFX. Он обладает высокой скоростью, гибкостью, производительностью и низким энергопотреблением. Для обеспечения высокой точности вычислений в ускоритель HEAR встроен блок обработки операций с плавающей точкой. Ускоритель оптимизирован для выполнения сложных алгоритмов обработки аудио, таких как подавления акустического эха, шумоподавления, сжатия динамического диапазона. Входной каскад для ввода аналогового аудиосигнала состоит из четырех отдельных каналов, каждый из которых может настраиваться на прием сигнала от одного из четырех входов. После приема сигнал поступает на программируемый предусилитель, затем преобразуется в цифровую форму и фильтруется. В первой части выходного каскада производится интерполяция сигнала для выполнения цифро-аналогового преобразования с высокой точностью. Полученный сигнал передается на дифференциальный выходной драйвер, который обладает низким выходным импедансом, вследствие чего может управлять напрямую внешними устройствами без необходимости во внешнем усилителе. Заключение Цифровые аудио-процессоры BelaSigna являются системами на кристалле, совмещающими в себе вычислительные блоки, ускорители, входные и выходные каскады, процессоры ввода/ вывода, оптимизированные специально для встраиваемых аудио-приложений. За счет использования этих решений можно значительно сократить число компонентов системы, а вследствие чего ее габаритные размеры, энергопотребление и стоимость, что является ключевым моментом для портативных аудио устройств. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: dsp.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 3, 2010