TLC5510并行A/D芯片在线阵CCD数据系统中的应用
1 概述
tlc5510是美国ti公司生产的新型模数转换器件(adc)，它是一种采用cmos工艺制造的8位高阻抗并行a/d芯片，能提供的最小采样率为20msps。由于tlc5510采用了半闪速结构及cmos工艺，因而大大减少了器件中比较器的数量，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。在推荐工作条件下，tlc5510的功耗仅为130mw。由于tlc5510不仅具有高速的a/d转换功能，而且还带有内部采样保持电路，从而大大简化了外围电路的设计;同时，由于其内部带有了标准分压电阻，因而可以从+5v的电源获得2v满刻度的基准电压。tlc5510可应用于数字tv、医学图像、视频会议、高速数据转换以及qam解调器等方面。
2 内部结构、引脚说明及工作原理
2.1 tlc5510的引脚说明
tlc5510为24引脚、psop表贴封装形式(ns)。其引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：
agnd：模拟信号地;
analog in：模拟信号输入端;
clk：时钟输入端;
dgnd：数字信号地;
d1～d8：数据输出端口。d1为数据最低位，d8为最高位;
oe：输出使能端。当oe为低时，d1～d8 数据有效，当oe为高时，d1～d8为高阻抗;
vdda：模拟电路工作电源;
vddd：数字电路工作电源;
refts ：内部参考电压引出端之一，当使用内部电压分压器产生额定的2v基准电压时，此端短路至reft端;
reft：参考电压引出端之二;
refb：参考电压引出端之三;
refbs ：内部参考电压引出端之四，当使用内部电压基准器产生额定的2v基准电压时，此端短路至refb端。
2.2 tlc5510的内部结构及工作过程
tlc5510的内部结构如图2所示。由图中可以看出：tlc5510模数转换器内含时钟发生器、内部基准电压分压器、1套高4位采样比较器、编码器、锁存器、2套低4位采样比较器、编码器和1个低4位锁存器等电路。tlc5510的外部时钟信号clk通过其内部的时钟发生器可产生3路内部时钟，以驱动3组采样比较器。基准电压分压器则可用来为这3组比较器提供基准电压。输出a/d信号的高4位由高4位编码器直接提供，而低4位的采样数据则由两个低4位的编码器交替提供。
tlc5510的工作时序见图3。时钟信号clk在每一个下降沿采集模拟输入信号。第n次采集的数据经过2.5个时钟周期的延迟之后，将送到内部数据总线上。
在图3所示的工作时序的控制下，当第一个时钟周期的下降沿到来时，模拟输入电压将被采样到高比较器块和低比较器块，高比较器块在第二个时钟周期的上升沿最后确定高位数据，同时，低基准电压产生与高位数据相应的电压。低比较块在第三个时钟周期的上升沿的最后确定低位数据。高位数据和低位数据在第四个时钟周期的上升沿进行组合，这样，第n次采集的数据经过2.5个时钟周期的延迟之后，便可送到内部数据总线上。此时如果输出使能oe有效，则数据便可被送至8位数据总线上。由于clk的最大周期为50ns，因此，tlc5510数模转换器的最小采样速率可以达到20msps。
3 在线阵ccd数据系统中的应用
图4 为tlc5510的典型外接电路。图中的fb1～fb3为高频磁珠，模拟供电电源avdd经fb1～fb3为三部分模拟电路提供工作电流，以获得更好的高频去耦效果。
该线阵ccd数据采集系统主要由时序发生器、ccd驱动电路、视频信号预处理电路及adc、数据存储器、pc机等组成。tlc5510的高速、内带采样保持电路等特点使其更利于该设计。tlc5510的主要作用是将ccd输出的高速模拟视频信号转换为与其模拟幅值相对应的8位数字视频信号。图5是笔者设计的视频信号a/d转换器tlc5510的外围电路。tlc5510可使用外部和内部两种基准电压连接方法。其中外部基准电压从引脚reft和refb接入，并应满足：
vrefb+2v≤vref≤vdda
0≤vrefb≤vrefb-2v
2v≤vreft-vrefb≤5v
对于从零电平开始的正极性模拟输入电压，refb应当连接到模拟地agnd。vreft的范围为2v～5v。如果要简化电路，可利用tlc5510的内部分压电阻从模拟电源电压vdda上取得基准电压。在本设计中，ccd输出的模拟视频信号经过反相、滤波、放大之后即为从零电平开始的正极性模拟电压信号。因此，为了简化电路并同时满足设计要求，笔者选用了tlc5510的内部基准方式，同时，因为ccd视频信号是2v基准，所以，根据tlc5510的自身的特点，在设计过程中，笔者将refbs端与agnd，而将refts与vdda端相连，同时将refbs短接至refb端，refts短接至reft端来获得2v基准电压。
在用该数据采集系统采集数据的过程中，当ccd输出端输出视频信号时，在由时序发生器产生的a/d转换控制时钟clk的同步控制下， tlc5510会将差动放大、低通滤波后的ccd模拟视频信号实时地转换为与其模拟幅值相对应的8位数字信号，当tlc5510的输出使能 oe为低电平且高速数据存储器的地址译码控制和写控制均有效时，系统可将转换结果存入高速数据存储器，以等待pc机的读取。为了使ccd输出的视频信号能够正确可靠的转换和存储，在设计过程中，笔者对tlc5510的工作控制时钟clk、输出使能oe及高速数据存储器的地址译码控制时钟、读写控制时钟的周期做了具体的时间预算，并对它们之间的逻辑相位关系做了详细的研究。根据预算，笔者将时序发生器内部的计数器、比较器、逻辑门以及d触发器等进行逐级分频和逻辑组合，从而使其产生正确可靠的时序逻辑。系统及数据分析实验证明，采用tlc5510作为线阵ccd视频信号的a/d转换芯片，其接口电路简单实用，使用方便，稳定性好。
4 结束语
在对tlc5510模数转换器及其在线阵ccd数据采集系统的应用设计中，通过实验总结出如下经验：
(1) 为了减少系统噪声，外部模拟和数字电路应当分离，并应尽可能屏蔽。
(2) 因为tlc5510芯片的agnd和dgnd在内部没有连接，所以，这些引脚需要在外部进行连接。为了使拾取到的噪声最小，最好把隔开的双绞线电缆用于电源线。同时，在印制电路板布局上还应当使用模拟和数字地平面。
(3) vdda至agnd和vddd至dgnd之间应当分别用1μf电容去耦，推荐使用陶瓷电容器。对于模拟和数字地，为了保证无固态噪声的接地连接，试验时应当小心。
(4) vdda、agnd以及analog in 引脚应当与高频引脚clk和d0～d7隔离开。在印制电路板上，agnd的走线应当尽可能地放在analog in 走线的两侧以供屏蔽之用。
(5) 为了保证tlc5510的工作性能，系统电源最好不要采用开关电源。
直布罗陀区块链交易所GBX开始了规模有限的业务
MAX9928, MAX9929 输入范围、微功耗、单/双向
基于Arduino的DIY梭芯绕线机器的制造过程
时序逻辑等效性的RTL设计和验证流程介绍
LED巨头强强联手 三安光电入股璨圆光电5亿
TLC5510并行A/D芯片在线阵CCD数据系统中的应用
开发移动应用的7大设计要点
如何使用树莓派制作火灾警报器
未来机器人将走进千家万户 逐步改变我们生活的方方面面
应用在玻璃平整度检测解决方案中的激光位移传感器
国产绕线电感可以替代国外品牌电感吗
Dav1d移动端解码高清视频达30FPS
2017年中国集成电路产业运行情况
富晶电子计划扩大5G滤波器产能
小米手表推送OTA系统升级更新，解决充电与首次配对问题
Quartus Prime设计软件发布，标志新一代可编程逻辑器件设计效能时代来临
芯片设计全流程概述
想不到！Digi-Key还卖这些东西？
英特尔最新推出了创新的晶体管技术——SuperFin
在人工智能和机器学习的推动下，智慧城市和物联网的巨大潜力将得到释放
tlc5510是美国ti公司生产的新型模数转换器件(adc)，它是一种采用cmos工艺制造的8位高阻抗并行a/d芯片，能提供的最小采样率为20msps。由于tlc5510采用了半闪速结构及cmos工艺，因而大大减少了器件中比较器的数量，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。在推荐工作条件下，tlc5510的功耗仅为130mw。由于tlc5510不仅具有高速的a/d转换功能，而且还带有内部采样保持电路，从而大大简化了外围电路的设计;同时，由于其内部带有了标准分压电阻，因而可以从+5v的电源获得2v满刻度的基准电压。tlc5510可应用于数字tv、医学图像、视频会议、高速数据转换以及qam解调器等方面。
2 内部结构、引脚说明及工作原理
2.1 tlc5510的引脚说明
tlc5510为24引脚、psop表贴封装形式(ns)。其引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：
agnd：模拟信号地;
analog in：模拟信号输入端;
clk：时钟输入端;
dgnd：数字信号地;
d1～d8：数据输出端口。d1为数据最低位，d8为最高位;
oe：输出使能端。当oe为低时，d1～d8 数据有效，当oe为高时，d1～d8为高阻抗;
vdda：模拟电路工作电源;
vddd：数字电路工作电源;
refts ：内部参考电压引出端之一，当使用内部电压分压器产生额定的2v基准电压时，此端短路至reft端;
reft：参考电压引出端之二;
refb：参考电压引出端之三;
refbs ：内部参考电压引出端之四，当使用内部电压基准器产生额定的2v基准电压时，此端短路至refb端。
2.2 tlc5510的内部结构及工作过程
tlc5510的内部结构如图2所示。由图中可以看出：tlc5510模数转换器内含时钟发生器、内部基准电压分压器、1套高4位采样比较器、编码器、锁存器、2套低4位采样比较器、编码器和1个低4位锁存器等电路。tlc5510的外部时钟信号clk通过其内部的时钟发生器可产生3路内部时钟，以驱动3组采样比较器。基准电压分压器则可用来为这3组比较器提供基准电压。输出a/d信号的高4位由高4位编码器直接提供，而低4位的采样数据则由两个低4位的编码器交替提供。
tlc5510的工作时序见图3。时钟信号clk在每一个下降沿采集模拟输入信号。第n次采集的数据经过2.5个时钟周期的延迟之后，将送到内部数据总线上。
在图3所示的工作时序的控制下，当第一个时钟周期的下降沿到来时，模拟输入电压将被采样到高比较器块和低比较器块，高比较器块在第二个时钟周期的上升沿最后确定高位数据，同时，低基准电压产生与高位数据相应的电压。低比较块在第三个时钟周期的上升沿的最后确定低位数据。高位数据和低位数据在第四个时钟周期的上升沿进行组合，这样，第n次采集的数据经过2.5个时钟周期的延迟之后，便可送到内部数据总线上。此时如果输出使能oe有效，则数据便可被送至8位数据总线上。由于clk的最大周期为50ns，因此，tlc5510数模转换器的最小采样速率可以达到20msps。
3 在线阵ccd数据系统中的应用
图4 为tlc5510的典型外接电路。图中的fb1～fb3为高频磁珠，模拟供电电源avdd经fb1～fb3为三部分模拟电路提供工作电流，以获得更好的高频去耦效果。
该线阵ccd数据采集系统主要由时序发生器、ccd驱动电路、视频信号预处理电路及adc、数据存储器、pc机等组成。tlc5510的高速、内带采样保持电路等特点使其更利于该设计。tlc5510的主要作用是将ccd输出的高速模拟视频信号转换为与其模拟幅值相对应的8位数字视频信号。图5是笔者设计的视频信号a/d转换器tlc5510的外围电路。tlc5510可使用外部和内部两种基准电压连接方法。其中外部基准电压从引脚reft和refb接入，并应满足：
vrefb+2v≤vref≤vdda
0≤vrefb≤vrefb-2v
2v≤vreft-vrefb≤5v
对于从零电平开始的正极性模拟输入电压，refb应当连接到模拟地agnd。vreft的范围为2v～5v。如果要简化电路，可利用tlc5510的内部分压电阻从模拟电源电压vdda上取得基准电压。在本设计中，ccd输出的模拟视频信号经过反相、滤波、放大之后即为从零电平开始的正极性模拟电压信号。因此，为了简化电路并同时满足设计要求，笔者选用了tlc5510的内部基准方式，同时，因为ccd视频信号是2v基准，所以，根据tlc5510的自身的特点，在设计过程中，笔者将refbs端与agnd，而将refts与vdda端相连，同时将refbs短接至refb端，refts短接至reft端来获得2v基准电压。
在用该数据采集系统采集数据的过程中，当ccd输出端输出视频信号时，在由时序发生器产生的a/d转换控制时钟clk的同步控制下， tlc5510会将差动放大、低通滤波后的ccd模拟视频信号实时地转换为与其模拟幅值相对应的8位数字信号，当tlc5510的输出使能 oe为低电平且高速数据存储器的地址译码控制和写控制均有效时，系统可将转换结果存入高速数据存储器，以等待pc机的读取。为了使ccd输出的视频信号能够正确可靠的转换和存储，在设计过程中，笔者对tlc5510的工作控制时钟clk、输出使能oe及高速数据存储器的地址译码控制时钟、读写控制时钟的周期做了具体的时间预算，并对它们之间的逻辑相位关系做了详细的研究。根据预算，笔者将时序发生器内部的计数器、比较器、逻辑门以及d触发器等进行逐级分频和逻辑组合，从而使其产生正确可靠的时序逻辑。系统及数据分析实验证明，采用tlc5510作为线阵ccd视频信号的a/d转换芯片，其接口电路简单实用，使用方便，稳定性好。
4 结束语
在对tlc5510模数转换器及其在线阵ccd数据采集系统的应用设计中，通过实验总结出如下经验：
(1) 为了减少系统噪声，外部模拟和数字电路应当分离，并应尽可能屏蔽。
(2) 因为tlc5510芯片的agnd和dgnd在内部没有连接，所以，这些引脚需要在外部进行连接。为了使拾取到的噪声最小，最好把隔开的双绞线电缆用于电源线。同时，在印制电路板布局上还应当使用模拟和数字地平面。
(3) vdda至agnd和vddd至dgnd之间应当分别用1μf电容去耦，推荐使用陶瓷电容器。对于模拟和数字地，为了保证无固态噪声的接地连接，试验时应当小心。
(4) vdda、agnd以及analog in 引脚应当与高频引脚clk和d0～d7隔离开。在印制电路板上，agnd的走线应当尽可能地放在analog in 走线的两侧以供屏蔽之用。
(5) 为了保证tlc5510的工作性能，系统电源最好不要采用开关电源。
直布罗陀区块链交易所GBX开始了规模有限的业务
MAX9928, MAX9929 输入范围、微功耗、单/双向
基于Arduino的DIY梭芯绕线机器的制造过程
时序逻辑等效性的RTL设计和验证流程介绍
LED巨头强强联手 三安光电入股璨圆光电5亿
TLC5510并行A/D芯片在线阵CCD数据系统中的应用
开发移动应用的7大设计要点
如何使用树莓派制作火灾警报器
未来机器人将走进千家万户 逐步改变我们生活的方方面面
应用在玻璃平整度检测解决方案中的激光位移传感器
国产绕线电感可以替代国外品牌电感吗
Dav1d移动端解码高清视频达30FPS
2017年中国集成电路产业运行情况
富晶电子计划扩大5G滤波器产能
小米手表推送OTA系统升级更新，解决充电与首次配对问题
Quartus Prime设计软件发布，标志新一代可编程逻辑器件设计效能时代来临
芯片设计全流程概述
想不到！Digi-Key还卖这些东西？
英特尔最新推出了创新的晶体管技术——SuperFin
在人工智能和机器学习的推动下，智慧城市和物联网的巨大潜力将得到释放