Бюллетень - Texas Instruments

ВЫПУСК
4 (32)
2011
БЮЛЛЕТЕНЬ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ПОЛНЫЙ СПЕКТР ПРИМЕНЕНИЙ
Совместный проект
ООО “Сканти Рус”
и Texas Instruments, Inc.
Главный редактор
Грибачёв С. А., к. т. н.
Редакционная коллегия
Соколенко В. А.
Белозор Л. В.
OOO “Сканти Рус”
Официальный
дистрибьютор
Texas Instruments, Inc.
Эксклюзивный
дистрибьютор
Sauris GmbH
Эксклюзивный
дистрибьютор
Spectrum Digital, Inc.
Ответственность
за содержание
рекламы несёт
рекламодатель.
Полное или частичное
воспроизведение
материалов
допускается только
с разрешения
ООО “Сканти Рус”
Процессоры
Микроконтроллеры C2000 Concerto (sprb203) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Анна Хуанг (Anne Huang)
Медицинская электроника: от больницы и клиники до дома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Прадип Шайнд (Pradeep Shinde)
Руководство по проектированию аппаратного обеспечения ЦСК TMS320F28xx
и TMS320F28xxx (spraas1a). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Усилители и компараторы
Технические решения на основе аудио-ИС нового поколения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Руководство по выбору усилителей (slyb166) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Беспроводные коммуникации
Фредрик Кервел (Fredrik Kervel)
Рекомендации Texas Instruments по выбору кварцевых резонаторов
для радиочастотных устройств (swra372) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Управление питанием
Майкл Дэй (Michael Day) , Тарек Сааб (Tarek Saab)
Функция поточечной коррекции в TLC5940
для компенсации разброса яркости светоизлучающих диодов (slyt225) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Кармен Гонсалес (Carmen Gonzalez)
Устойчивость системы: интеллект может находиться и не в процессоре! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Средства разработки
Бонни Бейкер (Bonnie Baker)
IBIS-модель: средство анализа целостности сигналов. Часть 1 (slyt390) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Список рекламы
TI и National Semiconductor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Построение системы видеонаблюдения на базе Smart Core Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Первое двухрежимное однокристальное устройство CC2567 от TI,
предоставляющее связь с использованием ANT+ и Bluetooth ® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Новейшие видеопроцессоры от TI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Новые изделия для управления питанием и полные системные решения
от компании Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
От редакции:
Сканти Рус осуществляет всестороннюю поддержку разработчиков!
Мы организуем для Вас персональный тренинг или семинар, где поможем освоить и найти лучшие
решения в Ваших разработках, использующих микросхемы Texas Instruments.
На тренингах Вы получите навыки практической работы с выбранным Вами компонентом и сможете
принять обоснованное решение об его использовании в собственной разработке. Тренинги мы
делаем и для тех, кто уже использует продукты TI и хотел бы получать новую информацию по конкретному
продукту. На семинарах Вы узнаете о тех продуктах TI, которые сделают Вашу разработку
более экономичной, помогут ускорить запуск серийного изделия и снизить общую стоимость.
Подробная информация на сайте www.scanti.com в разделе «В помощь разработчику».
Все вопросы и пожелания можно адресовать на наш сайт www.scanti.com в разделе
«Бюллетень «Компоненты TI» или прислать по адресу bulletin@scanti.com

TI и National Semiconductor
Вместе мы добьемся большего!
Компания «Сканти Рус» является
официальным дистрибьютором продукции «National products from TI»
Texas Instruments завершила кампанию
по приобретению National Semiconductor (NSC)!
23 сентября 2011 года NSC вошла в состав корпорации Texas Instruments
Области применения продукции
National Semiconductor from TI:
• управление питанием;
• драйверы дисплеев;
• аудио- и операционные усилители;
• коммуникационные интерфейсы и компоненты для
преобразования данных;
• беспроводная связь и телефония;
• медицина;
• автомобильные приложения;
• промышленные приложения;
• измерительные технологии.
Мы предлагаем:
• Больше возможностей при проектировании и разработке!
Удобные средства по выбору компонентов для оптимального
решения задач, программные и аппаратные
инструментальные средства, а также многочисленные
примеры проектов позволяют реализовать самые современные
приложения.
• Расширение спектра предлагаемых компонентов!
Увеличение перечня компонентов и расширение функциональных
возможностей позволяет заказчикам разрабатывать
новые виды продукции и выходить на новые рынки.
• Техническая поддержка
Инженеры «Сканти Рус» помогут Вам в выборе оптимальных решений на основе продукции Texas Instruments,
перечень которой значительно расширился благодаря компании National Semiconductor.
Инженеры технической поддержки «Сканти Рус» всегда готовы принять участие в решении Ваших проблем. А также
многочисленная команда специалистов Texas Instruments, форумы по различным тематикам, проводимые сообществом
TI E2E, online-презентации по новым продуктам и заметки по применению помогут Вам быстрее вести разработку и сократить
время вывода продукции на рынок.
Подробности на www.ti.com

2
Процессоры
Микроконтроллеры C2000 Concerto
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Управление
или связь?
Зачем компромиссы?
Инженерное искусство полно компромиссов. Это всегда
баланс между несколькими аспектами – ценой, энергопотреблением,
надёжностью, набором функций, гибкостью
и так далее, перечислять можно долго. С каждым новым
поколением инженеры расширяют границы эффективности
и функциональности своих разработок. Цифровой
контроль даёт новые возможности построения гибких
и более эффективных систем. Коммуникабельность всё
больше проникает в приложения, ранее не нуждающиеся
в связи. Сегодня во многих приложениях управления
в реальном времени, таких как автоматизация или преобразование
энергии, один из больших компромиссов –
это нахождение баланса между надёжным управляющим
циклом и добавлением коммуникаций или функций
хост-машины. А что, если возможно разрешить некоторые
из этих компромиссов?

В прошлом было два варианта решения этой проблемы.
Первый, для бюджетных приложений, это был выбор
одного микроконтроллера, который выполнял обе
функции управления и связи. Для аппаратной реализации
– это простое решение, но зачастую требующее компромисса
между возможностями и быстродействием.
Дополнительно усложняется структура программного
Процессоры
обеспечения, приоритеты прерываний и задач должны
быть корректно выбраны.
Второй вариант – это применение двух микроконтроллеров:
один микроконтроллер выполняет функцию хостмашины,
обеспечивает обмен информацией, мониторинг
и другие системные функции, второй микроконтроллер
берёт на себя функции управления в реальном времени.
Это решение упрощает разделение задач между микроконтроллерами,
но добавляет стоимость, сложность и задержку
обмена информацией между ними.
С семейством микроконтроллеров С2000 Concerto необходимость
в компромиссах устранена. Комбинированием
преобладающего в отрасли хост-ядра совместно с лидирующим
в промышленности управляющим ядром микроконтроллеры
Concerto предоставляют лучший выбор
для решения двух задач в одном устройстве, упрощая
программное и аппаратное обеспечение, а также уменьшая
стоимость конечного изделия.
Микроконтроллеры Concerto:
лучшее из двух миров
Совмещая функции хост и управляющего устройства
в одном микроконтроллере, Concerto предоставляет
лучшее из двух миров:
Ядро С28х (управление):
• До 150 МГц с поддержкой операций с плавающей
точкой.
• Измерения, цифровая обработка и фильтрация.
Сканти Рус www.scanti.com
3

4
Процессоры
• Решения для PLC-модемов.
• Блоки ШИМ с превосходной гибкостью, разрешением
(до 100 пс), программируемостью.
• Улучшенный интерфейс квадратурных датчиков
eQEP, совместимый с большинством линейных
и угловых датчиков для применениях в приложениях
управления двигателями.
• Улучшенный модуль захвата для использования
в радиолокационных приложениях и ультразвуковых
датчиках.
Ядро ARM ® Cortex-M3 (хост)
• До 100 МГц.
• Преимущества экосистемы Cortex-M3.
• Оптимизировано для связи с системами управления
верхнего уровня.
Разделяемые/системные функции
• До 1 Мбайт 65-нм Flash и 132 кбайт ОЗУ.
• Двойной 20-канальный 12-битный АЦП выборки
и хранения, 3 MSPS. Уникальная система начала преобразования
для интеллектуальных измерений.
• Обнаружение и коррекция ошибок в секторах Flash
и ОЗУ.
• Избыточность для обеспечения безопасности:
– два независимых ядра для контроля;
– два АЦП для скорости и надёжности;
– встроенный мониторинг тактирования с несколькими
системными сторожевыми таймерами.
• Специальные возможности для обеспечения защиты
памяти.
• Готовые библиотеки для прозрачного межпроцессорного
обмена информацией без задержек.
• Встроенный аналоговый компаратор для мгновенной
защиты от превышения напряжения или тока.
• Дополнительная периферия для упрощения разработки
аппаратной части:
– встроенный высокоскоростной генератор и часы реального
времени;
– встроенный генератор сброса при включении питания
и выходе напряжения за границы допустимых
значений;
– одно напряжение питания, встроенный регулятор напряжения.
• Соответствует сертификации Q100 для автомобильной
промышленности.
Разрешение ШИМ 100 пс
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Быстрый переход
Микроконтроллеры Concerto позволяют разработчикам
использовать ПО и прикладные библиотеки
от С2000 controlSUITE, так же хорошо, как и от разработок
на ARM Cortex-M3, в результате получая бесподобную
среду поддержки и готовых примеров ПО.
Предыдущие разработки на С2000 могут быть портированы
на микроконтроллеры Concerto.
• Масштабируемость в рамках всего семейства С2000
от 40 до 300 МГц.
• Единая интегрированная среда разработки с отладкой
и программированием двух ядер.
• Поддержка нескольких ОС.
• Прикладное ПО controlSUITE.
• Более 40 человеко-лет разработок драйверов,
библиотек, приложений.
• Изобилие готовых библиотек – коммуникационный
стек (USB, Ethernet), управление двигателями, преобразователями
энергии, обмен информацией по силовым
линиям.
• Прикладные наборы ПО и аппаратных частей с полностью
открытым кодом, включая схемы, перечень
комплектующих, чертежи печатных плат.
Применения и преимущества
микроконтроллеров Concerto
С микроконтроллерами Concerto множество приложений
могут получить значительные улучшения от применения
отдельно управляющей и хост-подсистем.
Промышленная автоматизация

Преимущества:
• Хост-подсистема заботится об обмене информацией
и системном менеджменте без необходимости перевода
в фон жёсткими требованиями на время реакции
на прерывания.
• Управляющая подсистема не перегружена задачами
обмена информацией, получая более широкий простор
для пользовательских алгоритмов управления.
• Ведущие в отрасли ШИМ-модули для прецизионного
управления двигателями.
• Встроенный компаратор для обнаружения перегрузок
по току или напряжению для защиты оборудования.
Электростанции на солнечной энергии
Преимущества:
• Хост-подсистема берёт на себя функции диагностики
и менеджмента.
• Управляющая подсистема оптимизирует алгоритмы
получения максимальной мощности.
• Интегрированные решения для наиболее эффективного
превращения солнечной энергии в электрическую.
• Позволяет интеллектуальное переключение между
электрической сетью и аккумуляторной системой.
• Возможность поддержки любых протоколов связи
по силовым линиям.
Серверное обеспечение
Преимущества:
• Хост-подсистема обеспечивает функции связи,
распределение нагрузок и многое другое.
• Управляющая подсистема обеспечивает цифровое
управление энергией, увеличивая общую надёжность
системы.
• Программируемая управляющая подсистема позволяет
мгновенное обнаружение перебоев в электро-
Процессоры
снабжении и переключение на резервные бесперебойные
источники питания.
Средства разработки и отладки
Отладочные средства продолжают методологию
С2000 controlCARD. Перенесением микроконтроллера
С2000 и всей необходимой ему периферии на модуль
controlCARD разработчик получает возможность тестирования
нескольких типов микроконтроллеров и процессоров
на одной базовой отладочной плате. Для работы
с модулем controlCARD необходимо всего лишь
питание 5 В и простой разъём для установки в базовую
плату, дающий доступ ко всем выводам процессора.
Все отладочные комплекты для С2000 также основаны
на принципе controlCARD.
Начните исследование возможностей, предоставляемых
микроконтроллерами Concerto прямо сейчас!
Код для заказа Описание Цена*
TMDXDOCKH52C1 Отладочный набор 139,00$
TMDXCNCDH52C1
* На территории США
controlCARD 99,00$
Модуль controlCARD на основе F28M35H52C1
Отладочный набор для микроконтроллера F28M35H52C1
Сканти Рус www.scanti.com
5

6
Процессоры
Семейство микроконтроллеров Concerto
Микроконтроллер
MMACS
Частота ядра RISC, МГц
Частота, МГц
F28M35E52C 90 60 60
F28M35E52B 90 60 60
F28M35E50C 90 60 60
F28M35E50B 90 60 60
F28M35E32C 90 60 60
F28M35E32B 90 60 60
F28M35E22C 90 60 60
F28M35E22B 90 60 60
F28M35E20C 90 60 60
F28M35E20B 90 60 60
F28M35M52C 112 75 75
F28M35M52B 112 75 75
F28M35M50C 112 75 75
F28M35M50B 112 75 75
F28M35M32C 112 75 75
F28M35M32B 112 75 75
F28M35M22C 112 75 75
F28M35M22B 112 75 75
F28M35M20C 112 75 75
F28M35M20B 112 75 75
Компоненты TI Выпуск 4’2011
DMA (каналов)
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
F28M35H52C
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H52B
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H50C 187 75,100 150,100
1 6-кан DMA,
1 32-кан DMA
F28M35H50B
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H32C
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H32B
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H22C
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H22B
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H20C
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
F28M35H20B
1 6-кан DMA,
187 75,100 150,100
1 32-кан DMA
* На территории США, в партии от 1000 шт.
EMIF
ОЗУ, кбайт
Flash, кбайт
FPU
GPIO
I2C Ethernet
McBSP
CAN
UART (SCI)
USB
SPI
Начальный уровень
Таймеры
• 136 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
Средний уровень
• 136 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1WD
• 136 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
Производительный уровень
• 136 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 1024 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 768 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 136 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 • 1 2 6 1 5
3 32-бит CPU,
1 WD
• 72 512 • 64 3 1 2 6 5
3 32-бит CPU,
1 WD
ШИМ (каналов)
CAP/QEP
АЦП
Время преобразования АЦП, нс
Uпитания вх/вых, В
Температура (макс)
Температура (мин)
Цена (US$) *
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40 11,75 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40 10,25 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40 10,75 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40 9,25 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40 11,15 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 217 3,3 125 –40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 13,25
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 11,75
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 12,25
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 10,75
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 12,65
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 11,15
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 12,00
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 10,50
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 11,00
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 9,50
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 16,00 •
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 14,50
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 15,00
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 13,50
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 15,40
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 13,90
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 14,75
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 13,25
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 13,75
24 6/3 2 20-кан 12-бит 172 3,3 125 –40 12,25
Доступность

Построение системы видеонаблюдения
на базе Smart Core Module
Дизайн-центром электроники АДАКТА был разработан специальный модуль (Smart Core Module, SCM), предназначенный
для построения систем видеонаблюдения. Модуль выполнен на базе процессора Texas Instruments
TMS320DM355.
В кратчайшие сроки, используя SCM, могут быть спроектированы и произведены сетевые видеотерминалы, выполняющие
роль отдельных узлов в разветвленной сети видеонаблюдения
Преимущества построения систем
видеонаблюдения на базе SCM
Сокращение затрат на разработку
• Не надо разрабатывать ПО под модуль SCM. Все базовые
функциональности уже реализованы.
• Новые функции, отсутствующие в базовом ПО, могут
быть реализованы по ТЗ от заказчика.
• Плата периферийных устройств может быть легко доработана
под требования заказчика.
• Удобные схемы оплаты (например, роялти в виде отчислений
с продаж).
Сокращение затрат на производство
• Стоимость модуля SCM от $20*.
• Стоимость платы периферийных устройств от $20*.
• Мы оказываем помощь с организацией производства
и тестирования терминалов NVP.
• Для производства плат периферийных устройств используется
2-слойная печатная плата, производство
которой может быть организовано практически на
любом предприятии.
• Все применяемые BGA-элементы располагаются на плате
модуля SCM, который поставляется готовый в сборе. Для
осуществления финальной сборки необходимо выполнить
только поверхностный монтаж без применения специального
и дорогостоящего оборудования.
• Для модернизации терминала видеонаблюдения достаточно
модернизировать или заменить только плату периферийных
устройств, а в модуль SCM достаточно только
загрузить новую версию программного обеспечения.
• Для сопряжения модуля с материнской платой используются
дешёвые разъёмы (2-рядная штыревая
линейка с шагом 2,0 мм).
На базе модуля разработан оконечный сетевой терминал
системы видеонаблюдения — NVP, который выступает
в роли «передаточного» интерфейса между
выходом(ами) аналоговой видеокамеры и централизованным
видеосервером. Терминал NVP состоит из модуля
и платы периферийных устройств.

Краткое описание узлов системы
Сервер (NVH, Network Video Hub)
Серверное ПО построено по прин ципу клиент-сервер-клиент. Основные функции серверного приложения:
• Централизованное управление и получение данных от терминалов.
• Архивирование получаемых данных в виде фото- и видеоматериала.
• Передача видеоданных удаленным клиентским приложениям.
Клиент
Клиентское приложение предназначено для визуального предоставления получаемых с терминала фото- и видеоматериалов
конечному пользователю. Приложение имеет возможность:
• Получать видеопоток с конкретного терминала через сервер NVH.
• Получать архивные видеофотоматериалы с сервера.
• Сохранять локально полученные с сервера данные для последующей работы с ними.
• Удалённо управлять работой всех терминалов NVP, подключённых к серверу NVH.
Терминал (NVP, Network Video Point)
Техническая спецификация NVP
Параметр/значение Базовая Максимальная
Автоматическое переключение между видеовходами да да
Видеовход CVBS, 4 шт. CVBS, 4 шт.
Видеовыход – CVBS
Аудиовход/выход –/– Mono/Stereo
Поддержка видеостандартов PAL/NTSC PAL/NTSC
Поддержка сетевого подключения Ethernet, GSM 3G (USB-dongle) Ethernet, GSM 3G, Wi-Fi, Wi-Max, LTE
Поддерживаемые форматы сжатия MPEG4 Simple Profile (SP) MPEG4 Simple Profile (SP), MJPEG
Поддерживаемые видеоразрешения
Цифровые входы/выходы. Возможно подключение
160×120, 320×240, 640×480, 720×480 160×120, 320×240, 640×480, 720×480
к NVP датчиков движения, управляющих контактов 2 выхода «сухой контакт», 6 цифровых входов, 2 выхода «сухой контакт», 6 цифровых входов,
электронных замков, поворотных механизмов
видеокамер и другой периферии
4 цифровых выхода, RS485, USB 1 шт.
4 цифровых выхода, RS485, USB 2 шт.
Поддержка записи на внешний накопитель – USB-HDD, USB-flash, SD/MMC card
Поддержка шифрованной передачи видеоданных – да
Спящий режим – да
Режим предзаписи да да
* - Точная цена определяется индивидуально для каждого заказчика и зависит от конфигурации изделия и объёма. Не является офертой.
За дополнительной информацией обращайтесь
по тел. +7(812) 680-30-10 или info@adakta.ru
Полное описание и техническую информацию вы можете найти на www.adakta.ru.

Анна Хуанг (Anne Huang)
Медицинская электроника:
от больницы и клиники до дома
48-летний пациент мужского пола
с симптомами хронической обструктивной
болезни легких (ХОБЛ) был
выписан из больницы с системой
дистанционного контроля состояния
здоровья. В течение четырёх недель,
в период лечения, этот пациент проводил
ежедневные видеоконференции
со своей медицинской сестрой.
Во время каждой консультации медицинская
сестра собирала информацию
об основных показателях
состояния организма пациента, измеряла
функцию лёгких и обсуждала
меры по предотвращению обострений
болезни. Такая практика ранней
выписки и организации больничного
режима в домашних условиях проводилась
в качестве эксперимента
в больницах по всему миру и имела
своей целью улучшение ухода
за пациентом с одновременным сокращением
срока госпитализации.
Применения технологий охраны
здоровья на дому включают управление
хроническими заболеваниями,
психиатрическую помощь, послеоперационный
уход, контроль
одиноких пожилых людей, кон-
троль за потерей веса, фитнес и т. п.
Здравоохранение на дому в настоящее
время пользуется широкой популярностью
за счёт таких факторов,
как старение населения, увеличение
расходов на здравоохранение и потребность
в доступе к ресурсам здравоохранения
в удалённых и сельских
районах. На протяжении многих лет
мы будем наблюдать увеличение
объёмов медицинской электроники
в доме. К медицинской электронике,
разработанной для домашнего
применения, в отличие от больничного
оборудования, предъявляются
другие требования в плане рабочих
параметров, набора функций, потребляемой
мощности, портативности,
совместимости и цены, что и рассматривается
в данной статье.
Размер и стоимость
Бытовая медицинская электроника,
используемая пациентом в домашних
условиях, обладает некоторыми
общими чертами, присущими
другим бытовым электронным
устройствам. При определении возможного
успеха изделия на рынке
очень важными факторами становятся
размер и стоимость. Первые
электрокардиографы (ЭКГ), изобретённые
Willem Einthoven (Виллем
Эйнтховен) 100 лет назад, весили
600 фунтов и требовали пяти человек
для обслуживания. Пациенту
приходилось погружать руки и ноги
в стеклянные сосуды с электродами,
содержащие большие объёмы раствора
хлористого натрия. Сегодня
пациент может с комфортом носить
портативный ЭКГ-монитор
в домашних условиях или на про-
Процессоры
гулке, поскольку этот монитор обладает
малыми весом (несколько
унций) и размерами. Например,
12-канальный ЭКГ-монитор для
больницы обычно устанавливается
на каталке, которая обеспечивает
его мобильность, тогда как
12-канальный ЭКГ-монитор для
домашнего использования обычно
уменьшен до размера, позволяющего
разместить его в кармане. Одним
из способов уменьшения размера
и снижения стоимости является использование
решений с высоким
уровнем интеграции. На сегодня
многие устройства для контроля
кровяного давления и содержания
сахара в крови представляют собой
однокристальные устройства, построенные
на 16-разрядных микроконтроллерах
MSP430 со сверхмалым
энергопотреблением, имеющих
встроенные аналоговые оконечные
устройства (AFE), интерфейсы, часы
реального времени (RTC) и контроллер
жидкокристаллического дисплея
(ЖКД). Кроме того, устройства
типа ADS1298 (рисунок 1), представляющие
собой АЦП со встроенным
оконечным устройством ЭКГ, объединяют
в себе все общие требования,
предъявляемые к AFE для ЭКГсистем,
начиная с малошумящих
усилителей с программируемым
коэффициентом усиления и восьми
дельта-сигма АЦП с высоким разрешением,
до усилителей устройств
управления, устройств запуска и измерителей
сопротивления дыхания.
Как итог, становится возможным
значительное снижение стоимости
и размера устройства по сравнению
с устройствами, реализованными
на дискретных компонентах.
Сканти Рус www.scanti.com
9

10
Процессоры
Рисунок 1. Законченное AFE (аналоговое оконечное устройство) для системы ЭКГ, использующее ADS1298
Простота
использования
Возможности пользователя оборудования
могут значительно отличаться
из-за возраста или физических
ограничений. Оптимизация
простоты использования снижает
риск неправильного использования,
а также способствует улучшению
и расширению внедрения медицинских
технологий. Такие особенности,
как голосовая подсказка, сенсорный
экран, графический интерфейс пользователя,
уменьшенное количество
проводов и большие кнопки, могут
значительно расширить возможности
пользователя.
Технология сенсорного экрана
играет значительную роль в бытовой
электронике, поскольку она
позволяет обеспечить быстрое и интуитивное
взаимодействие пользователя
и устройства. При относительно
небольшом размере экрана
резистивный сенсорный экран стоит
дешевле, хотя он обладает меньшим
разрешением по сравнению
Компоненты TI Выпуск 4’2011
с емкостным сенсорным экраном.
Для медицинской электроники резистивный
сенсорный экран предпочтительней,
поскольку он более
устойчив к воздействию жидкостей,
химических реактивов и прочих загрязнений.
Более того, он реагирует на любое
касание: пальца, перчатки, твёрдого
или мягкого стилуса. Пятипроводные
резистивные сенсорные экраны позволяют
повысить надёжность
по сравнению с четырёхпроводными,
поскольку электроды находятся
в нижнем слое, а верхний слой играет
роль только зонда для измерения
напряжения. Этим обеспечивается
продолжительная надёжная работа
экрана — даже если он повреждён
или поцарапан.
Совместимость
Совместимость является важнейшим
показателем домашних медицинских
устройств. Устройство
контроля кровяного давления может
быть подключено к компьютеру
через универсальную последовательную
шину (USB) для выгрузки
и отслеживания данных за прошедший
период. Часы для фитнеса
могут быть подключены к сайту
социальной сети через Wi-Fi, так
что пользователь получает возможность
делиться своей информацией
с семьёй и друзьями. Устройство
дистанционного контроля состояния
организма может быть подключено
к различным персональным медицинским
устройствам через канал
Bluetooth и при этом одновременно
может быть подключено к беспроводной
сети, так что врач получает
возможность в режиме реального
времени контролировать состояние
пациента. При выборе соответствующего
сетевого протокола
приходится учитывать множество
факторов. К ним относятся количество
устройств в сети, топология
сети, дальность связи, требования
к энергопотреблению и возможность
взаимодействия с другими
системами или устройствами. Для
проводной связи между устрой-

Рисунок 2. Комбинированное решение, объединяющее протоколы Wi-Fi и Bluetooth
ствами и концентратором наиболее
часто используется протокол USB.
Не удивительно, что получивший
широкое распространение в различных
электронных устройствах
стандарт Bluetooth ® был первым
стандартом проводной связи, сертифицированным
Continua Health
Alliance, промышленным консорциумом,
занимающимся организацией
системы взаимодействия персональных
медицинских электронных
устройств. Энергосберегающий
Bluetooth представляет собой современный
протокол, при котором
потребляемая энергия составляет
лишь небольшую долю энергии,
потребляемой обычным Bluetooth,
и который в течение нескольких
следующих лет будет бурно развиваться.
Это, конечно, будет зависеть
от того, насколько быстро будут
становиться доступными профили.
Альтернативные возможности для
связи в персональных сетях (PAN)
и локальных сетях (LAN) предоставляют
другие стандарты и запатентованные
протоколы беспроводной
связи, такие как ZigBee ® и ANT/
ANT+. Для локальных сетей (LAN),
хотя Wi-Fi и беспроводная медицинская
телеметрическая служба
(WMTS) имеют одинаковое распространение
в больницах, Wi-Fi
является стандартом, получившим
более широкое распространение
в домах престарелых. Также часто
используются системы проводной
связи, например широковещательные
сети и традиционные службы
телефонной связи (POTS). Кроме
того, беспроводная связь предлагает
изящное решение, когда от-
сутствует Интернет или точки доступа.
В зависимости от ситуации
и целевого пользователя возможно
встраивание комбинации из проводных
и беспроводных интерфейсов.
К примеру, пожилые люди могут
быть недостаточно технически подготовлены
для конфигурирования
доступа к Wi-Fi или организации
связи между двумя устройствами
Bluetooth. Таким образом, при необходимости
организации технической
помощи, её стоимость может
быть включена в общую стоимость
устройства. Для группы пользователей
наиболее простым решением
может оказаться встроенный беспроводной
модем. Другие изготовители
сложных устройств могут
столкнуться с проблемой совместимости
различных беспроводных
технологий. Одним из примеров
является одновременное использование
Wi-Fi и Bluetooth, когда
оба стандарта используют частотный
диапазон 2,4 ГГц, даже при
полном различии их протоколов
связи. Использование Bluetooth
в системе приводит к сужению доступной
частотной полосы для Wi-Fi
как минимум на треть. Это сужение
имеет место даже при ограничении
и синхронизации протокола, особенно
в режимах, предназначенных
для энергосбережения. Когда
маршрутизатор Wi-Fi не может
установить подключение через подтверждение,
канал может быть заблокирован
и закрыт. Аналогично,
когда Bluetooth при включении
сканирует доступные устройства,
слишком большое число прерываний
может привести к сбою канала
Процессоры
связи. Использование комбинированного
решения, объединяющего
несколько радиоканалов на одном
кристалле, может позволить обойти
эти трудности. Например, WL1271
(рисунок 2) обеспечивает интеллектуальную
бесшовную координацию
во временной области на уровне
управления доступом к среде
(MAC). При этом используется общая
антенна и антенный фильтр
и для Wi-Fi, и для Bluetooth, что
позволяет уменьшить число компонентов
и размеры платы.
Портативность
Портативность обеспечивается
интеграцией, батарейным питанием
и беспроводной связью. Общей
конструктивной особенностью всех
портативных устройств является
увеличенный срок службы батарей.
Использование батарей типов
АА и ААА наиболее распространено
в медицинских электронных
устройствах, поскольку они постоянно
доступны и могут обеспечить
немедленную подачу энергии
к устройству. Однако когда в систему
интегрированы беспроводные
каналы связи, эти стандартные батареи
могут оказаться недостаточно
долговечными, поэтому может понадобиться
рассмотрение аккумуляторных
батарей.
Устройства управления зарядом
аккумуляторных батарей с управлением
трактом питания (рисунок 3)
обеспечивают возможность использования
устройства сразу после
подключения внешнего питания,
даже при полном разряде батарей.
Кроме того, при наличии тракта
прямого питания системы от внешнего
источника уменьшается число
зарядно-разрядных циклов и, соответственно,
увеличивается циклический
срок службы аккумуляторных
батарей. Другим ключевым фактором,
влияющим на долговечность
батарей, является расчёт тепловых
режимов. Снижение количества
тепла, рассеиваемого системой,
и изолирование батареи обеспечивают
замедление ухудшения параметров
батареи.
Для устройств, в которых наличие
заряда батареи является критическим,
важной функцией является
Сканти Рус www.scanti.com
11

12
Процессоры
Рисунок 3. Устройство для заряда аккумуляторных батарей со встроенным управлением трактом питания
точное измерение уровня заряда.
Такое устройство должно точно
определять остаточную ёмкость
или время работы и подсказывать
пользователю о необходимости
заряда устройства до прекращения
его работы из-за отсутствия
питания. В отличие от традиционных
методов подсчёта заряда,
технология Impedance Track исключает
необходимость в тренировочных
циклах и обеспечивает
99-процентную точность независимо
от возраста батареи.
Защита
и безопасность
Неоригинальные принадлежности
и неправильная эксплуатация делают
важными защиту и безопасность
при использовании медицинских
электронных устройств, особенно
в домашних условиях, когда пользователи
не контролируются или недостаточно
подготовлены. Технологии
радиочастотной идентификации
(RFID) и опознавания могут помочь
в распознавании периферийных
устройств в целях обеспечения
безопасности системы. Индустрия
медицинской аппаратуры использует
RFID для многих и разнообразных
применений, от отслеживания
аппаратуры до калибровки. В частности,
можно отметить, что фармацевтические
компании используют
технологии RFID для борьбы с контрафактной
продукцией и скомпрометировавшими
себя препаратами.
При использовании аутентификации
RFID для каждой этикетки или упа-
Компоненты TI Выпуск 4’2011
ковки генерируется цифровая подпись,
которая сохраняется в памяти.
Цифровая подпись может быть считана
специальными считывателями
RFID для подтверждения законности
происхождения изделия при прохождении
его по цепи поставок при
условии, что изготовитель предоставил
соответствующий ключ для считывания
подписи. Использование
стандартной технологии открытого
ключа, цифровых подписей и шифрования
данных помогает гарантировать
аутентичность подписи и,
следовательно, аутентичность собственно
товара. Метки RFID имеют
очень низкую стоимость и малые
размеры, а антенна может быть выполнена
в гибкой форме. Такие методы
упрощают аутентификацию периферийных
устройств. Например,
миниатюрная метка RFID с круглой
антенной может быть закреплена
непосредственно на кабеле, так что
система может аутентифицировать
оригинальный кабель до начала
эксплуатации. Другим решением
является использование аутентификационных
интегральных схем (IC).
Большинство базовых схем аутентификации
обеспечивают идентификационную
(ID) аутентификацию.
При этом имеется возможность захвата
и воспроизведения ID изготовителем
контрафакта. Сложная
и основанная на отклике аутентификация
является более защищённой
и безопасность повышается при
использовании таких усложнённых
алгоритмов, как SHA-1/HMAC,
которые в течение многих лет использовались
для аутентифика-
ции транзакций через Интернет
в виртуальных частных сетях (VPN),
в банковской деятельности и для
цифровых сертификатов. Для аутентификации
таких периферийных
устройств, как аккумуляторная
батарея, хост генерирует случайный
сигнал, основанный на зашифрованном
ID устройства, и секретный
ключ. Устройство аутентификации
после этого отсылает ответное цифровое
значение. Если это значение
совпадает с результатами расчёта,
выполненного хостом, аккумуляторная
батарея считается прошедшей
аутентификацию.
Выводы
Мы познакомились с пятью аспектами,
касающимися проектирования
медицинских электронных
устройств для домашнего использования:
размеры и стоимость, простота
использования, совместимость,
портативность и защита и безопасность.
Решения с высокой степенью
интеграции позволяют уменьшить
размеры платы и общую стоимость
устройства. Такие особенности, как
сенсорный экран и голосовая подсказка,
позволяют обеспечить дружественный
человеко-машинный
интерфейс. Подключение медицинских
устройств к компьютерам,
шлюзам, веб-сайтам и удалённым
устройствам обеспечивается путём
использования проводных и беспроводных
технологий обмена информацией.
Использование современных
методов управления аккумуляторными
батареями позволяет
продлить срок службы батареи, что
обеспечивает более высокую портативность.
Для гарантирования
оригинальности деталей и обеспечения
защиты и безопасности могут
быть использованы технологии
RFID и различные схемы аутентификации.
При проектировании любого
устройства важно понимать
как риски на этапе проектирования
системы, так и риски, вносимые
окружением пользователя и самим
конечным пользователем.
Литература
1. Справочник по медицинским
устройствам, SLYB108E

Первое двухрежимное однокристальное устройство
CC2567 от TI, предоставляющее связь
с использованием ANT+ и Bluetooth®
TI дополняет устройства на базе ANT новыми изделиями и предлагает два комплекта для разработчиков,
упрощающих интеграцию взаимодействия с ANT+ в устройства контроля состояния здоровья и тренированности
Комплект агрегатора ANT+
Bluetooth® для устройств
контроля состояния здоровья и
тренированности от компании
Texas Instruments
Первое беспроводное однокристальное
устройство, обеспечивающее
непосредственную связь
на небольших расстояниях между
сверхмалоэнергопотребляющими
устройствами, поддерживающими
ANT+, и такими часто используемыми
мобильными устройствами, использующими
технологию Bluetooth,
как ПК, смартфоны и планшетные ПК.
Первое промышленное двухрежимное
устройство, CC2567, требующее
на 80% меньше площади платы по
сравнению с конструкцией, использующей
два однорежимных устройства
(одно ANT+, одно Bluetooth). CC2567
позволяет одновременную работу че-
рез общую антенну с встроенным согласователем
и увеличивает до двух
раз дистанцию связи, характерную
для однорежимных устройств ANT+.
Устройство CC2567 будет доступно
как часть нового комплекта агрегатора
ANT+ Bluetooth ® для устройств
контроля состояния здоровья и тренированности.
Являясь единственным
поставщиком устройств ANT
как для датчиков, так и для мобильных
переносных периферийных
устройств, компания TI сегодня также
представляет второй оценочный комплект,
комплект сетевого процессора
CC257x ANT — дополнение линейки
устройств ANT.
Комплекты для разработчиков:
• Комплект агрегатора ANT+
Bluetooth ® для устройств контроля
состояния здоровья и тренированности.
• Комплект сетевого процессора
CC257x ANT.
«Компания TI имеет уникальную
позицию для продвижения своих
решений для беспроводной связи
на малых расстояниях за счёт разработки
комбинированных микросхем
и линейки радиочастотных устройств
с малым энергопотреблением. В итоге
компания является первой, кто заполнил
пробел в беспроводной
связи между устройствами ANT+
и Bluetooth ® с помощью единственной
микросхемы, двухрежимного
устройства CC2567. Независимо
от того, используют ли наши заказчики
датчик на основе ANT+ или агрегатор,
связывающий такой датчик
с ПК или смартфоном, у нас имеется
правильное решение, удовлетворяющее
их потребности», – заявил Eran
Sandhaus (Эран Сандхаус), директор
по маркетингу подразделения беспроводной
связи компании TI.
На сегодня установленные экосистемы
взаимодействия ANT+ предлагают
установочную базу для более
чем 11 млн таких устройств, как
устройства контроля сердечного
ритма, веса, скорости или расстояния.
Потребители хотят далее осуществлять
взаимодействие с такими
данными с помощью оконечных
устройств для определения и контроля
состояния здоровья и режимов
тренировок. При наличии более
чем трёх миллиардов оконечных
устройств с Bluetooth – таких как ПК,
планшетные ПК или смартфоны —
на рынке, прямая связь посредством
Bluetooth становится оптимальным
способом обмена информацией.
«Решения компании TI предлагают
лучшее: создание связи между
лидером в области скоростных беспроводных
технологий и лидером
в области накопления информации
с помощью беспроводных датчиков, –

Модуль CC2567-PAN1327
Особенности Преимущества
Двухрежимное устройство ANT+ и Bluetooth ® (Bluetooth v2.1 + EDR)
на одном кристалле
Полностью проверенное и оптимизированное решение с одной антенной
Лучшие в своем классе радиочастотные характеристики для Bluetooth и ANT:
• Мощность Тх +10 дБм с возможностью регулирования мощности передачи.
• Чувствительность –93 дБм.
Поддержка для:
• ANT+ со сверхмалым энергопотреблением (ведущие и ведомые устройства).
• Режимов энергосбережения Bluetooth (парковка, анализ, удержание).
• Режимов сверхмалого энергопотребления Bluetooth
(спящий режим, отключение питания).
Решение «под ключ»:
• Полностью интегрированный модуль.
• Законченный набор для разработчика с программным обеспечением
и документацией.
• Интеграция в аппаратную и программную платформу MSP430
от компании TI (опция).
констатировал Rod Morris (Род
Моррис), директор ANT Wireless.
— Это предоставляет пользователю
универсальное решение, в котором
он нуждается для того, чтобы сделать
контроль своего состояния здоровья
и тренированности частью повседневной
жизни».
Путём внедрения устройства
CC2567 от компании TI в свои устройства
поставщики средств контроля
с ANT+ или оконечных устройств
с Bluetooth ® могут наконец подвигнуть
рынок технологий связи на создание
действительно беспроводных
и бескабельных устройств для конечного
пользователя. В итоге потребители
получат возможность получения
информации о своём здоровье
в масштабе реального времени без
высоких затрат.
Комплект агрегатора
ANT+ Bluetooth ®
для устройств контроля
состояния здоровья
и тренированности
CC2567 Bluetooth 2.1 + EDR и ANT+
двухрежимный приёмопередатчик
имеются в CC2567-PAN1327, модуле
HCI высокого уровня интеграции
класса 2 с увеличенной выходной
мощностью, разработанном компанией
Panasonic. Модуль входит
в состав нового комплекта агрегатора
ANT+ и Bluetooth ® для контроля
состояния здоровья и тренированности
от компании TI, первого
законченного изделия для разработки
устройств, обеспечивающих
связь между ANT+ и Bluetooth ®.
В состав комплекта для разработки
входит:
• (1) Плата ANT UIF – USBустройство
для имитации датчика.
• (1) Модуль C7 ANT на основе
CC2571 от компании TI для имитации
датчика.
• (1) PAN131xETU для дополнения
агрегатора.
• (1) Макетная плата MSP430,
включающая MSP430BT5190
и 6-контактную перемычку
для дополнения агрегатора.
• (1) USB-устройство eZ430, обеспечивающее
связь с ПК по Bluetooth.
Однорежимный сетевой
процессор ANT CC257x
и оценочный комплект
CC257x ANT от компании TI представляет
собой 2-кристальный
• Требует на 80% меньше площади платы по сравнению
с любым двухрежимным модулем или устройством.
• Снижаются затраты, необходимые для встраивания
двух технологий беспроводной связи.
• Обеспечивает одновременную работу ANT+ и Bluetooth ®
без необходимости использования двух устройств или модулей.
• Имеется встроенное согласование.
• Обеспечивает двойное расстояние между агрегатором и датчиком ANT
по сравнению с конкурирующими однорежимными устройствами ANT.
• Обеспечивает защищённое соединение с высокой пропускной способностью
и увеличенной дальностью действия.
• Повышение срока службы батареи и КПД конечного устройства.
• Простота интегрирования в систему обеспечивает
малое время прохождения на рынок.
• Снижаются временные и финансовые затраты, связанные с сертификацией.
Дополнительную информацию смотрите на сайте
www.ti.com
датчик, объединяющий 2,4 ГГц сетевой
процессор CC257x и микроконтроллер
MSP430. Сетевой
процессор CC257x представляет
собой 2,4 ГГц устройство, специально
разработанное для датчиков
ANT. Оценочный комплект CC257x
(ANTC7EK1) содержит всё необходимое
для быстрого изучения и разработки
устройств на базе CC257x,
включая интегрированное устройство
ANT-FS. В состав оценочного
комплекта входят:
• (4) Модули CC257x (модули промышленного
типа на базе CC2571
со встроенной F-антенной).
• (2) Плата батарей, которая позволяет
питать модули от дисковых
аккумуляторов; также имеется
коллектор для взаимодействия
с внешним микропроцессором.
• (2) Плата EEPROM, позволяющая
пользователю тестировать
и изучать встроенные
возможности CC257x ANT-FS.
• (2) Устройство пользовательского
USB-интерфейса (UIF), обеспечивающее
подключение модуля
CC257x к ПК.
• (2) Дисковая аккумуляторная
батарея.

Прадип Шайнд (Pradeep Shinde)
Руководство по проектированию аппаратного
обеспечения ЦСК TMS320F28xx и TMS320F28xxx
Цифровые сигнальные контроллеры
(ЦСК) TMS320F28xx и F28xxx
включают в себя несколько сложных
периферийных узлов, работающих
на довольно высоких тактовых частотах.
Обычно они получают информацию
об аналоговом сигнале низкого
уровня, используя встроенный АЦП.
Статья построена в форме руководства
по проектированию аппаратного
обеспечения на системном уровне,
выбору компонентов, проектированию
схемы и компоновке печатной
платы. Помогает избежать тех ошибок
при проектировании аппаратного обеспечения,
которые дорого обходятся
и отнимают много времени. Особенно
когда они обнаруживаются на этапе
отладки проекта на уровне системы,
при использовании опытного образца
платы, разработанной специально
для проекта. В статье рассматриваются
проблемы, связанные с формированием
тактовых импульсов, интерфейсом
JTAG, питанием, взаимодействием
с периферийными устройствами (при
этом особое внимание уделяется аналоговым
входам АЦП), соединениями
ввода/вывода общего назначения
(GPIO), а также связанные с тестированием
и отладкой, электромагнитными
помехами (ЭМП) и электромагнитной
совместимостью (ЭМС) и т. д. В каждом
разделе поясняется маршрутизация
сигналов и содержатся рекомендации
по компоновке и трассировке.
Введение
Устройства цифровой обработки
сигналов (ЦОС) в настоящее время
обладают более высоким быстродействием
центрального процессорного
устройства (ЦПУ) (тактовые частоты
свыше 100 МГц) и интегрированными
современными высокоскоростными
периферийными узлами. Огромный
шаг вперёд был сделан в области
снижения энергопотребления ЦСК
за счёт применения технологии
на основе КМОП. Эти прогрессивные
новшества усложнили проектирование
плат ЦОС, выдвинув ряд проблем,
связанных с аналоговыми сигналами,
которые отсутствовали при
проектировании простых цифровых
устройств. Вот некоторые примеры
таких проблем: проводники на печатных
платах могут стать линиями
передачи, неподключённые и неиспользуемые
контакты устройств
могут потреблять энергию без необходимости,
а различные напряжения
питания, используемые внутри
устройств и в устройствах ввода/вывода,
требуют применения технологий
управления питанием.
TMS320F28xx и TMS320F28xxx
относятся к поколению C2000
устройств ЦОС, которые используются
при решении задач встроенного
управления. В настоящее время
устройства работают с частотами
ЦПУ до 150 МГц; в будущем устройства
данного семейства, возможно,
будут работать и на более высоких
частотах. Частоты ЦПУ этих устройств
попадают в диапазон радиочастот.
Существует также необходимость такого
проектирования, которое позволяло
бы легко проводить отладку. Как
разработчики могут получить доступ
к контактам микросхем с корпусами
типа BGA? Что проектировщики могут
сделать на этапе разработки, чтобы
помочь изолировать части платы для
отладки? И даже после того, как проектирование
платы завершено, существует
потребность в методическом
подходе к отладке системы.
Рассмотрим вопросы, начиная
с цепи формирования тактовых им-
Процессоры
пульсов, интерфейса тестирования
JTAG, взаимодействия с типовыми
внешними устройствами, питания
и связанных с ним требований, вопросы
теплоотвода, отладки, компоновки
и ЭМП. Выбор комплектующих
также рассматривается в тех случаях,
когда это нужно. Хорошей основой
для статьи послужили различные
вопросы, направленные заказчиками
Texas Instruments в центральную
службу поддержки.
Типовые системы
и проблемы
Типовая система управления или
сбора данных на основе C2000 показана
на рисунке 1. Обычно она
питается от сети переменного тока;
однако в некоторых случаях такие
системы питаются от аккумуляторов.
В большинстве случаев вблизи
контроллера находятся схемы
управления питанием, формирования
тактовых импульсов, сброса,
цепи формирования сигналов (для
аналоговых входов, использующих
операционные усилители), схемы
драйверов для управления выходами
с широтно-импульсной модуляцией
(ШИМ), пользовательский
интерфейс, трансиверы на последовательных
портах связи, внешние запоминающие
устройства или другие
с параллельным внешним интерфейсом
XINTF или последовательная I 2C
Flash-память и другие вспомогательные
схемы.
Устройства TMS320F28xx/F28xxx
включают в себя различные встроенные
периферийные блоки. Хотя
эти периферийные устройства и избавляют
от необходимости добавлять
внешние интерфейсы и делают
устройство более гибким с точки зре-
Сканти Рус www.scanti.com
15

16
Процессоры
ния выполнения требований на уровне
системы для различных вариантов
применения, трудно спроектировать
аппаратное обеспечение для работы
с этими периферийными устройствами
и ЦСК так, чтобы добиться наивысшей
производительности при
оптимальной надёжности. Поэтому
проектирование специализированной
платы для решения задач заказчика,
которая бы заработала так,
как нужно, с первой попытки, представляется
действительно трудной
задачей.
При частоте ЦПУ до 150 МГц имеется
много внутренних функциональных
блоков на плате, работающих
на различных частотах. Любой сигнал
с частотой выше 10 МГц может создавать
проблемы с точки зрения целостности
сигнала, если этим вопросам
не уделено надлежащее внимание
при разработке схемы и компоновке.
Кроме того, на этой же плате имеются
аналоговые сигналы низкого уровня.
Прежде чем приступать к проектиро-
Рисунок 1. Типовая система TMS320F28xx/28xxx
Компоненты TI Выпуск 4’2011
ванию платы, следует рассмотреть
вопросы ЭМП/ЭМС и электрических
шумов. Необходимо обеспечить простоту
отладки всей спроектированной
системы в целом.
Примечание. В статье рассматриваются
семейства TMS320F281x,
F280x, F280xx и F2833x, которые активно
используются на момент публикации.
В последующих редакциях
будут рассмотрены данные новых
семейств.
Использование
различных
составляющих
аппаратного
обеспечения
В следующих разделах рассматривается
каждый из блоков, составляющих
проектируемую систему.
Схема тактирования
В устройствах F28x имеется два
варианта формирования тактовых
импульсов: с помощью встроенного
кварцевого генератора или подачи
тактовых импульсов от внешнего
источника на контакт XCLKIN
(рисунок 2). Частота этого базового
входного тактового сигнала, использующего
внутренний генератор, находится
в диапазоне 20–35 МГц.
Реализованную на кристалле схему
фазовой автоподстройки частоты
(ФАПЧ) можно настроить на частоты,
кратные частоте входного тактового
сигнала, и получить широкое разнообразие
тактовых частот системы.
Каждый раз, когда изменяете содержимое
регистра PLLCR для конфигурирования
умножителя ФАПЧ, схеме
ФАПЧ необходимо 131 072 цикла
для подстройки. Во время процесса
подстройки частота устройства претерпевает
большие колебания в начале
и в конце этой процедуры. Эти
два потенциальных скачкообразных
изменения частоты могут вызвать
пульсации напряжения питания.
Необходима тщательная разработка

Рисунок 2. Варианты входных тактовых сигналов
цепей питания для предотвращения
этих состояний. Как только произведена
запись в регистр PLLCR, рекомендуется
выждать в замкнутом
цикле ожидания программы до подстройки
частоты до нового значения.
Новая запись в регистр PLLCR даже
с теми же значениями вызовет эти
колебания частоты и пульсации напряжения
питания.
Частота внешнего источника тактовых
импульсов, подаваемых
на контакт CLKIN, может быть равна
максимальной частоте, на которой
может работать ЦПУ (SYSCLKOUT).
ЦПУ способно работать в пределах
широкого диапазона этой частоты.
Другие тактовые сигналы для всех периферийных
устройств формируются
на основе тактовых импульсов ЦПУ.
Наивысшая возможная частота тактового
сигнала выбирается для того,
чтобы достичь максимальной скорости
выполнения команд. Однако другим
аспектом является энергопотребление,
которое возрастает линейно
с увеличением тактовой частоты ЦПУ.
Подробнее о графиках потребляемой
мощности/тока смотрите [1, 2, 4, 5].
Сравнение внутреннего
(кварцевого генератора/
резонатора) и внешнего
генератора
Первый вопрос, который нужно
решить в отношении формирования
тактовых импульсов, это следует
ли использовать генератор, реализованный
на этом же кристалле (кварцевый
генератор или резонатор),
или же внешние тактовые импульсы
от внешнего генератора или какогонибудь
другого источника в системе.
Первое, что оказывает влияние
на выбор, – это стоимость; кварцевый
резонатор и несколько его сопутству-
ющих элементов, используемых в случае
внутреннего генератора, обычно
дешевле, чем внешний генератор.
Поэтому использование кварцевого
резонатора вместе с внутренней схемой
может быть хорошим вариантом,
если только такой же тактовый сигнал
не должен быть обеспечен для других
устройств в системе. Поскольку
не рекомендуется выполнять никаких
других дополнительных соединений
со схемой кварцевого резонатора,
единственным вариантом будет использование
выхода тактового сигнала
F28xx (XCLKOUT) или формирование
его с помощью блока ШИМ для
тактирования других устройств в системе.
Однако ЦСП обычно не работает
на частоте кварцевого резонатора,
поэтому если другие устройства в системе
требуют этой же частоты тактового
сигнала, проще использовать
внешний генератор, и обычно этому
варианту отдаётся предпочтение.
Использование кварцевого
генератора/резонатора
в качестве источника
тактовых импульсов
Схема генератора, реализованная
на этом же кристалле всех устройств
F28xx/F28xxx, позволяет подключать
кварцевый генератор/резонатор
к контактам X1 и X2. Сигнал на контакте
X1 формируется относительно
основного напряжения питания цифровой
части (V DD). Контакт X2 является
выходом внутреннего генератора.
Кварцевый резонатор подключается
к контактам X1 и X2. Если контакт X2
не используется, он должен оставаться
неподключённым. Устройства
F281x имеют общий контакт для сигналов
X1 и XCLKIN.
На рисунке 3 показаны внешняя
схема и соединения, требующиеся
Процессоры
Рисунок 3. Типовая схема кварцевого генератора
для использования внутреннего генератора,
а также приведено выражение,
определяющее зависимость
между указанной изготовителем
ёмкостью нагрузки кварцевого генератора
C LOAD и двумя внешними конденсаторами
C1 и C2. Входы управления
режимом внешнего тактового
сигнала указывают, разрешено или
нет использование внутреннего генератора.
Если внутренний генератор
используется, выберите вариант
режима тактового сигнала, который
разрешает использование внутреннего
генератора.
Эффективная ёмкость нагрузки,
C LOAD, для цепи кварцевого резонатора
представляет собой последовательно
подключённые C1 и C2.
Правильная нагрузка важна для формирования
надлежащей рабочей частоты.
Имеются кварцевые резонаторы
с разными значениями C LOAD.
Но внутренний генератор ЦСК не запустится
и не будет надёжно работать
при слишком высоком или слишком
низком значении C LOAD. Подробнее
об этом смотрите технические данные
в спецификации от производителей
кварцевых резонаторов.
Рекомендуется выбирать кварцевый
резонатор параллельного резонанса,
имеющий C LOAD порядка 12 пФ и эквивалентное
последовательное сопротивление
(ЭПС) 30–60 Ом.
Фактические дискретные значения,
требующиеся для конденсаторов C1
и C2, обычно ниже рассчитанной
ёмкости нагрузки на величину до 5 пФ
ввиду паразитных ёмкостей печатных
проводников платы и входных контактов
ЦСК; компоновка платы очень
важна. Если требуется прецизионная
регулировка частоты, точные значения
ёмкостей конденсаторов можно
определить, изменяя значения ёмко-
Сканти Рус www.scanti.com
17

18
Процессоры
стей конденсаторов и проводя точные
измерения частоты с помощью
частотомера.
Примечание. Рекомендуется уточнить
у производителя кварцевого резонатора/генератора
характеристику
работы его устройства с кристаллом
ЦСК. Производитель имеет оборудование
и опыт настройки параллельного
резонансного контура. Также
может проконсультировать вас относительно
надлежащих значений
элементов контура для надёжного
пуска и стабильной работы во всём
рабочем диапазоне.
Использование
внешнего генератора
Чтобы выбрать надлежащий внешний
генератор, рассмотрим технические
данные, такие как частота, стабильность,
ухудшение параметров
со временем, чувствительность к напряжению,
длительности переднего
и заднего фронтов импульсов, коэффициент
заполнения последовательности
импульсов и уровни сигнала.
В некоторых случаях может возникнуть
необходимость учесть джиттер
импульсов. Обратите внимание
на то, что только устройства F280x
и F28xxx могут работать с внешним
тактовым сигналом, имеющим амплитуду
V DD (1,8 В/1,9 В) или 3,3 В.
Тактовый сигнал для устройств F281x
должен иметь уровни 0 и V DD.
Подключение выхода внешнего
генератора к устройствам F280x
и F28xxx осуществляется так, как показано
на рисунке 4. Важно заземлить
X1 или XCLKIN, как показано
на рисунке. Если их оставить неподключёнными,
частота CLKOUT будет
неправильной и ЦСК может работать
ненадлежащим образом.
Устройства F281x выбирают внешний
генератор тактовых импульсов,
уровни которых составляют 0 и V DD
(0–1,8 В/1,9 В).
Примечание. Если вы используете
внешний генератор с напряжением
Рисунок 4. Подключение внешнего генератора к F280x/F28xxx
Компоненты TI Выпуск 4’2011
3,3 В для системы F281x, используйте
преобразователь напряжения 3,3 В
в 1,8 В/1,9 В, эквивалентный одиночному
инвертору с триггером Шмидта
SN74LVC1G14, – SN74LVC1G14 производства
Texas Instruments [3].
Потеря входного тактового
сигнала – аварийный режим
Если входной тактовый сигнал,
OSCCLK, отключён или отсутствует,
ФАПЧ продолжает формировать
тактовый сигнал аварийного режима.
Тактовый сигнал аварийного режима
продолжает тактировать ЦПУ
и периферийные устройства с типовой
частотой 1–5 МГц. Аварийный
режим работает не с момента включения
питания, а только после того,
как появились входные тактовые
импульсы. В режиме шунтирования
ФАПЧ тактовый сигнал аварийного
режима от ФАПЧ автоматически
направляется в ЦПУ, если входной
тактовый сигнал отключён или отсутствует.
Сторожевой счётчик останавливает
уменьшение значений при
отказе входного тактового сигнала
и не изменяет значения при тактовом
сигнале аварийного режима. Эти состояния
могут использоваться прикладным
встроенным програм мным
обеспечением для обнаружения
отказа входного тактового сигнала
и запуска необходимой процедуры
останова системы.
Примечание. В тех случаях, когда
правильная рабочая частота ЦПУ
абсолютно необходима, следует реализовать
механизм, с помощью которого
ЦСК удерживается в состоянии
сброса в случае отказа входных тактовых
импульсов. Например, RC-цепь
можно использовать для включения
контакта XRS ЦСК, если конденсатор
полностью заряжен. Контакт ввода/
вывода можно использовать для периодической
разрядки конденсатора,
для того чтобы предотвратить его
полную зарядку. Такая схема также
помогла бы в обнаружении отказа
Flash-памяти на шине VDD3VFL.
XCLKOUT
Выходной тактовый сигнал, формируемый
из SYSCLKOUT, доступен
на выходе XCLKOUT в качестве тактового
сигнала общего назначения,
который можно использовать для
внешнего генератора периодов ожидания.
Он также служит в качестве
точки тестирования для проверки частоты
тактовых импульсов ЦПУ и для
подтверждения надлежащей работы
ФАПЧ. При сбросе XCLKOUT =
SYSCLKOUT/4; но его можно настроить
на величину, равную SYSCLKOUT
или 1/2 SYSCLKOUT.
Сигнал XCLKOUT активен, когда
активен сброс. Поскольку значение
XCLKOUT должно отражать
SYSCLKOUT/4, если уровень сигнала
сброса низкий, вы можете
контролировать этот сигнал, чтобы
определять, тактируется ли устройство
надлежащим образом во время
отладки. На контакте XCLKOUT нет
внутреннего подтягивания или понижения
уровня сигнала. Нагрузочная
способность этого контакта составляет
8 мА. Если XCLKOUT не используется,
его можно отключить,
установив бит CLKOFF в состояние 1
в регистре конфигурации XINTF
(XINTCNF2). Это выходной контакт
КМОП-устройства, и он не должен
замыкаться на землю, даже если
он не используется.
Сброс и сторожевой таймер
Контакт XRS позволяет передавать
сигналы сброса устройства (вход)
и сброса сторожевого таймера (выход).
Длительность импульса горячего
сброса определяется как восьмикратный
период тактового сигнала
генератора (OSCCLK); однако ширина
импульса сброса при включении
должна быть намного больше, чтобы
учитывать время, необходимое
для того, чтобы V DD достигло уровня
1,5 В (чтобы повысить достоверность
Flash) и период пуска генератора,
составляющий 10 мс (номинальное
значение). Возможно, вам потребуется
сделать это время более 100 мс,
чтобы учесть все другие связанные
со сбросом задержки.
Во время отключения уровень сигнала
на контакте XRS должен быть

Рисунок 5. Соединение XRS с модулем сторожевого таймера
Рисунок 6. Разъём JTAG для подключения тестируемого устройства к контроллеру сканирования
низким по крайней мере за 8 мкс
до того, как V DD достигнет 1,5 В, чтобы
повысить достоверность Flash.
Всякий раз, когда 8-разрядный
счётчик сторожевого таймера достигает
своего максимального значе-
Таблица 1. Сигналы 14-контактного разъёма JTAG
ния, сторожевой модуль формирует
выходной импульс длительностью
512 тактовых импульсов генератора.
Обратите внимание на то, что сигнал
WDRST выводит сигнал сброса
на контакт XRS. Выходной буфер
Процессоры
этого контакта представляет собой
открытый коллектор с внутренней
подтяжкой (типовое значение
100 мкА). На рисунке 5 показана
блок-схема сторожевого модуля.
Для контакта XRS часто достаточно
простых RC-фильтров. Но ещё лучше
использовать диоды защиты от электростатического
разряда, такие как
CM1215 производства California
Micro. Подробнее смотрите на сайте
www.calmicro.com.
Интерфейс отладки/JTAG
и сигналы EMU
Для целевой отладки все устройства
F28xx/F28xxx используют пять
сигналов стандарта IEEE 1149.1-1990
(сигналы IEEE Standard Test Access
Port and Boundary-Scan Architecture
(JTAG)) (TRST, TCK, TMS, TDI и TDO)
и два дополнительных сигнала Texas
Instruments (EMU0 и EMU1).
Назначение контактов разъёма
JTAG показано на рисунке 6.
Как показано на рисунке 6, разъёму
требуется более пяти сигналов
JTAG и дополнительных сигналов
Texas Instruments. Ему также требуется
сигнал возврата тестового
тактового сигнала (TCK_RET), питание
тестируемого устройства (V CC)
и заземление (GND). TCK_RET –
это тестовый тактовый сигнал, выходящий
из контроллера сканирования
и подаваемый в тестируемую
систему. Тестируемая система
использует TCK_RET, если на неё
не подаётся её собственный те-
Сигнал Назначение Состояние эмулятора Состояние тестируемой системы
EMU0 Контакт эмулятора 0 I I/O
EMU1 Контакт эмулятора 1 I I/O
GND Земля
PD (V СС)
TCK
TCK_RET
Обнаружение присутствия. Этот сигнал указывает на то,
что кабель эмулятора подключён и что на тестируемое устройство подано питание.
PD должен быть связан с V CC в тестируемой системе
Тестовый тактовый сигнал. TCK – это источник тактового сигнала
из кабеля эмулятора. Этот сигнал можно использовать для управления тестовым
тактовым сигналом системы
Возврат тестового тактового сигнала. Вход тестового тактового сигнала
для эмулятора. Этот сигнал может представлять собой буферизованный
или небуферизованный вариант TCK
I O
O I
I O
TDI Тестовый вход данных O I
TDO Тестовый выход данных I O
TMS Выбор режима тестирования O I
TRST Сброс тестирования O O
Сканти Рус www.scanti.com
19

20
Процессоры
стовый тактовый сигнал, и в этом
случае TCK просто не используется
во многих тестируемых системах.
TCK_RET подключается к TCK и используется
в качестве тестового
тактового сигнала.
Нагрузочная способность контактов
TDO, EMU0 и EMU1 составляет 8 мА.
Разъём JTAG следует размещать
в пределах 6 дюймов или менее
(предпочтительно на расстоянии
2 дюйма) от соответствующих контактов
ЦСК (рисунок 7). Если это невозможно,
следует дополнительно
предусмотреть буферирование сигналов.
Назначение контактов указано в таблице
1.
Каскадное подключение
с использованием портов JTAG
других устройств на плате
Если у вас на плате имеется несколько
устройств с портами JTAG, они
могут использовать общий разъём
JTAG.
В то время как соединение с разъёмом
JTAG может быть одним и тем же,
тракты сканирования, используемые
для эмуляции, отличаются от тех, что
используются при периферийном
сканировании. Различные последовательные
тракты сканирования,
по которым может собираться информация,
находятся внутри процессора.
Плата эмулятора указывает,
какой тракт сканирования используется
и какая информация содержится
в каждом тракте сканирования. Эта
функция, которую традиционно называют
менеджером сканирования,
предполагает выполнение задач контроля
всей информации, получаемой
и направляемой из/в различные
процессоры в тракте сканирования.
Более того, она направляет эту информацию
в и из различных окон
отладки.
Основополагающее правило, о котором
не следует забывать, заключается
в том, что все данные должны
сканироваться последовательно через
все устройства при подключении
общего разъёма JTAG к нескольким
портам.
Один из способов показан на рисунке
8.
Другая конфигурация предполагает
каскадное подключение портов, как
показано на рисунке 9.
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Рисунок 7. Подключение контактов JTAG (для системы на основе одного F28x)
Рисунок 8. Подключение эмулятора в случае многопроцессорной системы
Рисунок 9. Каскадное подключение эмулятора

При отладке систем, в которых
имеется более одного устройства
производства Texas Instruments, вам
необходимо использовать менеджер
параллельной отладки (PDM),
который обеспечивает синхронную
отладку системы с несколькими
процессорами. Если у вас сконфигурирована
система с несколькими
процессорами в утилите CC_Setup,
вызов PDM происходит автоматически,
когда вы запускаете приложение
CC_App.
Подробнее о возможностях эмуляции
смотрите «Основы эмуляции
для решений ЦСП Texas Instruments»
[8], раздел «Возможности эмуляции»
[7] и раздел «Вопросы проектирования
при использовании эмулятора
XDS510» в [6].
Важные аспекты, на которые нужно
обратить внимание в отношении
контактов JTAG и EMU
Здесь рассмотрим важные моменты.
В разделах описания сигналов
для платформы C2000 указываются
требования к подключению этих
контактов. Планируете ли вы использовать
интерфейс JTAG или нет,
вам нужно иметь уверенность в том,
что эти сигналы не будут создавать
помехи при работе систем на месте
эксплуатации. Первое, что нужно
иметь в виду, это функция контакта
TRST, который является контактом
сброса тестирования в интерфейсе
JTAG.
Примечание. Когда на контакте
TRST поддерживается высокий уровень
сигнала, он передаёт управление
работой устройства системе сканирования
(эмулятору). Этот контакт
имеет внутреннюю подтяжку к земле
и сигнал на нём никогда не должен
подтягиваться до высокого уровня.
Внутренняя подтяжка не очень сильная,
поэтому она не будет нагружать
систему сканирования. В среде, где
имеется высокий уровень шумов,
на этом контакте может наводиться
сильный шумовой сигнал, переводящий
устройство в режим тестирования.
Настоятельно рекомендуется
предусматривать дополнительный
внешний понижающий резистор.
Значение сопротивления этого резистора
выбирается на основании
нагрузочной способности используемых
блоков отладки. Обычно
резистор с сопротивлением 2,2 кОм
обеспечивает достаточную защиту.
Во многих, на первый взгляд несложных,
разработках имеют место
электрические шумы. Например,
управление чуть большей нагрузкой
создаёт скачки напряжения в шинах
питания. Питание ядра и устройств
ввода/вывода может иметь достаточно
сильную пульсацию и шумовую
составляющую; в других случаях
компоновка платы может быть нестойкой
к шумам. Любые всплески
напряжения, наведённые на контакте
TRST, переводят устройство в режим
тестирования, и это будет выглядеть
так, как если бы ЦСК внезапно завис,
обрабатывая код прикладной задачи.
Для того чтобы избежать такой
ситуации, подключайте контакт TRST
так, как указано в вышеприведённом
примечании.
Подобно контактам TRST, важно
также подключение контактов EMU0
и EMU1. Справочная литература по
ЦСК рекомендует «подтягивать» сигналы
на этих контактах до высокого
уровня с помощью резистора с номиналом
от 2,2 до 4,7 кОм. Нужно быть
уверенным в том, что выбранное
значение не нагрузит блок отладки.
Если имеют место условия высокого
уровня шумов, номинал понижающего
резистора на контакте TRST можно
уменьшить ещё больше.
На контакты сигналов JTAG, которые
имеют особую важность,
а именно TRST, EMU0 и EMU1, добавляют
шунтирующие конденсаторы
(0,01 мкФ).
Контакты прерываний, ввода/
вывода общего назначения
и встроенные периферийные
устройства
В следующих ниже разделах рассмотрим
меры предосторожности,
которые требуется принимать при
сопряжении контактов ввода/вывода
общего назначения/сигналов прерываний
и встроенных периферийных
устройств.
Контакты ввода/вывода
общего назначения
Контакты ввода/вывода общего
назначения мультиплексированы для
передачи двух или более сигналов;
каждый контакт ввода/вывода общего
назначения можно использовать
Процессоры
для реализации цифрового ввода/
вывода или периферийного ввода/
вывода. Чтобы облегчить маршрутизацию
сигналов или если вам нужно
использовать контакт для другого
мультиплексированного назначения,
некоторые из периферийных сигналов
мультиплексированы на два разных
набора контактов.
Нагрузочная способность (ток стока/истока)
выходного буфера контактов
ввода/вывода общего назначения
обычно составляет 4 мА (если
только иное не оговорено особо).
Максимальная частота переключения
контакта ввода/вывода общего
назначения составляет 20 МГц в случае
устройств F281x и 25 МГц в случае
устройств F280x/F28xxx.
Обратите внимание на то, что
при сбросе контакты ввода/вывода
общего назначения находятся в состоянии
ввода (состояние, принятое
по умолчанию). Часто возникает вопрос:
что делать с неиспользуемыми
контактами ввода/вывода общего
назначения? Все устройства F28x
разработаны на основе технологии
КМОП. Поэтому правила и меры
предосторожности, применяемые
в случае входов или выходов КМОП
(с высоким импедансом), применяются
и в этом случае. Возможны
варианты: либо сконфигурировать
их как выходы и оставить неподключёнными,
либо определить их как
входы с надлежащим подключением
контакта. В определённое состояние
их переводит подтягивающий
до V CC или понижающий к GND
резистор (1–10 кОм). Любой вход,
оставленный неподключённым,
может перевести буфер входа в линейный
режим, в котором возможно
чрезмерно большое потребление
тока питания; в большинстве случаев
это нежелательно. Теоретически
входы, не выполняющие важных
функций, можно сконфигурировать
как выходы и оставить неподключёнными
для того, чтобы
не увеличивать ненужное энергопотребление;
однако обычно неплохо
оставить их в режиме входа,
который принят по умолчанию,
и объединить.
Для объединения неиспользуемых
входов можно использовать несколько
различных подходов. Если
несколько входов требуют подтяги-
Сканти Рус www.scanti.com
21

22
Процессоры
вания, это может быть осуществлено
(в зависимости от тока входа) с помощью
одного резистора, если номинал
резистора остаётся достаточно
низким (не забывайте о законе Ома).
В этом случае также подразумевается,
что ни один из этих входов никогда
не переводится в состояние низкого
уровня. Обратите внимание на то, что
если слишком много входов подтягиваются
до высокого уровня резистором
с небольшим номиналом,
в результате может оказаться, что
необходимый логический уровень
сигнала не выдерживается. Если это
произошло, ЦСК может интерпретировать
это как то, что один или несколько
из контактов находятся в состоянии
низкого логического уровня.
Во многих системах это вызывает серьёзные
проблемы.
Любой вход, который обычно
подтягивается до высокого уровня,
но иногда должен переводиться
в состояние низкого уровня (для
тестирования системы или по другим
причинам), следует подтягивать
с помощью его собственного
отдельного резистора (если только
вы не хотите переводить все эти
входы в состояние низкого уровня
сигнала).
Заземляйте все входы, которые
требуют привязки к уровню логического
нуля, если только вход не требуется
принудительно переводить
в состояние высокого уровня для
тестирования системы или по иным
причинам. Используйте понижающий
резистор большого номинала,
если вход обычно находится в состоянии
низкого уровня, но иногда
его требуется переводить в состояние
высокого уровня. Если вы уверены
в том, что определённый контакт
ввода/вывода общего назначения
никогда не будет использоваться,
правильным подходом является его
понижение до уровня потенциала
земли.
Обратите также внимание на то, что
некоторые контакты имеют внутренние
подтягивающие/понижающие
элементы, управляемые программно,
и могут не переводиться в требуемое
состояние после сброса. При необходимости
биты регистра, управляющие
этими функциями, должны
всегда быть надлежащим образом
установлены программно.
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Управление большой нагрузкой
Используйте соответствующие буферные
устройства, если вам нужно
управлять нагрузкой, превышающей
максимально допустимую для входов
ввода/вывода общего назначения,
которая составляет ±4 мА.
Примерами таких нагрузок могут служить
реле постоянного тока, светодиоды
и т. д. Рассмотрите возможность
применения следующих комплектующих
от Texas Instruments:
• для управления нагрузкой
±24 мА: 8-разрядные буферы/
драйверы с 3 состояниями выходов
SN54AC241, SN74AC241 [24];
• для нагрузки с высоким уровнем
напряжения и тока: транзисторные
сборки ULN2xxx (типовые
параметры 50 В, 500 мА).
Сборки транзисторов Дарлингтона
с высоким уровнем напряжения
и тока ULN2001A, ULN2002A,
ULN2003A, ULN2004A, ULQ2003A,
ULQ2004A [25].
Литература
Продолжение следует.
1. TMS320F2810, TMS320F2811,
TMS320F2812, TMS320C2810,
TMS320C2811, TMS320C2812,
Digital Signal Processors Data
Manual (SPRS174)
2. TMS320F2809, TMS320F2808,
TMS320F2806, TMS320F2802,
TMS320F2801, TMS320C2802,
TMS320C2801, and TMS320F2801x
DSPs Data Manual (SPRS230)
3. SN74LVC1G14 Single Schmitt-Trigger
Inverter Data Sheet (SCES218)
4. TMS320F28044 Digital Signal
Processor Data Manual (SPRS357)
5. TMS320F28335, TMS320F28334,
TMS320F28332, Digital Signal
Controllers (DSCs) Data Manual
(SPRS439)
6. TMS320F/C24x DSP Controllers CPU
and Instruction Set Reference Guide
(SPRU160)
7. TMS320C28x DSP CPU and
Instruction Set Reference Guide
(SPRU430)
8. Emulation Fundamentals for TI's DSP
Solutions (SPRA439)
9. High-Speed DSP Systems Design
Reference Guide (SPRU889)
10. An Overview of Designing
Analog Interface With
TMS320F28xx/28xxx DSCs
(SPRAAP6)
11. Implications of Slow or Floating
CMOS Inputs (SCBA004)
12. Printed-Circuit-Board Layout
for Improved Electromagnetic
Compatibility (SDYA011)
13. Circuit Board Layout Techniques
(SLOA089)
14. Latch-Up, ESD, and Other
Phenomena (SLYA014)
15. High-Speed Layout Guidelines
(SCAA082)
16. F2810, F2811, and F2812 ADC
Calibration (SPRA989)
17. TMS320280x and TMS3202801x
ADC Calibration (SPRAAD8)
18. Choosing and Using Bypass
Capacitors, Article, http://www.
embedded.com/
19. PCB Design Guidelines For Reduced
EMI (SZZA009)
20. Printed-Circuit-Board Layout
for Improved Electromagnetic
Compatibility (SDYA011)
21. Reduced Electromagnetic
Interference (EMI) With the
TMS320C24x DSP (SPRA501)
22. TPS767D3xx Dual-Output Low-
Dropout Voltage Regulators Data
Sheet (SLVS209)
23. TMS320F2808 DSP Power
Reference Design (SLVA296)
24. SN54AC241, SN74AC241 Octal
Buffers/Drivers With 3-State
Output (SCAS513)
25. ULN2001A, ULN2002A, ULN2003A,
ULN2004A, ULQ2003A,
ULQ2004A, High-Voltage High-
Current Darlington Transistor Array
(SLRS027)
26. OPA376, OPA2376, OPA4376
Precision, Low Noise, Low Quiescent
Current, Operational Amplifier Data
Sheet (SBOS406)
27. OPA343, OPA2343, OPA4343
Single-Supply, Rail-to-
Rail Operational Amplifiers
microAmplifiers Series (SBOS090)
28. TLV2470, TLV2471, TLV2472,
TLV2473, TLV2474, TLV2475,
TLV247xA Family of 600 μ A/CH 2.8
MHz Rail-to-Rail Input/Outpu High-
Drive Operational Amplifiers With
Shutdown (SLOS232)
29. REF5020, REF5025, REF5030,
REF5040, REF5045, REF5050 Low-
Noise, Very Low Drift, Precision
Voltage Reference Data Sheet
(SBOS410)

Новейшие видеопроцессоры от TI
обладают в 3 раза большей производительностью
обработки видео высокой чёткости
• Высокоэффективный цифровой мультимедийный
процессор DM8168 DaVinci предлагает в три раза
большую способность обработки видео по сравнению
с конкурирующими решениями, до 3 потоков в формате
1080p60, 12 одновременных видеопотоков в формате
720p30 или комбинацию из потоков с меньшим
разрешением. Это позволяет заказчикам построить
видеосистемы, предполагающие захват, кодирование,
декодирование и анализ нескольких видеопотоков
одновременно на трёх дисплеях. Это также позволяет
заказчикам дифференцировать свои продукты с помощью
средств расширенного анализа. Наилучшим образом
это подходит для многоканальных систем видеонаблюдения
высокой чёткости, систем видеоконференцсвязи,
мультимедийных концентраторов и систем
видеовещания.
• Малопотребляющий цифровой мультимедийный
процессор DM8148 DaVinci предлагает высокоэффективную
обработку одного видеопотока в формате
1080p60, 3 одновременных видеопотоков в формате
720p30 или нескольких потоков меньшего разрешения
при энергопотреблении всего 3 Вт. Он также предоставляет
передовые возможности по обработке и отображению
информации, аналогичные с имеющимися в цифровом
мультимедийном процессоре DM8168 DaVinci.
Он идеально подходит для применения в области чувствительных
по потреблению клиентских и медицинских
видеоустройств, требующих меньших видеопотоков.
Сфера применения включает видеокамеры Skype,
системы интерактивных цифровых табло, цифровые
видеомагнитофоны и IP-камеры систем видеонаблюдения,
потоковые медиаплееры и сетевые проекторы.
Простая миграция продуктов с цифровых мультимедийных процессоров DM8168 на энергоэффективные программно
совместимые цифровые мультимедийные процессоры DM8148 позволяет заказчикам быстро и легко создавать большое
количество уникальных продуктов с использованием цифровой мультимедийной платформы DaVinci с помощью
комплекта разработчика ПО EZ компании TI (SDK), предполагающего повторное использование кода и удовлетворение
требований заказчика однократным вложением средств на разработку ПО. Клиенты могут использовать тот же комплект
разработчика ПО EZ производства TI для приложений, не требующих обработки видеосигнала для миграции на совместимые
по выводам микропроцессоры Sitara ARM ® или платформы C6-Integra DSP + ARM для дальнейшего
выгодного использования однократного вложения средств на разработку программного и аппаратного обеспечения.
Характеристики Преимущества
Высокая интеграция на одном чипе: видеоускорители, ARM
Cortex-A8, TMS320C674x DSP, 3D графический ускоритель,
дисплейные контроллеры
и периферийные устройства
(PCIexpress Gen 2, SATA 2.0, Gigabit Ethernet,
HDMI, коммутатор Gigabit Ethernet, CAN, DDR2/DDR3
и многое другое)
До 3 ускорителей видео высокой чёткости, которые отвечают
за захват, кодирование, декодирование и анализ нескольких
видеопотоков:
• до 3 видеоканалов в формате 1080p60;
• множество комбинаций видеоканалов
с меньшим или стандартным разрешением
ARM Cortex-A8 до 1,2 ГГц
DSP с частотой до 1,0 ГГц C674x предоставляет возможность
программирования для адаптации к развивающимся стандартам
и позволяет пользователям вводить новшества с помощью
математических вычислений, обработки сигналов, плавающей
точкой для большей точности и более широкого динамического
диапазона
• Снижение стоимости материалов на 50% путём сокращения количества
дискретных элементов и габаритов печатной платы на 1/5
• Широкополосная связь, сокращающая время ожидания (временные
задержки в системе), которые, как правило, возникают вследствие
межсетевого взаимодействия между многими дискретными элементами
Возможность для заказчиков масштабировать видеоразрешение
и производительность согласно требованиям приложений, устанавливая
таким образом правильное соотношение энергопотребления
и производительности, а также позволяя подстраивать конечный продукт
под заказчика
Высокоэффективное ядро ARM позволяет подстраиваться под
требования заказчика с помощью приложений, насыщенных графических
пользовательских интерфейсов, с поддержкой нескольких
операционных систем
Дифференциация продуктов с помощью анализа, комплексных
алгоритмов, аудио
и возможности подстраивания под новые стандарты кодеков
Трёхмерная графика и более сложные графические пользовательские
Поддержка до двух высококачественных дисплеев
интерфейсы с использованием нескольких графических дисплеев
с разрешением до 1920×1280 и графическим ускорителем SGX530 с кодированием и декодированием видеопотоков H.264 (доступна
расширенная поддержка нескольких форматов)
Начало оценки через несколько минут и разработки менее чем
через один час с помощью оценочного модуля TMDXEVM8168 и
комплекта разработчика ПО EZ от TI
• Требует единой установки из пользовательского интерфейса с сенсорным
экраном
• Содержит демонстрационные версии, библиотеки ПО, образец кода,
мультиформатные кодеки для соответствия существующим и будущим
стандартам
• Поддержка операционных систем Linux, Android и Windows Embedded CE
• Использование новейшего ПО для приложений из сообщества по
программам с открытым исходным кодом с большим количеством
уже готовых к использованию компонентов, соответствующих
стандартизированному интерфейсу прикладного программирования
(API) посредством стандартной программной инфраструктуры
с открытым исходным кодом, OpenMAX
Образцы высокоэффективных цифровых мультимедийных процессоров DM8168 DaVinci доступны уже сегодня!
Цена за один цифровой мультимедийный процессор DM8168 DaVinci в партиях по 1000 шт. составляет от $75.
Загрузите комплект разработчика ПО EZ производства TI на сайте www.ti.com и воспользуйтесь преимуществами
поддержки операционной системы Linux уже сегодня!

24
Усилители и компараторы
Технические решения
на основе аудио-ИС нового поколения
Сегодняшние потребители ожидают
наилучших характеристик от своих аудиоустройств.
Они хотят кристальночистого
звучания где бы то ни было –
и в том формате, который они хотят
использовать. Texas Instruments
предлагает слушателям технологию
PureParth для улучшения аудиовсприятия.
Обладая высокими эксплуатационными
характеристиками,
беспримерным уровнем интеграции
и гибкостью применения, программируемые
компоненты от компании TI
помогут создать аудиосистему с естественным
звучанием и широкими
функциональными возможностями
за приемлемую цену. Это надёжные,
гибкие и энергосберегающие решения
для простых и сложных аудиосистем,
начиная с лидирующих в отрасли ЦСП
(цифровых сигнальных процессоров)
и обладающих высокими характеристиками
аналоговых устройств
до расширенного набора прикладного
программного обеспечения.
Технология PureParth представляет
собой высокопроизводительный
промышленный стандарт беспроводной
передачи звука с CD-качеством.
Семейство микросхем CC85XX даёт
возможность разработчикам использовать
преимущества этой технологии
как для передачи звука, так и для
других микропотребляющих решений
для диапазона частот 2,4 ГГц. Система
Компоненты TI Выпуск 4’2011
на кристалле (SoC) CC85XX совместима
с большим количеством кодеков,
конвертеров, цифровых звуковых
усилителей от TI, которые используют
интерфейсы I 2S и I 2C (TLV320AIC3101,
TLV320DAC3202, TLV320AIC3206,
PCM1870A, TPA6140A2, TAS5708).
TLV320AIC3101, стереокодек
с низким энергопотреблением,
с 6 входами, 6 выходами,
усилителем для динамиков/
наушников и широким
набором цифровых эффектов
Описание
TLV320AIC3101 представляет собой
стереофонический аудиокодек с малым
энергопотреблением, с усилителем
для стереофонических наушников,
а также с многочисленными входами
и выходами, программируемыми
для несимметричной или полностью
дифференциальной конфигурации.
Имеется расширенный режим управления
питанием на базе регистров,
обеспечивающий воспроизведение
стереосигнала через 48 кГц ЦАП при
потреблении мощности 14 мВт от источника
с напряжением 3,3 В, что делает
эту схему идеальной для использования
в аудио- и телефонных
устройствах, питаемых от батарей.
Тракт записи TLV320AIC3101 содержит
встроенный источник смещения
для микрофона, предварительный
микрофонный усилитель с цифровым
управлением и автоматической регулировкой
усиления (AGC) и с возможностьюсмешения/мультиплицирования
нескольких аналоговых входных
сигналов. Имеются программируемые
фильтры для режима записи, позволяющие
удалять звуковые шумы, возникающие
в цифровых камерах при
зуммировании.
Характеристики:
• Стереофонический аудио-ЦАП:
– Отношение сигнал/шум 102 дБА.
– 16/20/24/32-разрядные данные.
– Поддержка частот дискретизации
от 8 до 96 кГц.
– Эффекты 3D/низкие/высокие/
эквалайзер/удаление предыскажений.
– Имеются гибкие рабочие режимы
и режимы экономии питания.
• Стереофонический аудио-АЦП:
– Отношение сигнал/шум 92 дБА.
– Поддержка частот дискретизации
от 8 до 96 кГц.
– При записи возможна цифровая
обработка сигнала и фильтрация.
• Шесть входных аудиовыводов:
– Одна пара стереофонических несимметричных
входов.
– Одна пара стереофонических
полностью дифференциальных
входов.

• Шесть выходных аудиоканалов:
– Полностью дифференциальные
или несимметричные стереофонические
выходные каскады для
наушников.
– Полностью дифференциальные
стереофонические линейные выходы.
– Выходной каскад для подключения
стереофонических громкоговорителей
8 Ом, 500 мВт/канал.
• Низкое энергопотребление: стереофоническое
воспроизведение
при мощности 14 мВт с полосой
48 кГц при питании от аналогового
источника 3,3 В.
• Режим сверхнизкого энергопотребления
с пассивным аналоговым
байпасом.
• Программируемые коэффициенты
усиления по аналоговым входам/выходам.
TLV320DAC3202, интегральная
схема для наушников, с входом
I 2S, с высокой верностью
звуковоспроизведения
и низким энергопотреблением
Описание
TLV320DAC3202 представляет собой
телефонный усилитель с высокой
точностью воспроизведения и низким
энергопотреблением, имеющий встроенный
ЦАП и шины питания. Малый
размер устройства и высокий КПД обеспечивают
максимальный срок службы
батарей и высокие характеристики.
Цифровой аудио-интерфейс поддерживает
стандартные промышленные
форматы типа I 2S и PCM. Многие параметры
данного устройства, например
регулировка громкости, ширина слова
данных и частота дискретизации, могут
конфигурироваться для получения
максимальной универсальности
и высокого КПД. Устройство управления
питанием гарнитуры, исходя
из параметров входного сигнала, автоматически
настраивает питающее
напряжение для оптимизации КПД
и рабочих характеристик. Для простоты
использования и уменьшения количества
выводов устройства, в качестве
управляющего применён интерфейс
промышленного стандарта — I 2C.
Особенности:
• Выходной каскад для стереофонических
наушников класса G
с подавлением щелчков и привязкой
к земле.
• Возможность обеспечения напряжения
на выходе наушников
1 В эфф. (на канал, в фазе).
• Отношение сигнал/шум в канале
100 дБА при рассеиваемой мощности
в режиме покоя 6,5 мВт.
• Встроенная защита от коротких
замыканий для предотвращения
перегрузки шин питания.
• Поддержка частот дискретизации
8, 11,025, 12, 16, 24, 32, 44,1
и 48 кГц.
• Интерфейс I 2C для цифрового
управления.
• Поддержка ширины слова данных
16, 20, 24 и 32 разряда.
• Поддержка стандартов I 2S, PCM,
левого и правого согласования
форматов.
• Поддержка микширования данных
с опцией регулировки коэффициента
усиления.
• 32-ступенчатый регулятор громкости
с диапазоном от 4 до –59 дБ.
Усилители и компараторы
• Синхронизация: внутренняя синхронизация
от сигнала BCLK I 2S.
• Корпус: WCSP, шаг 0,5 мм,
2×2,5 мм.
• Питание: батарейное и от источника
питания устройств ввода/вывода.
Применение:
• Смартфоны и музыкальные телефоны.
• Портативные навигаторы.
• Персональные медиаплееры.
• PDA.
• Портативные игровые консоли.
• Портативные аудиоплееры с HDD
и Flash-памятью.
TLV320AIC3206,
стереофонический
кодек со сверхмалым
энергопотреблением,
с усилителем типа DirectPath TM
для наушников
Описание
TLV320AIC3206 (иногда называемый
AIC3206) представляет собой
универсальный низковольтный, малопотребляющий
стереофонический
аудиокодек с программируемыми
входами и выходами, возможностями
PowerTune (регулировки мощности),
с предварительно настроенными и параметризуемыми
блоками обработки
сигнала, встроенной ФАПЧ и универсальными
цифровыми интерфейсами.
Данная микросхема обеспечивает
широкие возможности по управлению
питанием на основе регистров, конфигурирование
входных/выходных
каналов, регулировку усиления, звуковые
эффекты, мультиплицирование
выводов и синхронизацию, что позво-
Сканти Рус www.scanti.com
25

26
Усилители и компараторы
ляет точно настроить устройство для
конкретного применения. ЦАП устройства
поддерживает воспроизведение
широкого спектра сигналов, от 8 кГц
монофонического воспроизведения
голоса до 192 кГц воспроизведения
стереофонического звука, что делает
его идеальным для использования
в портативных аудио- и телефонных
устройствах с батарейным питанием.
Тракт записи TLV320AIC3206 может
обеспечивать запись сигналов в диапазоне
от 8 кГц – моно до 192 кГц –
стерео и обеспечивает программное
конфигурирование входного канала,
включая несимметричную и дифференциальную
конфигурации, а также
возможность подключения плавающих
и смешанных сигналов.
Особенности:
• Стереофонический аудио-ЦАП
с отношением сигнал/шум 100 дБ.
• Воспроизведение на наушники
с мощностью 5,8 мВт стереофонического
сигнала с частотой дискретизации
48 кГц, симметричного
относительно земли.
• Стереофонический аудио-АЦП
с отношением сигнал/шум 93 дБ.
• Запись стереофонического сигнала
с частотой дискретизации
48 кГц при потребляемой мощности
5,2 мВт.
• Технология PowerTune.
• Расширенные опции обработки
сигнала.
• Шесть несимметричных или 3
полностью дифференциальных
аналоговых входа.
• Стереофонические аналоговый
и цифровой микрофонные входы.
• Стереофонический выход на головные
телефоны, симметричный
относительно земли.
• Сверхмалошумящий усилитель
с программируемым коэффициентом
усиления.
• Режим аналогового байпаса
с низким энергопотреблением.
• Программируемое смещение для
микрофона.
• Программируемая ФАПЧ.
• 40-выводной корпус QFN 5×5 мм.
Применение:
• Портативные навигаторы (PND).
• Портативные медиаплееры
(PMP).
• Мобильные наушники.
Компоненты TI Выпуск 4’2011
• Средства связи.
• Портативная вычислительная техника.
TLV320AIC3256,
стереофонический
кодек со сверхмалым
энергопотреблением, с miniDSP
и с усилителем для наушников
DirectPath TM
Описание
TLV320AIC3256 (иногда упоминаемый
как AIC3256) представляет собой
универсальный низковольтный, малопотребляющий,
стереофонический аудиокодек
с программируемыми входами
и выходами и с возможностями
PowerTune (регулировки мощности),
полностью программируемым miniDSP
с предварительно настроенными и параметризуемыми
блоками обработки
сигнала, встроенной ФАПЧ и универсальными
цифровыми интерфейсами.
TLV320AIC3256 содержит два полностью
программируемых ядра miniDSP,
поддерживающих определяемые
конкретным применением алгоритмы
работы трактов записи и/или воспроизведения
устройства. Ядра miniDSP
являются полностью программноуправляемыми.
Целевые алгоритмы
miniDSP, например для активного шумоподавления,
подавления акустического
эха или улучшенной фильтрации,
загружаются в устройство после подачи
питания. Микросхемой TLV320AIC3256
обеспечиваются широкие возможности
управления питанием на основе регистров,
конфигурирование входных/
выходных каналов, регулировка усиления,
звуковые эффекты, мультиплицирование
выводов и синхронизация, что
позволяет точно настроить устройство
для конкретного применения.
Особенности:
• Стереофонический аудио-ЦАП
с отношением сигнал/шум 100 дБ.
• Воспроизведение на наушники
с мощностью 5,0 мВт стереофонического
сигнала с частотой дискретизации
48 кГц, симметричного
относительно земли.
• Стереофонический аудио-АЦП
с отношением сигнал/шум 93 дБ.
• Запись стереофонического сигнала
с частотой дискретизации
48 кГц при потребляемой мощности
5,2 мВт.
• Технология PowerTune.
• Расширенные опции обработки
сигнала.
• Встроенный miniDSP.
• Шесть несимметричных или 3
полностью дифференциальных
аналоговых входа.
• Стереофонические аналоговый
и цифровой микрофонные входы.
• Стереофонический выход на головные
телефоны, симметричный
относительно земли.
• Сверхмалошумящий усилитель
с программируемым коэффициентом
усиления.
• Режим аналогового байпаса
с низким энергопотреблением.
• Программируемое смещение для
микрофона.
• Программируемая ФАПЧ.
• 40-выводной корпус QFN 5×5 мм.
• Планируется корпус с 42 шариковыми
выводами WCSP 3,5×3,3 мм.
Применение:
• Портативные навигаторы (PND).
• Портативные медиаплееры
(PMP).
• Мобильные наушники.
TPA6140A2 (TPA6140),
стереофонический усилитель
для наушников мощностью
25 мВт класса G, DirectPath,
с регулировкой громкости I 2C
Описание
Микросхема TPA6140A2 (также
известная как TPA6140) представляет
собой стереофонический усилитель
для наушников класса G, с технологией
DirectPath и встроенной регулировкой
громкости по I 2C. Технология,
характерная для класса G, обеспечивает
максимальный срок службы
батареи путём регулирования напряжения
питания усилителя наушников
исходя из уровня звукового сигнала.
При малых уровнях звукового сигнала
внутреннее напряжение питания
снижается для минимизации рассеиваемой
мощности. Технология
DirectPath исключает использование
внешних блокировочных конденсаторов.
Изделие работает при напряжениях
питания от 2,5 до 5,5 В. Режим
работы класса G позволяет поддерживать
суммарный ток питания ниже
5,0 мА при обеспечении мощности

500 мкВт по каждому каналу на нагрузке
32 Ом. В режиме отключения
потребляемый ток снижается до менее
чем 3 мкА, а активация происходит
через интерфейс I 2C.
Особенности:
• Технология класса G от компании
TI значительно увеличивает срок
службы батареи и время воспроизведения
музыки:
– Ток покоя 0,6 мА/канал.
– Ток покоя на 50–80% ниже,
чем у усилителей для наушников
класса АВ с привязкой к земле.
• Технология DirectPath исключает
использование блокировочных
конденсаторов постоянного тока
большой ёмкости:
– Выходные сигналы имеют
нулевое смещение.
– Улучшенная точность звуковоспроизведения
на низких частотах.
• Регулировка громкости I 2C:
– Усиление от –59 до +4 дБ.
• Активное подавление щелчков.
• Снижение шумов в системе
за счёт использования полностью
дифференциального входа:
– Возможно конфигурирование
входа как несимметричного.
• Наличие вывода SGND исключает
наличие шума земляного контура.
• Широкий диапазон напряжений
питания: от 2,5 до 5,5 В.
• Подавление шума источника
питания на 100 дБ.
• Ограничитель тока короткого
замыкания.
• Защита от тепловых перегрузок.
• Программное обеспечение,
совместимое с TPA6130A2.
• Корпус WCSP 1,6×1,6 мм,
шаг выводов 0,4 мм.
Применение:
• Сотовые телефоны/Музыкальные
телефоны.
TAS5708, 20 Вт I 2S
стереофонический звуковой
усилитель мощности
с обратной связью,
эквалайзером (EQ)
и управлением динамическим
диапазоном (DRC)
Описание
Микросхема TAS5708 представляет
собой 20-Вт цифровой звуковой уси-
литель мощности с высоким КПД для
использования с громкоговорителями,
включёнными по мостовой схеме.
32-разрядный тракт данных исключает
необходимость предварительного
масштабирования перед обработкой
и обеспечивает сохранение целостности
сигнала без ухудшения динамического
диапазона. Цифровой
аудиопроцессор с полностью программируемыми
цифровыми фильтрами
позволяет разработчикам
осуществлять настройку громкоговорителей
на оптимальное звучание
при использовании корпусов малого
размера. Программируемый регулятор
динамического диапазона (DRC)
позволяет настраивать уровни мощности
для гибкости системы, в то же
время обеспечивая и режимы ночного
прослушивания.
Архитектура с обратной связью допускает
работу изделия от источника
питания с плохой стабилизацией.
Особенности:
• Аудиовход/выход:
– Мощность 20 Вт на 8-омной нагрузке
при питании от источника
18 В.
– Широкий диапазон напряжения
питания силовых цепей
(от 10 до 26 В); питание
цифровой части 3,3 В.
– Поддержка одного последовательного
аудиовхода (частота
дискретизации от 8 до 48 кГц)
(LJ/RJ/I 2S).
– Мощный каскад с обратной связью
допускает работу от источников
питания с плохой стабилизацией.
• Обработка аудио/ШИМ:
– Встроенный генератор с заводской
настройкой для автоматического
распознавания скорости
потока.
– Высококачественный
32-разрядный аудиопроцессор
тракта данных.
– Эквалайзер с 14 биквадратными
фильтрами.
– Управление динамическим диапазоном
(DRC).
Преимущества:
• Эквалайзер: выравнивание характеристики
громкоговорителя улучшает
характеристики звучания.
• Управление динамическим диапазоном:
обеспечивает защиту
Усилители и компараторы
громкоговорителей и режим ночного
прослушивания.
• Автоматическая коммутация:
предварительно загруженные коэффициенты
для трёх различных
скоростей воспроизведения исключают
необходимость в загрузке
коэффициентов при изменении
скорости.
• Автоопределение: автоматическое
определение изменений
скорости воспроизведения исключает
необходимость во вмешательстве
внешнего микропроцессора.
• Мощный каскад с обратной
связью: обеспечивает работу
в широком диапазоне питающих
напряжений PVCC и снижает искажения,
вызываемые пульсациями
напряжения питания.
TAS5727, 25 Вт цифровой
звуковой усилитель мощности
с высоким КПД для тонких
телевизионных панелей
Описание
Микросхема TAS5727 предназначена
для работы со стереофоническими
громкоговорителями, включёнными
по мостовой схеме. Имеет R DS(ON)
(прямое сопротивление во включённом
состоянии) на 32% ниже, чем
у предыдущего поколения изделий,
что даёт 20-процентное общее снижение
температуры корпуса. Кроме
того, двухполосная система сжатия
динамического диапазона обеспечивает
аудиообработку в двух различных
полосах частот для преодоления
ограничений по качеству звучания,
присущих малогабаритным громкоговорителям.
TAS5727 позволяет разработчикам
создавать высокоэффективные
устройства с малым тепловыделением
в небольших корпусах, что
востребовано на рынке HDTV и звуковых
колонок объёмного звучания.
Особенности и преимущества:
• Значение R DS(ON), составляющее
75 мОм, на 32% ниже, чем у изделий
предыдущего поколения,
что обеспечивает отличные тепловые
характеристики со снижением
на 20% общей температуры
корпуса в ультратонких устройствах
при выходной мощности
25 Вт.
Сканти Рус www.scanti.com
27

28
Усилители и компараторы
• Двухполосное сжатие динамического
диапазона (DRC) допускает
обработку аудиосигнала в двух
различных полосах частот, что облегчает
их интеграцию с большинством
цифровых аудиопроцессоров,
например, TMS320DA708.
DRC может быть использовано
также в качестве ограничителя
мощности для обеспечения защиты
громкоговорителей и режима
ночного прослушивания.
• 18 программируемых биквадратных
фильтров обеспечивают выравнивание
характеристики гром-
Компоненты TI Выпуск 4’2011
коговорителя и другие функции
обработки аудиосигнала.
• Работа в режиме класса D исключает
необходимость использования
теплоотводов.
Оконечное оборудование
звуковых трактов
Компания TI предлагает обширные
технические возможности для разработки
оконечного оборудования звуковых
трактов. Среди «домашних»,
«портативных» и «профессиональных»
устройств можно выбрать конкретное
аудиооборудование и найти
для него законченные блок-схемы
систем, руководства по применению,
аппаратные и программные
средства, а также прочую необходимую
для разработки информацию.
Эти материалы могут использоваться
для получения ответов на неотложные
вопросы проектирования и лучшего
понимания того, как аудиопродукция
от компании TI, её средства
и ресурсы могут упростить процесс
разработки и сократить время выхода
изделия на рынок. Подробную
информацию о продуктах смотрите
на сайте www.ti.com.

Руководство по выбору усилителей
Texas Instruments производит широкий ассортимент операционных усилителей,
включая прецизионные усилители, усилители низкой мощности, усилители
с низким и высоким напряжением питания, высокоскоростные усилители,
усилители с размахом, равным напряжению питания, с использованием разных
технологических процессов. Компания TI создала самый широкий в отрасли
ассортимент маломощных операционных усилителей и операционных усилителей
низкого напряжения, свойства которых соответствуют требованиям широкого
ряда применений. На веб-сайте amplifier.ti.com/search доступно интерактивное
средство выбора операционных усилителей с параметрическим поиском
и ссылками на все технические характеристики операционных усилителей.
Критерии выбора
Выбор наилучшего операционного
усилителя для проекта сопровождается
рассмотрением большого числа
взаимосвязанных требований. В ходе
выбора конструкторы часто сталкиваются
с взаимоисключающими
требованиями к размеру, стоимости
и производительности компонентов.
Это может создать трудности даже
для опытных инженеров. Однако
диапазон поиска можно значительно
сузить, определив требования к следующим
параметрам.
Напряжение питания (V S). В таблицах
имеются разделы для усилителей
с низким напряжением питания
(5 В мин.).
Выбрать подходящий вариант с учётом
других требований (например,
точность) к операционному усилителю
можно в столбце предлагаемых
решений. В проектах, где используется
однополярное питание, может
требоваться размах, равный напряжению
питания, а также могут предъявляться
требования к параметрам,
относящимся к точности.
Точность в первую очередь связана
с входным напряжением смещения
(V OS) и его изменением из-за температурного
дрейфа, ослабления
нестабильности источника питания
и ослабления синфазных сигналов.
Обычно используется как характе-
ристика операционных усилителей
с низким входным напряжением
смещения и низким температурным
дрейфом входного напряжения смещения.
Прецизионные операционные
усилители требуются для усиления
очень слабых сигналов термопар
и других датчиков с низким уровнем
сигналов. В цепях с высоким коэффициентом
усиления и многокаскадных
цепях может требоваться низкое напряжение
смещения.
Произведение коэффициента усиления
на ширину полосы пропускания
(GBW). Добротность (иногда
используют термин «ширина полосы
усиления») операционного усилителя
с обратной связью по напряжению
определяет его полезную ширину полосы
пропускания. Максимальная
ширина полосы пропускания приблизительно
равна добротности,
деленной на коэффициент усиления
усилителя с замкнутой обратной величиной.
Во многих проектах наилучшие
результаты могут быть получены
при выборе операционного
усилителя с более широкой полосой
пропускания и скоростью нарастания.
Это позволяет добиться хороших
показателей искажения, линейности,
точности, равномерности усиления
и других показателей, на которые
оказывают влияние коэффициенты
обратной связи.
Питание (требования I Q) — важный
параметр для многих проектов. Из-
Усилители и компараторы
за того, что операционные усилители
могут потреблять значительную часть
всего питания системы, ток потребления,
особенно в системах с питанием
от батарей, является основным критерием
выбора компонента.
Размах, равный напряжению питания.
Выходной сигнал с размахом,
равным напряжению питания, обеспечивает
максимальный размах
выходного напряжения и самый
широкий динамический диапазон.
Это может быть особенно важно
при низком рабочем напряжении,
когда размах сигналов ограничен.
Поддержка входного сигнала с размахом,
равным напряжению питания,
часто требуется для получения
максимального размаха сигнала
в буферах (G = 1) с однополярным
питанием. Это свойство может быть
полезно и в других случаях в зависимости
от требований к коэффициенту
усиления и смещению.
Шумы напряжения (V N). Создаваемый
усилителем шум может ограничивать
общий динамический диапазон,
точность или разрешение системы.
Малошумящие операционные
усилители могут повышать точность
даже при медленном измерении постоянного
тока.
Входной ток смещения (I B) может
создавать ошибку смещения из-за
падения напряжения на импедансах
источника или обратной связи.
В приложениях с высоким импедансом
источника или элементами обратной
связи с высоким импедансом
(например, трансимпедансные
усилители или интеграторы) часто
требуется низкий входной ток смещения.
Операционные усилители
с полевым или КМОП-входом обычно
имеют очень низкий входной ток
смещения.
Скорость нарастания. Максимальная
скорость изменения вы-
Сканти Рус www.scanti.com
29

30
Усилители и компараторы
ходного сигнала усилителя. Этот
параметр важен при усилении больших
сигналов с высокой частотой.
Доступная ширина полосы пропускания
больших сигналов операционного
усилителя определяется его скоростью
нарастания SR/0,707(2π)V P.
Размер корпуса. TI выпускает большое
число миниатюрных корпусов,
включая WCSP, SOT23, SC70, а также
небольшие корпуса PowerPAD
с высоким рассеянием мощности,
которые удовлетворяют требованиям
к малому размеру и высокой
выходной мощности. Большинство
одноканальных операционных усилителей
компании TI выпускаются
в корпусе SOT23. Некоторые модели
двухканальных усилителей доступны
в корпусе SOT23-8.
Обозначение операционных усилителей
Напряжение
питания
V S ≤5 В
V S ≤16 В
V S ≤+3 В
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Режим выключения (Shutdown).
Функция выключения, переводящая
усилитель в высокоимпедансное состояние,
что во многих случаях позволяет
снизить ток покоя до уровня
менее 1 мкА. Эта возможность позволяет
применять операционные
усилители с широкой полосой пропускания
в устройствах с низким энергопотреблением,
включая их только
при необходимости.
Декомпенсированные усилители.
В системах с коэффициентом усиления
больше единицы (G >1) декомпенсированные
усилители обеспечивают
значительно более широкую
пропускную способность, улучшенную
скорость нарастания и пониженное
искажение по сравнению со стабильными
аналогами с единичным
Требования проекта Типовое применение
Размах сигнала, равный напряжению питания,
малая мощность, прецизионность, небольшой
корпус
Размах сигнала, равный напряжению питания,
низкий шум, низкое напряжение смещения,
прецизионность, небольшой корпус
Низкий входной ток смещения, низкий ток
смещения, высокий входной импеданс
V S ≤+44 В Низкое напряжение смещения, низкий дрейф
Двуполярное
питание
от ±5 до ±15 В
2,7 В ≤V S ≤5 В
Однополярное
питание
Высокая скорость при двуполярном питании
Высокая скорость при однополярном питании
Устройства с питанием от батарей,
портативные устройства
усилением в условиях одинакового
тока покоя или шума.
Общие вопросы
проектирования
систем
на операционных
усилителях
Какова амплитуда
входного сигнала?
Чтобы получить малые ошибки
по отношению к входному сигналу,
для малых входных сигналов необходимо
применять высокоточные
усилители (например, с низким напряжением
смещения). Убедитесь
в том, что усиленный выходной сигнал
не будет выходить за пределы
выходного напряжения усилителя.
Рекомендованная
технология
Промышленные и автомобильные системы КМОП
Промышленное и контрольное
оборудование, оптические сети (ONET),
аудиоаппаратура профессионального
класса
Промышленное и контрольное
оборудование, оптические сети,
аудиоаппаратура профессионального
класса
XDSL, видео, профессиональная работа
с изображением, обработка сигналов
преобразователей данных
Любительская работа с изображением,
обработка сигналов преобразователей
данных, системы безопасности
автомобиля
Рекомендованная
серия усилителей TI
КМОП OPA3xx, TLVxxxx
OPA3x, TLCxxxx,
OPA7xx
FET, Difet OPA1xx, OPA627
Биполярная OPA2xx, TLExxxx
Difet,
высокоскоростная
биполярная, BiCOM
Высокоскоростная
КМОП
OPA6xx*, OPA8xx*
THSxxxx*
OPA35x, OPA6xx*,
THSxxxx*, OPA8xx*

Будет ли изменяться
окружающая температура?
Операционные усилители чувствительны
к колебаниям температуры,
поэтому важно учитывать температурный
дрейф напряжения смещения.
Изменяется ли напряжение
в режиме синфазного сигнала?
Убедитесь в том, что операционный
усилитель будет работать в диапазоне
синфазного сигнала с надлежащим
коэффициентом ослабления синфазных
сигналов (CMRR). Напряжение
синфазного сигнала будет создавать
дополнительное напряжение смещения.
Изменяется ли напряжение
питания?
Колебания напряжения питания
влияют на напряжение смещения.
Это явление может быть особенно
важным в системах с питанием от батарей.
Примеры применения
прецизионных усилителей
• Цепи с высоким коэффициентом
усиления (G >100)
• Измерение малых входных сигналов
(например, термопары)
• Цепи с широким диапазоном рабочей
температуры (например,
в автомобилестроении или в промышленности)
• Системы сбора данных с однополярным
питанием ≤5 В с ограниченным
размахом входного напряжения.
Описание технологий
Знание преимуществ полупроводниковых
технологий поможет выбрать
компоненты для любого проекта.
Усилители КМОП. Если основными
требованиями являются низкое напряжение
и (или) низкое энергопотребление,
хорошее соотношение скорости
к потребляемой мощности, размах
сигнала, равный напряжению питания,
низкая стоимость и небольшой
корпус, выберите усилители КМОП
в миниатюрных корпусах, имеющие
самую высокую точность в отрасли.
Высокоскоростные биполярные усилители:
если требуется высокая скорость
при наименьшем энергопотреблении,
наилучшим выбором станет
биполярная технология. Чрезвычайно
хорошее усиление по мощности обеспечивает
очень высокую выходную
мощность по всей ширине полосы
пропускания при самой низкой мощности
покоя. Только биполярная технология
удовлетворяет требованиям
к повышенному напряжению.
Прецизионные биполярные усилители.
Наилучший выбор для ограничения
ошибок по отношению к напряжению
смещения. Эти усилители
имеют низкое напряжение смещения
и температурный дрейф, высокий коэффициент
усиления разомкнутой
цепи и подавление синфазных сигналов.
Прецизионные биполярные операционные
усилители широко применяются
в системах с низким входным
импедансом, например в качестве
усилителя термопары, а также там,
Усилители и компараторы
где ошибки по напряжению, напряжение
смещения и дрейф являются
критическими для точности.
Усилители на полевых транзисторах
с низким током I B. При очень высоком
входном импедансе усилители с полевым
входом обеспечивают лучшую
общую точность по сравнению с усилителями,
имеющими биполярный
вход, за счёт очень низкого входного
тока смещения. Использование биполярного
усилителя в системах с высоким
импедансом источника (например,
зонд с импедансом 500 МОм)
приведёт к тому, что смещение, дрейф
и шум, создаваемые проходящими
через источник токами смещения,
приведёт к практически полной неработоспособности
цепи. Если требуется
низкий уровень ошибки по току,
усилители с полевым входом обеспечивают
чрезвычайно низкий входной
ток смещения, низкий ток смещения
и высокий входной импеданс.
Диэлектрически изолированные
FET-усилители (Difet). Технология
Difet позволяет создавать усилители
с очень низкой входной утечкой
благодаря устранению плоскостного
диода подложки, присутствующего
в технологиях изолированной подложки.
Созданные по этой технологии
операционные усилители имеют
очень высокую точность и низкий
уровень шума. Технология Difet
также сводит к минимуму паразитную
ёмкость и эффект насыщения
выходного транзистора, что позволяет
расширить полосу пропускания
и размах выходного сигнала.
Отладочный комплект для разработки маломощных
беспроводных сетей передачи данных
CC110L RF-BoosterPack — это комплект
для разработки маломощных RF-сетей.
Состоит из двух плат приёмопередатчиков,
содержащих радиомодули A110LR09A
фирмы Anaren Integrated Radio (AIR), выполненные
на базе микросхем CC110L.
Модуль также включает в себя антенну диапазона
868–870 МГц. Комплект предназначен
для совместной работы с отладоч-
НОВОСТИ
ными платами LaunchPad MSP-EXP430G2
производства Texas Instruments. Комплект
BoosterPack также включает в себя пакет
программного обеспечения, называемый
AIR BoosterStack, представляющий собой
пример построения сети сбора данных
с датчиков.
www.ti.com
Сканти Рус www.scanti.com
31

32
Беспроводные коммуникации
Фредрик Кервел (Fredrik Kervel)
Рекомендации Texas Instruments
по выбору кварцевых резонаторов
для радиочастотных устройств
Введение
Правильная работа радиочастотных
систем сильно зависит от точности
тактовых импульсов. Отклонение
частоты тактовых импульсов непосредственным
образом сказывается
на радиочастоте, выражаясь в её отклонении
от номинала. Это может
привести к ухудшению рабочих характеристик
на радиочастотах (РЧ),
нарушению требований законодательства
или, в самом худшем случае,
к отказу системы.
Приведённые ниже замечания имеют
целью дать инженеру-разработчику
краткие указания относительно того,
как проектировать, настраивать
и проверять схемы тактирования для
РЧ-устройств малой мощности производства
Texas Instruments.
В статье представлен перечень
предлагаемых кварцевых резонаторов,
которые можно использовать
с устройствами CC253x и CC2540.
Разработчик должен выбрать кварцевый
резонатор (кристалл), который
отвечает требованиям с точки зрения
размера, допусков и температурного
диапазона.
Если приходится использовать
другие кристаллы, работающие
на основной частоте, настоятельно
рекомендуется выбирать кварцевые
пластины AТ-среза ввиду их точности
и простоты использования.
Теория кварцевых
генераторов
Работа кварцевого генератора
Схема, используемая в качестве источника
тактовых импульсов высокой
частоты и высокой точности для
РЧ-устройств малой мощности производства
Texas Instruments, называ-
Компоненты TI Выпуск 4’2011
ется «генератор Пирса». Такая схема
показана на рисунке 1. Электрическая
цепь этого генератора состоит из инвертирующего
усилителя (как правило,
это обычный инвертор), резистора
обратной связи, двух конденсаторов
и кварцевого резонатора. Первые
два элемента являются внутренними
элементами ИС, а конденсаторы
и кварцевый резонатор – это навесные
элементы, и их нужно подбирать
для каждой конкретной разработки.
Рисунок 1. Генератор Пирса
При работе в штатном режиме
кварцевый резонатор и конденсаторы
образуют П-образный фильтр, обеспечивающий
фазовый сдвиг на 180°
для внутреннего усилителя и таким
образом поддерживающий привязку
генератора к определённой частоте.
Погрешность кварцевого
резонатора
Суммарная погрешность кварцевого
резонатора зависит от трёх факторов:
погрешности изготовления, температурной
погрешности и старения. Все
эти значения указываются в [ppm]
(миллионные доли) и имеются в технических
данных, предоставляемых
изготовителем. Чтобы получить общую
максимальную погрешность
конкретного кристалла, необходимо
учесть все эти факторы.
Отклонение частоты кварцевого
резонатора напрямую связано с отклонением
РЧ, таким образом, отклонение
частоты кварцевого генератора
X ppm приводит к отклонению несущей
частоты X ppm. Поэтому важно
выбрать кристалл, рабочие характеристики
которого находятся в пределах
технических характеристик, требуемых
от РЧ-устройства. Конечно, необходимо
учесть ожидаемое старение
и условия эксплуатации (температуру)
всего оборудования, в котором используются
данные устройства.
Для протокола 802.15.4 (RF4CE)
максимальное отклонение несущей
частоты ограничивается значением
40 ppm. А для устройств Bluetooth
с низким энергопотреблением предел
составляет 20 ppm.
Ёмкость нагрузки
Правильная работа кварцевого генератора
зависит от значений двух
навесных конденсаторов, обозначенных
как C 1 и C 2 на рисунке 1. Эти
конденсаторы вместе с некоторой паразитной
ёмкостью, которая имеется
на печатной плате и на выводах кристалла,
составляют общую ёмкость
нагрузки, воспринимаемую кристаллом.
Оптимальная ёмкость нагрузки
для кристалла, C L, указывается в технических
данных кварцевого резонатора,
и, таким образом, значения C 1
и C 2 должны быть согласованы с этим
значением в соответствии с приведённым
ниже выражением:
C L=(C ’ 1•C ’ 2)/(С ’ 1+С ’ 2),
где C' x – это суммарная ёмкость конденсатора
C x, паразитной ёмкости

проводника печатной платы и ёмкости
выводов кристалла. Сумма двух
последних составляющих обычно находится
в диапазоне 2–8 пФ.
Самый простой способ отыскать
оптимальные значения конденсаторов
нагрузки для данной схемы и компоновки
– определение их опытным
путём. Радиооборудование должно
быть настроено в режим передачи
постоянной несущей частоты с помощью
SmartRF Studio. Измеряя частоту
на выходе с помощью анализатора
спектра, можно легко определить отклонение.
R S (ESR) и отрицательное
сопротивление
R S, или ESR (эквивалентное последовательное
сопротивление), — это
параметр кварцевого резонатора,
который можно найти в технических
данных. Отрицательное сопротивление
– это параметр всей схемы генератора,
включая значения ёмкостей
конденсаторов, параметры кварцевого
резонатора и цепи, реализованной
на кристалле ИС. Для того чтобы
обеспечить правильное функционирование
кварцевого генератора, отрицательное
сопротивление должно
быть, по крайней мере, в 5 раз больше
R S.
R S< R neg/5.
Если это не так, возможно, генератор
не будет работать так, как ожидается,
или может вообще не заработать.
Отрицательное сопротивление схемы
можно найти, включив резистор
последовательно с кварцевым резонатором.
Чтобы избежать влияния
паразитных параметров, для выполнения
этой задачи рекомендуется использовать
резистор в корпусе 0201.
Пороговое значение сопротивления,
при котором запуск генератора становится
невозможен, приблизительно
равно отрицательному сопротивлению
схемы. Пример зависимости сопротивления
от времени запуска и порогового
значения отрицательного
сопротивления показан на рисунке 2.
Обратите внимание на то, что более
высокие значения ёмкости конденсатора
нагрузки приводят к уменьшению
отрицательного сопротивления
и, следовательно, увеличивают время
запуска.
Беспроводные коммуникации
Рисунок 2. Зависимость времени запуска от дополнительного последовательно включённого сопротивления
(FA-128 в устройстве CC2540EM)
Регистр FREQTUNE
Радиоустройства CC253x и CC2540
позволяют программно добавлять
дополнительную ёмкость нагрузки
на кристалле для подстройки частоты
кварцевого генератора. Значение этой
ёмкости регулируется 4 последними
битами (3:0) регистра «FREQTUNE».
Принятое по умолчанию значение
этого регистра – «0x0F», что соответ-
Рисунок 3. Пример «подтягиваемости» с помощью FREQTUNE
ствует отсутствию добавочной ёмкости.
При каждом шаге уменьшения
значения регистра в схему кварцевого
генератора добавляется дополнительная
ёмкость, снижая тем самым
частоту кварцевого генератора.
Возможный диапазон подстройки,
который можно назвать «подтягиваемостью»
(pullability), будет
разным у разных резонаторов, как
показано на рисунке 3. Некоторые
Сканти Рус www.scanti.com
33

34
Беспроводные коммуникации
изготовители включают это значение
в технические данные, указывая его
в ppm/пФ.
Обратите внимание на то, что такие
параметры, как R отриц и время запуска,
зависят от ёмкости нагрузки, поэтому
изменение значения FREQTUNE
также изменяет и эти параметры.
На рисунке 4 показано, как меняется
время запуска при добавлении ёмкости
нагрузки.
И на рисунке 3, и на рисунке 4 ёмкость
нагрузки регулируется таким образом,
что значение FREQTUNE=0x0F
приблизительно соответствует нулевому
смещению (0 ppm) от номинальной
центральной частоты.
Выбор кварцевого
резонатора
В таблице 1 представлены некоторые
из предлагаемых кристаллов.
Эти кристаллы проверены с изделием
CC2540 на двух платах встроенных
модулей (EM-платах): «CC2540EM
Crystal Eval» и «CC2540EM HC49smd
Eval». Первая плата имеет места для
установки кварцевых кристаллов
разного размера, от 2016 до 4025,
а на второй плате предусмотрено
место для установки кристаллов
HC49smd.
Несмотря на то, что испытания проводились
с устройством CC2540, кристаллы
будут работать аналогичным
образом и на любом другом устройстве
CC253x.
Таблица 1. Значения параметров
Изготовитель
Обозначение модели,
принятое у изготовителя
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Рисунок 4. Зависимость времени запуска от настройки FREQTUNE
В таблице 1 перечислены кварцевые
резонаторы с основными значениями
параметров из их технических
данных. В таблице 2 содержатся результаты
измерений, проведённых
с использованием отладочных плат
компании TI.
Обратите внимание на то, что
данные измерений будут отличаться
для разных плат, потому что они
имеют разные компоновки и характеристики.
Приведённые значения
ёмкости конденсатора действитель-
Корпус ESR, Ом C L, пФ Частота,
МГц
Общ. погр.,
ppm
ны для отладочных плат кварцевых
кристаллов TI, в случае других плат,
возможно, потребуются другие значения.
Выбор кристаллов для конкретного
решения часто зависит от трёх факторов:
размера (площади на плате,
высоты), рабочих характеристик
(точности в заданном диапазоне температур,
срока службы) и стоимости,
ведь чем лучше рабочие характеристики
и меньше размеры, тем выше
цена.
Темп. погр.,
ppm
Старение,
ppm/ год
Темп. диапазон, °C
Epson Toyocom FA-128 2016 60 10 32 10 10 5 85 –40
Epson Toyocom FA-20H 2520 60 10 32 10 10 3 85 –40
NDK NX3225GA 3225 50 12 32 20 30 85 –40
Tai-Saw Technology TZ1983A HC49smd 50 10 32 10 20 1 70 0
Таблица 2. Результаты измерений с помощью отладочной платы TI при температуре 25 °C
Обозначение модели, принятое у изготовителя C231 C221
Время запуска, мкс
FREQTUNE
Отриц. сопротивление
Для 2 В Для 3 В «Подтягиваемость»
FA-128 12 пФ 12 пФ 290 251 1 кОм –54 ppm
FA-20H 12 пФ 12 пФ 408 352 –35 ppm
NX3225GA 12 пФ 15 пФ 236 216 820>Rотр.>680 Ом –78 ppm
TZ1983A 10 пФ 12 пФ 228 208 –150 ppm

Майкл Дэй (Michael Day), Тарек Сааб (Tarek Saab)
Функция поточечной коррекции в TLC5940
для компенсации разброса яркости
светоизлучающих диодов
Количество светоизлучающих диодов,
используемых в различных типах
оконечных устройств, превосходит
самые смелые ожидания. Снижение
стоимости светодиодов с одновременным
увеличением их излучательной
способности (в люменах
на ватт) привело к модернизации
многих распространённых устройств.
Светодиоды завоевали такие направления
спроса, как архитектурное (дизайнерское)
освещение, подсветка
ЖК-экранов в телевизорах, лампы
головного света в автомобилях,
уличные светофоры. В то же время
спрос на них продолжает доминировать
и в других областях, таких как
высококачественные крупноформатные
видеодисплеи и алфавитноцифровые
устройства отображения.
Поскольку эффективность и яркость
светодиодов улучшаются, а стоимость
их падает, ожидается, что светодиоды
в конечном счёте заменят
традиционные источники подсветки
в бытовой технике. Некоторые области
применения, такие как использование
светодиодов для подсветки
ЖК-экранов в телевизорах и крупноформатных
видеодисплеях, требуют
значительно более высокого уровня
равномерности по яркости по сравнению
с использованием отдельных
светодиодов. В этой статье показано,
как функция поточечной коррекции,
реализованная в TLC5940 от корпорации
TI и в аналогичных драйверах
светодиодов, обеспечивает равномерную
яркость светодиодов для
многих тысяч пикселей, составляющих
такие дисплеи.
Информационное или рекламное
табло, аналогичное показанному
на рисунке 1, состоит из множества
дисплейных панелей и тысяч светодиодов.
Отдельные светодиоды,
из которых состоит каждый массив,
значительно отличаются по яркости,
причём разница в световом
потоке для наиболее и наименее
ярких светодиодов может составлять
от 15 до 20%, если не больше.
Разработчик должен гарантировать
калибровку каждого светодиода для
обеспечения одинакового значения
яркости, чтобы полностью включённый
экран выглядел однородным.
Без такой калибровки экран будет
выглядеть пятнистым и неравномерным.
Даже в случае установки
в месте эксплуатации калиброванно-
Рисунок 1. Использование резисторов для распределения нагрузки
Управление питанием
го дисплея будут возникать изменения
яркости, связанные с различным
старением отдельных светодиодов.
В результате компании вынуждены
непрерывно решать проблемы,
связанные с поддержанием качества
и обслуживанием. Для компенсации
отклонений по яркости и старения
изготовители часто используют два
способа: первый (также известный
как «биннинг») заключается в закупке
у поставщика подобранных
надлежащим образом светодиодов;
второй заключается в использовании
высококачественных драйверов
Сканти Рус www.scanti.com
35

36
Управление питанием
светодиодов с функцией поточечной
коррекции.
Поставщики светодиодов получают
выгоду от реализации подобранных
светодиодов за счёт постепенного
увеличения цены. Производится
обмер и сортировка красных, зелёных
и синих (RGB) светодиодов
по яркости при определённом токе.
Использование такого метода может
обеспечить требуемую однородность
при минимальных конструктивных
затратах для осветительных систем
минимального уровня. Однако разброс
скоростей деградации по яркости
для отдельных пикселей приводит
к тому, что этот способ является
только кратковременным решением.
Иными словами, через год или два
изображение становится пятнистым.
Кроме того, поскольку неисправная
панель требует замены, новая панель
по светоотдаче будет визуально отличаться
от остальных.
Высококачественные системы
отображения требуют такого согласования
уровней яркости, которое
не может быть достигнуто простым
подбором светодиодов. Для обеспечения
попиксельной и попанельной
однородности в течение срока службы
устройства отображения изготовители
используют усовершенствованные
драйверы светодиодов с возможностью
поточечной коррекции.
Поточечная коррекция представляет
собой способ управления яркостью
отдельных пикселей путём регули-
Рисунок 2. Типовое включение TLC5940
Компоненты TI Выпуск 4’2011
рования тока, пропускаемого через
каждый отдельный светодиод массива.
Функция поточечной коррекции
позволяет процессору управлять
общим током светодиодной панели,
тогда как драйверы светодиодов регулируют
ток через каждый светодиод
и обеспечивают однородную яркость.
При этом высвобождаются мощности
процессора для выполнения других
функций, поскольку более нет необходимости
в контроле просмотровой
таблицы или в выполнении сложных
задач по мультиплицированию для
каждого светодиода в каждом цикле
регенерации.
Для реализации поточечной коррекции
изготовители замеряют яркость
отдельных светодиодов с помощью
фотофиксации. Наименее
яркий светодиод в системе объявляется
«базовым» и по нему выравниваются
все остальные пиксели. Для
выполнения такой калибровки ток,
подаваемый к каждому пикселю,
умножается на дробное значение,
пропорциональное светоотдаче светодиода.
В устройствах типа TLC5940
от корпорации TI значение поточечной
коррекции для каждого светодиода
может динамически изменяться
в каждом цикле регенерации или
сохраняться во встроенном ЭСППЗУ.
Такой двойной способ обладает гибкостью
при изменении общей яркости
панели с изменением условий
внешней освещённости и обеспечивает
долговременную энергонеза-
висимую информацию о поточечной
коррекции, гарантирующую равномерность
свечения панели. Данные
в ЭСППЗУ могут быть переписаны при
изменении результатов измерения
светоотдачи по прошествии времени
или при отказе панели, требующем
ремонта или замены. В приведённом
ниже примере показано, как поточечная
коррекция используется для
выравнивания яркостей светодиодов
в процессе изготовления.
Типовая дисплейная панель содержит
от десятков до тысяч светодиодных
драйверов и от сотен до сотен
тысяч отдельных светодиодов. Для
простоты в данном примере рассматриваются
только 16 светодиодов,
подключённых к единственному
драйверу. На рисунке 2 показана типовая
схема одиночного драйвера.
Внешний источник питания, V LED,
обеспечивает питание светодиодов.
R EXT задаёт абсолютный максимальный
ток через любой светодиод.
Внешний процессор программирует
TLC5940 на включение или выключение
каждого отдельного светодиода
и на задание его тока в процентах
от максимального запрограммированного
тока.
Первым шагом при калибровке яркости
панели является задание максимального
тока. В данном примере
требуется, чтобы зелёный светодиод
имел силу света 80 мкд. Имеются
светодиоды (Osram LP E675) с 4 различными
диапазонами светоотдачи:
45–56, 56–71, 71–90 и 90–112 мкд,
при этом измерение производится
при нормированном токе 50 мА. При
выборе наивысшего диапазона гарантируется
не менее 80 мкд на светодиод.
R EXT должно обеспечить ток,
достаточный для того, чтобы даже
наименее яркий светодиод имел
силу света 80 мкд. В соответствии
с листом технических данных на
LP E675 ток через светодиод, составляющий
43 мА, гарантирует получение
80 мкд. Во время изготовления,
яркость всех светодиодов измеряется
при полном токе (43 мА). Это позволяет
построить гистограмму светоотдачи
для светодиодов, представленную
на рисунке 3.
Можно видеть, что изменение яркости
между светодиодами без использования
поточечной коррекции
может составлять ±10%. В высоко-

Рисунок 3. Гистограмма яркостей светодиодов и прямых токов через них до поточечной коррекции
качественных устройствах отображения
такой разброс яркостей неприемлем.
Теперь для калибровки
яркостей светодиодов может быть
использована функция поточечной
коррекции, имеющаяся в TLC5940.
При программировании на полную
яркость микросхема должна обеспечить
изменение яркости светодиода
LED1 с 83 до 80 мкд. TLC5940 имеет
6-разрядную поточечную коррекцию
(64 уровня), что соответствует разрешающей
способности 1,56% на каждый
уровень.
По приведённой ниже формуле
рассчитывается уровень поточечной
коррекции для каждого светодиода:
DC Production =
= (L Baseline/L Initial)×64 = 61,7,
где DC Production — требуемое значение
поточечной коррекции при изготов-
лении, L Baseline — требуемый уровень
яркости и L Initial — исходная яркость
при максимальном токе.
Путём округления расчётного значения
поточечной коррекции до ближайшего
дробного значения и последующего
умножения исходной светоотдачи
на коэффициент поточечной
коррекции получается новая яркость
светодиода.
L Production = (DC Production/64) ×
× L Iinitial = 80,4 мкд.
После расчёта и сохранения значений
поточечной коррекции,
TLC5940 может автоматически обеспечивать
одинаковую яркость всех
светодиодов. Когда процессор программирует
TLC5940 на управление
полным током, TLC5940 автоматически
выставляет фактические токи
в каждом канале, соответствующие
Рисунок 4. Гистограмма яркостей светодиодов и прямых токов через них после поточечной коррекции
Управление питанием
надлежащей калибровке светодиодов
по яркости. Ток через LED1 рассчитывается
как
I LED1 = (DC LED1/64)×I max = 41,66 мА,
где I LED1 — фактический ток через
LED1, DC LED1 — значение поточечной
коррекции для LED1 (62) и I max — максимальный
ток через светодиод, задаваемый
R EXT (43 мА). Применяя эту
формулу к остальным светодиодам,
получаем гистограмму, показанную
на рисунке 4. При программировании
в энергонезависимое ЭСППЗУ
TLC5940 данные поточечной коррекции
становятся доступными каждый
раз при включении панели и остаются
постоянными до следующей калибровки
панели.
Для промышленных устройств,
применяемых внутри и вне помещений,
например для рекламных щитов
и крупноформатных видеодисплеев,
достаточно «статической» настройки
(калибровка остаётся неизменной,
пока её не изменяют вручную).
Значения поточечной коррекции
не изменяются до момента очередного
планового обслуживания. В современных
устройствах, например
в устройствах подсветки ЖК-экранов
телевизоров, необходима схема динамической
поточечной коррекции.
Такие изделия, как Sony 40» Qualia
005 и Samsung 46» LNR460D, имеют
встроенные ЖК-телевизоры, снабжённые
светодиодной подсветкой.
Вопреки популярным убеждениям,
в этих ТВ-дисплеях используются
не белые светодиоды. Для создания
«регулируемого» белого свечения
используются управляемые RGBсветодиоды.
Светодиодная подсветка имеет
следующие преимущества по сравнению
с традиционными лампами:
более высокий КПД, пониженные
искажения при передаче движения,
более широкий спектр цветов
(>105% NTSC в некоторых случаях),
более продолжительный срок службы,
регулируемая цветовая температура
и т. д. Качество изображения
несравненное. Однако специалисты
по ЖК-телевизорам сталкиваются
не только с трудностями, связанными
с изменениями светоотдачи, как
и специалисты по традиционным панелям,
но и с проблемами, связан-
Сканти Рус www.scanti.com
37

38
Управление питанием
ными с температурой. Устройства
подсветки телевизионных экранов
чувствительны к изменениям яркости
светодиодов, вызванным зависимостью
от температуры. Кроме
того, ТВ-приёмники обеспечивают
оптимальное качество изображения
только в том случае, когда параметры
подсветки могут регулироваться для
обеспечения соответствия постоянно
меняющимся условиям внешней
освещённости в каждом жилом помещении.
В устройствах бытовой техники
это создаёт необходимость динамической
регулировки яркости.
Для формирования такого динамического
контура управления необходимы
встроенные датчики, измеряющие
температуру светодиодов и изменения
их яркости, а также внешние
датчики, измеряющие окружающую
освещённость. Контур управления,
в его наиболее общем виде, обеспечивает
сбор данных от датчиков и передачу
этих результатов измерений
в процессор. Процессор оценивает
эти данные и обеспечивает «интеллектуальное»
управление драйвера-
Дизайнеры современных систем
светодиодного освещения всё
чаще сталкиваются с задачами
достижения необходимой
производительности и надёжности
этих систем. Типовые решения
TI с применением светодиодов
позволяют быстро решать эти
задачи.
Предлагаемое пособие для решения
задач в области проектирования освещения
представляет собой полезный инструмент,
который поможет пользователю
справиться с трудностями, возникающими
при проектировании освещения.
Разработчик сможет не только управлять
усилителем мощности, но и регулировать
токи светодиодов, благодаря чему снимается
необходимость установки многочисленных
комплектующих и уменьшается
стоимость системы. В системах можно
предусмотреть тщательное управление
Компоненты TI Выпуск 4’2011
ми светодиодов, например TLC5940.
В процессоре происходит объединение
исходных, заводских данных поточечной
коррекции с новыми, динамическими
данными, и вырабатываются
новые значения для поточечной
коррекции.
В предыдущем примере, если измеритель
окружающей освещённости
обнаруживает её низкий
уровень, то требуется только 70%
от полной яркости, или 56 мкд,
и процессор рассчитывает новое
значение поточечной коррекции
для данных условий внешней освещённости,
составляющее 44,8. Если
при этом светоотдача светодиодов
падает на 10% из-за повышения температуры,
процессор рассчитывает
значение поточечной коррекции 71,1.
Путём объединения всех трёх значений
для поточечной коррекции вырабатывается
новое значение, обеспечивающее
компенсацию всех трёх
изменений яркости.
DC Ambient = ((80×0,7)/80)×64 = 44,8
DC Temp = (80/(80×0,9))×64 = 71,1
устройством регулирования тока и напряжения,
что позволит задавать точные характеристики
интенсивности освещения
и смешивания цветов, контролировать
температуру в целях предотвращения
термической нестабильности, регулировать
яркость света посредством системы
интеллектуального адаптивного затемнения,
а также выявлять неисправности
(сбои тока и напряжения, обрыв цепи).
Связь с внешними системами можно организовать
посредством линий электропередачи,
беспроводных технологий или
интерфейсов.
Разработчики, которым необходимы
инновационные и доступные решения
в области светодиодного освещения,
смогут достичь требуемых результатов
с помощью широкого ассортимента преобразователей
AC/DC и DC/DC, драйверов
светодиодов, устройств управления
питанием, беспроводных и проводных
DC Total = (DC Ambient/64)×
×(DC Temp/64)×(DC Production/64)64 = 48
Как показано в приведённом ниже
выражении, комбинированное значение
поточечной коррекции составляет
48, что соответствует требуемой
яркости 56 мкд. Необходимо отметить,
что исходный ток в данном
расчёте выбран равным 90% от исходного
тока при изготовлении из-за
падения яркости, вызванного температурой.
LFinal = (DC Total/64)×(83×0,9) =
= 48/64×74,7 = 56 мкд.
Такие усовершенствованные драйверы
светодиодов, как TLC5940,
могут обеспечивать динамическую
поточечную коррекцию для оптимизации
подсветки в конкретных условиях
просмотра.
Литература
1. power.ti.com
2. www.ti.com/sc/device/TLC5940
Справочник типовых решений с применением светодиодов
НОВОСТИ
интерфейсных и встроенных процессоров
производства TI.
Подробнее читайте на сайте:
www.ti.com/led

Управление питанием
Новые изделия для управления питанием
и полные системные решения
от компании Texas Instruments
Решения для линий питания
Широкий набор изделий
• Набор: 3500 базовых кристаллов
• Ежегодное добавление: > 200 базовых
кристаллов
• Компоненты, контроллеры и преобразователи
• От стабилизаторов с малым падением
до КМОП-структур для
силовых модулей
Продвигаемые
изделия
• CSDxx: Силовые КМОП-ключи
NexFET
• CSD86350Q5D: Синхронные полумостовые
силовые блоки
• DC/DC-преобразователи:
TPS84620, TPS54620
• TPS7A30xx/ 49xx:
Комплементарные малошумящие
стабилизаторы с малым падением
напряжения
• TPS63020: Понижающие или повышающие
преобразователи
Сканти Рус www.scanti.com
39

40
Управление питанием
Технология NexFET — малый собственный заряд
• UCC28250: ШИМ-контроллер
с возможностью предварительного
смещения по выходу
• UCC28950: Улучшенный контроллер
полного моста с фазовым
сдвигом
• UCC24610: Контроллер синхронного
выпрямителя вторичной стороны
NexFET — по определению,
лучший показатель качества (FOM)
Компоненты TI Выпуск 4’2011
• UCC29910: Контроллер понижающего
PFC (корректора коэффициента
мощности)
• TPS2480: Токовый монитор I 2C
и контроллер с горячей заменой
• UCD90124: Устройство контроля
исправности системы с устройством
управления вентилятором
Семейство силовых
КМОП-структур
NexFET
N-канальная
25 V ds, 16 V gs — CSD164xx
25 V ds, 10 V gs — CSD163xx
30 V ds, 10 V gs — CSD173xx
N-канальная DualCool
25 V ds,16 V gs — CSD1640x
25 V ds,10 V gs — CSD1632x
N-канальная, силовой каскад
25 V ds 10 V as — CSDxxxxx
N-канальная, силовой блок
25 V ds, 10 V gs — CSD86350
P-канальная
20 V ds, 8 V gs — CSD25301/2
12 V ds,5 V gs — CSD23201
20 V ds, 12 V gs — CSD25401
Сдвоенная P-канальная
20 V ds, 6 V gs — CSD75xxx
Новейшие корпуса
для поверхностного
монтажа
• Стандартный QFN
• Размер кристалла
• Улучшенные тепловые
параметры
• Сдвоенный кристалл
• Встроенный драйвер затвора

Корпус для
поверхностного
монтажа DualCool
DualCool NexFET
• Открытый контакт истока сверху
• θ = 1,3 oC/Вт сверху и снизу
• До 80% большее рассеивание
мощности
• Стандартное посадочное место
в корпусе QFN
CSD86350Q5D:
Силовой блок
NexFET
Синхронизированная
МОП-пара
Особенности
• Высокоэффективная (с высоким
КПД) конструкция понижающего
преобразователя
• Оптимизированная сдвоенная
КМОП-структура NexFET
• Корпус со сверхнизкой индуктивностью
SON 5×6
• Вдвое меньшие требования
к управлению зарядом затвора
• Высокое значение R DS(on) 5 мОм
и низкое значение 2 мОм
• Нагрузочная способность
30 В 40 А
• Вдвое меньшая площадь на печатной
плате по сравнению с дискретными
компонентами
Управление питанием
Сканти Рус www.scanti.com
41

42
Управление питанием
Кармен Гонсалес (Carmen Gonzalez)
Устойчивость системы:
интеллект может находиться и не в процессоре!
Переносные устройства непрерывно
совершенствуются. «Инновации»
должны стать девизом разработчиков,
если они хотят добиться успеха
на этом рынке. Отрасль бытовой
электроники находится в процессе
непрерывного развития, происходит
ли это за счёт добавления новых возможностей
с целью «вдохнуть новую
жизнь» в существующие устройства
или за счёт разработки совершенно
новых проектов.
Устройства с питанием от аккумуляторов
становятся всё сложнее,
поскольку разработчики стремятся
предложить конечным пользователям
новые возможности. Требуются
более яркие светодиодные фотовспышки,
так как растёт разрешение
(количество «мегапикселей») и качество
фотокамер; появляются новые
встроенные возможности, такие как
проецирование изображений, или
процессоры связи, такие как модемы
GSM, специализированные процессоры
для конкретных приложений
и т. д. Всё это великолепные, но энергоёмкие
возможности, добавление
которых в такие системы требует высоких
уровней токов питания. А часто
некоторые из этих возможностей
могут быть реализованы одновременно
в одном и том же устройстве.
Это влечёт за собой увеличение числа
шин питания большой мощности
в системе и, следовательно, усложняет
конструкцию.
Первая проблема, с которой сталкивается
разработчик, – это высокое
отношение пикового тока нагрузки
к среднему. Энергоёмкие функции
требуют высоких уровней тока от аккумулятора
в определённые моменты
времени по сравнению с предшествовавшим
этапом, где потребляемая
мощность была сведена к минимуму.
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Это явление влечёт за собой немедленные
последствия – неминуемую
угрозу для устойчивости системы при
нагрузках такого рода на аккумулятор.
Вы же не хотите пропустить важный
звонок потому, что ваш телефон
неожиданно отключился, поскольку
вызов поступил именно в тот момент,
когда сработала вспышка встроенного
в телефон фотоаппарата.
Выходное напряжение аккумуляторов,
испытывающих всплески тока
такого рода, снижается. Например,
рассмотрим аккумулятор с полным
внутренним сопротивлением
0,5 Ом и напряжением на клеммах
1,8 В (рисунок 1). Необходимо рассмотреть
различные сценарии, чтобы
понять, какова на самом деле
выходная мощность этого аккумулятора.
Всплески тока аккумулятора
обеспечивают более высокую выходную
мощность только до тех пор,
Рисунок 1. Выходная мощность аккумулятора при напряжении на клеммах 1,8 В
в зависимости от тока нагрузки
пока не начнётся уменьшение напряжения
на клеммах. Вне зависимости
от требующегося выходного тока
аккумулятор будет способен дать
только именно такую выходную мощность.
Если требующийся от аккумулятора
ток выше 1,8 A, это не приводит
к более высокой выходной
мощности, как видно из рисунка 1а.
При значительном всплеске тока
(более 3,5 A в данном случае) происходит
сильное падение напряжения
на клеммах аккумулятора и оно резко
падает до нуля, что приводит к короткому
замыканию аккумулятора, как
показано на рисунке 1б.
Это приводит к тому, что преобразователь
постоянного тока, который
отслеживает состояние аккумулятора,
переходит в состояние блокировки
питания при недостаточном напряжении,
что, в свою очередь, влечёт
за собой отключение системы. Когда

это происходит, ток, который требуется
от аккумулятора, уменьшается,
предоставляя аккумулятору время
для восстановления выходного напряжения.
Такое чередование включения
и выключения продолжается
до тех пор, пока не исчезнет потребность
в высоком токе или пока аккумулятор
не разрядится полностью.
Помочь решить эту проблему
может импульсный преобразователь
на 4 A с дросселем. Например,
TPS63020 реализует две совершенно
уникальные функции, что придаёт
этому преобразователю некоторые
черты интеллектуального устройства
с динамическим ограничением входного
тока и «умным» выходом корректности
выходного напряжения.
Эти две функции помогают превосходно
защитить как само устройство,
так и приложение. Как же они
работают? Средний ток дросселя
ограничивается внутри микросхемы.
При штатных условиях эксплуатации
предел тока имеет постоянную величину.
Если источник входной мощности
слабеет, например, когда аккумуляторы
почти полностью разряжены
и их выходное полное сопротивле-
Рисунок 2. Зависимость тока ограничения ключа от входного напряжения
ние увеличивается или когда имеет
место перегрузка вследствие дополнительной
большой импульсной нагрузки,
подключённой к аккумулятору,
напряжение питания на входе
V вх может упасть ниже 2,3 В. Если
это происходит, импульсный преобразователь
автоматически понижает
предел ограничения тока, как показано
на рисунке 2.
Ограничение входного тока преобразователя
постоянного тока исключает
короткое замыкание аккумулятора
и даёт аккумулятору время
для восстановления его выходного
напряжения после падения. Если восстановление
невозможно, устройство
плавно переходит в состояние блокировки
питания при недостаточном
напряжении.
Если имеет место чрезмерная потребность
в токе со стороны системы,
ограничение тока также действует,
но ещё и сигнал корректности выходного
напряжения переходит в состояние
низкого уровня. Переключение
этого сигнала происходит в кратчайшее
возможное время, и он сообщает
питаемому устройству о том, что выходное
напряжение может оказаться
Управление питанием
нерегулируемым. Это происходит,
если напряжение на входе преобразователя
больше не позволяет поддерживать
изначальное значение регулируемого
выходного напряжения.
Такое извещение происходит намного
раньше, чем в случае традиционного
сигнала корректности выходного
напряжения, который переходит
в состояние низкого уровня, только
когда выходное напряжение преобразователя
падает ниже уровня 95%
от номинального значения. Это дополнительное
время позволяет системе
среагировать на ситуацию без
потерь, например, система получает
достаточно времени, чтобы надёжно
сохранить в памяти данные, полученные
до отключения, или сократить
количество выполняемых процессором
операций, чтобы уменьшить
нагрузку. Если состояние перегрузки
появляется лишь на время и затем
исчезает, напряжение аккумулятора
восстанавливается и TPS63020 возвращается
в штатное рабочее состояние;
входной ток более не ограничивается,
а сигнал корректности выходного
напряжения вновь переходит
в состояние высокого уровня.
Если температура устройства становится
выше рекомендуемого
значения, сигнал корректности выходного
напряжения также переходит
в состояние низкого уровня
и извещает питаемое устройство
о возможном отключении вследствие
перегрева. В таких условиях
порог, ограничивающий входной
ток, снижается, уменьшая ток, протекающий
через устройство и позволяя
температуре снизиться. Если
же температура продолжает возрастать,
устройство отключается вследствие
перегрева.
Заключение
Выбор высокоэффективных импульсных
преобразователей постоянного
тока, которые могут динамически
ограничивать броски тока
и заранее предупреждать питаемое
устройство о возможном нерегулируемом
состоянии выхода, позволяет
разработчику реализовать в устройствах,
питающихся от аккумуляторов,
новейшие возможности, востребованные
на рынке, не снижая надёжности
этих устройств.
Сканти Рус www.scanti.com
43

44
Средства разработки
Бонни Бейкер (Bonnie Baker)
IBIS-модель: средство анализа целостности сигналов
Часть 1
Texas Instruments разрабатывает
новую подборку цифровых средств
симуляции для моделирования,
основанных на технологии стандарта
IBIS (input/output buffer information
specification — спецификация интерфейса
буфера ввода/вывода), позволяющую
удовлетворить самые
разнообразные потребности заказчиков.
Модели такого типа (рисунок 1)
можно использовать, чтобы помочь
решению, таких вопросов как, например,
связанных с проектированием
печатных плат, а также положительные
и отрицательные выбросы сигнала
и перекрёстные помехи. На более
общем уровне IBIS-модели дают полезную
информацию об изделиях, например,
значения ёмкостей выводов
и паразитных параметров или временах
нарастания/убывания сигналов
цифровых выходных буферов.
Эта статья, первая часть в серии
из трёх статей, посвящена фундаментальным
элементам IBIS-моделей,
и в ней описывается, как они создаются
в среде SPICE. Во второй части
будут рассмотрены вопросы про-
Рисунок 1. Блок-схема IBIS-модели с цифровыми буферами ввода/вывода
Компоненты TI Выпуск 4’2011
верки адекватности IBIS-моделей.
В третьей части будет показано, как
пользователи IBIS исследуют проблемы
целостности сигналов и решают
задачи на этапе разработки печатной
платы (ПП).
Из рисунка 1 видно, что IBIS-модель
включает в себя паразитные параметры
корпуса и входную ёмкость кристалла
(C_comp) для всех выводов.
IBIS-модель также включает в себя
таблицы данных, которые отражают
работу устройства по постоянному
току в пределах как рабочего
диапазона данного устройства, так
и при напряжении питания, выходящем
за номинальное значение
(ограничение по питанию, ограничение
по земле, цепь, подтягивающая
к напряжению питания, и цепь,
подтягивающая к земле). Кроме того,
выходная структура модели, изображённая
на рисунке 1, содержит
таблицы, которые отражают работу
изделия по переменному току или
переходную характеристику (нарастание
и спад) в пределах рабочего
диапазона данного устройства.
IBIS-модель включает в себя таблицы
по переменному и постоянному
току, которые отражают работу
устройства. Модель такого типа
имеет элементы, представляющие
паразитные параметры выводов
и корпуса, которые обеспечивают
сопряжение устройства с печатной
платой. Моделирование с помощью
такой модели описывает взаимодействие
цифрового буфера с печатной
платой, но не отражает взаимодействие
с узлами внутри кристалла.
IBIS-модель позволяет симулировать
поведение печатной платы на уровне
системы, в частности, моделируя
связь внешних устройств с цифровыми
буферами ввода/вывода (I/O)
изделия.
Основы IBIS-модели
IBIS-модель содержит информацию,
относящуюся к цифровым буферам
кристалла микросхемы. Ядро
IBIS-модели содержит информацию
о работе буфера по постоянному
току в виде таблиц зависимости тока

Таблица 1. Сочетания условий эксплуатации, напряжения и температуры для IBIS-модели устройства DAC8812
Номер сочетания Условия эксплуатации Напряжение, В Температура, °C
1 Облегчённые 3,0 85
2 Номинальные 3,3 25
3 Тяжёлые 3,6 –40
4 Облегчённые 4,5 85
5 Номинальные 5,0 25
6 Тяжёлые 5,5 –40
от напряжения (I-V) и информацию
о работе по переменному току в виде
таблиц зависимостей напряжения
от времени (V-t). Если эти таблицы
формируются с помощью платформы
SPICE для данного устройства, возможно
включение в них номинального,
максимального и минимального
вариантов наборов предельных параметров,
в зависимости от изме-
нений параметров технологического
процесса, напряжения питания
и температуры. В таблице 1 показан
пример шести наборов параметров
для устройства DAC8812, которое
представляет собой 16-разрядный
умножающий цифро-аналоговый
преобразователь со сдвоенным последовательным
входом. Три из этих
наборов (1, 2 и 3) сформированы во-
Рисунок 2. Пример базовых функциональных элементов входного буфера для IBIS-модели
Рисунок 3. Графическое представление I-V-таблиц IBIS-модели
Средства разработки
круг номинального напряжения питания
цифровой части схемы (V DD)
3,3 В. Остальные три сочетания (4, 5
и 6) формируются вокруг номинального
V DD, равного 5,0 В.
IBIS-модель, созданная на лабораторном
столе, ограничена результатами
испытаний одного или нескольких
устройств. Такие IBIS-модели обычно
не отражают отклонений технологии
изготовления кристаллов.
IBIS-модели могут содержать данные
по любому из нескольких различных
типов буферов: вход, выход,
вход/выход (в том числе с тремя состояниями),
согласующее устройство,
выход с открытым истоком,
выход с открытым стоком, вход/выход
с открытым истоком, вход/выход
с открытым стоком, вход эмиттерносвязанной
логики, выход эмиттерносвязанной
логики и вход/выход
эмиттерно-связанной логики.
Напряжение на входном или выходном
выводе буфера в таблицах
работы по постоянному току выходит
за пределы номинального напряжения
питания (V DD) и изменяется
в диапазоне от –V DD до 2×V DD. Это
обеспечивает тестирование схем защиты
буфера устройства от электростатического
разряда в диапазоне
напряжений, выходящем за пределы
номинального питающего напряжения.
Таким образом, IBIS-модели
способны отображать положительные
или отрицательные выбросы
плохо согласованных сигналов на ПП.
IBIS-модели содержат данные по току
и напряжению для буферов входа
и выхода.
Пример входного буфера, изображённый
на рисунке 2, показывает
входной буфер, элементы защиты
от электростатического разряда
(ESD) и ёмкость буфера (C_comp).
IBIS-модель входного буфера содержит
таблицы I-V-данных, выходящих
за пределы потенциала земли и напряжения
питания (V DD). Обратите внимание
на то, что IBIS-модель не требует
никаких электрических цепей, кроме
непосредственно самого интерфейса.
IBIS-модели не отражают внутреннюю
логику и взаимодействия моделируемого
устройства. На рисунке 3 показан
сводный пример таблиц I-V в графической
форме для схем защиты (ограничения
по питанию и по земле) входного
буфера из IBIS-модели.
Сканти Рус www.scanti.com
45

46
Средства разработки
Рисунок 4. Пример базовых функциональных элементов входного буфера
с двумя состояниями для IBIS-модели
V-t-таблицы отражают работу
выходного буфера по переменному
току, как показано на рисунке 4.
Данные в V-t-таблицах отражают напряжение
на выводе выходного буфера
в пределах рабочего диапазона
напряжений питания устройства.
IBIS-модели способны моделировать
буфер в пределах этого диапазона,
обеспечивая точное моделирование
времён нарастания и спада сигнала.
На рисунке 4 показаны подтягивающие
к питанию (pullup) и к земле
(pulldown) цепи выходного буфера
с двумя состояниями. Для выходного
буфера IBIS-модель обычно содержит
I-V-таблицы, а также V-t-таблицы.
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Ещё раз подчеркнём, в IBIS-модели
не используется никаких дополнительных
схем, кроме непосредственно
самого интерфейса, поскольку
модель не отражает внутреннюю
логику устройства и взаимодействия
внутри него. На рисунке 5 показано
графическое представление нарастающего
сигнала из V-t-таблицы IBISмодели.
Формат IBIS-модели
Формат IBIS-модели начинается
с заголовка, который создаётся
вручную и содержит описание соответствующей
микросхемы или ми-
Рисунок 5. Графическое представление времени нарастания из V-t-таблицы IBIS-модели
кросхем. За описанием микросхемы
следует общая информация о модели,
включая дату создания, источник
модели и примечания пользователя.
На рисунке 6 показан пример заголовка
IBIS-модели для микросхем
TMP512 и TMP513 компании TI, которые
представляют собой устройства
контроля температуры и питания системы
с интерфейсом SMBus. Раздел
«Примечания» (Notes) — наиболее
важная часть заголовка IBIS-модели,
в котором содержатся подробности
создания модели, а также базовая
структура цифровых буферов.
За заголовком модели следует подробная
информация о корпусе (или
корпусах) изделия (или изделий),
включая значения сопротивления,
индуктивности и ёмкости выводов.
Чтобы определить общую ёмкость
конкретного вывода, значения ёмкостей
из этого раздела объединяются
со значениями ёмкости C_comp, указанными
далее в таблицах буферов.
Ниже следует ядро IBIS-модели с таблицами
данных I-V и V-t для каждого
буфера по очереди.
Извлечение данных
несимметричного
буфера
для моделирования
в среде SPICE
В заключительной части статьи будет
рассказано, как получить данные
I-V и информацию о динамических
параметрах (V-t) из модели буфера
на уровне транзистора. Для этого
можно использовать шаблон автоматизированного
моделирования, инструментальное
средство извлечения
данных (например, S2IBIS3) или ручное
моделирование. В данной статье
рассматриваются только каскадные
КМОП-структуры.
Извлечение данных I-V
из модели SPICE
Для извлечения I-V-данных для
IBIS-модели из SPICE-модели входного
буфера, вывод буфера подключается
к отдельному источнику
напряжения (V ист). После того как
вход буфера установлен в требуемое
состояние (состояние низкого
уровня, высокого уровня или отключённое
состояние), на V ист подаётся
сигнал анализа по постоян-

Рисунок 6. Заголовок IBIS-модели для микросхем TMP512 и TMP513
ному току при качании напряжения
от –V КАЧ до 2×V КАЧ, где предел V КАЧ
устанавливается в зависимости от напряжения
питания устройства (V DD).
Например, если напряжение питания
Таблица 2. Требуемые и рекомендуемые данные I-V по типам буферов IBIS
Тип модели
Цепь подтягивания
к питанию
буфера равно 5 В, то V КАЧ будет изменяться
от –5 до 10 В. В ходе этого
качания средство моделирования
будет регистрировать значения тока,
текущего в буфер.
Цепь подтягивания
к земле
Цепь ограничения
по питанию
Средства разработки
Если буфер установлен в высокоомное
состояние (выключено),
то из собранных данных формируются
таблицы для схем ограничения
по земле и по питанию. Данные
в таблице схемы ограничения
по земле привязаны к потенциалу
земли, а данные в таблице схемы
ограничения по питанию имеют
в качестве опорного значения напряжение
V DD.
Извлечение I-V-данных для IBISмодели
выходного буфера позволяет
получить таблицы, содержащие
данные для подтягивающих к земле
и к питанию цепей. Данные для
подтягивающих к земле цепей собираются,
когда буфер находится
в состоянии низкого уровня на выходе.
Данные для подтягивающих
к питанию цепей собираются, когда
буфер находится в состоянии высокого
уровня на выходе. Данные в таблице
схемы подтягивания к земле
имеют в качестве опорного уровень
потенциала земли, а данные в таблице
схемы подтягивания к питанию
имеют в качестве опорного напряжение
V DD.
Извлечение данных V-t
из модели SPICE
В случае КМОП-буфера моделирование,
связанное со скоростью
нарастания сигнала и таблицами
V-t, не представляет сложности.
Для каждого сочетания предельных
параметров (номинальных,
минимальных и максимальных)
Цепь ограничения
по земле
Примечания
Вход не применяется не применяется рекомендуется рекомендуется
Ввод/вывод требуется требуется рекомендуется рекомендуется
Вход/выход с открытым стоком
Вход/выход с открытым коллектором
не применяется требуется рекомендуется рекомендуется 1
Вход/выход с открытым истоком требуется не применяется рекомендуется рекомендуется 1
Открытый сток
Открытый коллектор
не применяется требуется рекомендуется рекомендуется 4
Открытый исток требуется не применяется рекомендуется рекомендуется 4
Выход требуется требуется рекомендуется рекомендуется 4
Буфер с 3 состояниями требуется требуется рекомендуется рекомендуется 2
Последовательный ключ не применяется не применяется не применяется не применяется 3
Последовательный буфер не применяется не применяется не применяется не применяется 3
Согласующее устройство не применяется не применяется рекомендуется рекомендуется 3
Вход ЭСЛ не применяется не применяется рекомендуется рекомендуется
Вход/выход ЭСЛ требуется требуется рекомендуется рекомендуется 2
Выход ЭСЛ требуется требуется рекомендуется рекомендуется 4
Буфер ЭСЛ с 3 состояниями требуется требуется рекомендуется рекомендуется 2
1. В модель может быть включено ключевое слово «n/a», если токи устанавливаются нулевыми для всех значений напряжения.
2. Функциональные возможности аналогичны входу/выходу (I/O), но без данных о пороговых значениях входа (Vвхвыс, Vвхниз и т. д.).
3. Требуется специальный синтаксис; допускается использование данных ограничительных цепей на выводах, которые также представляют собой буферы,
использующие эти типы моделей.
4. Данные для ограничительных цепей технически можно исключить; однако эти данные позволяют выполнить анализ отражений,
возникающих на управляющих буферах.
Сканти Рус www.scanti.com
47

48
Средства разработки
Таблица 3. Требуемые и рекомендуемые данные V-t по типам буферов IBIS
Тип модели
имеется четыре набора данных V-t.
Данные для двух сигналов формируются
при переключении выхода
буфера из состояния низкого уровня
в состояние высокого уровня
при нагрузке, привязанной к низкому
уровню напряжения. Данные
для двух других сигналов формируются
при нагрузке, привязанной
к напряжению V DD. Для последних
двух кривых выход буфера переключается
из состояния высокого
уровня в состояние низкого уровня.
На основе такого моделирования
рассчитывается скорость нарастания
сигнала или отношение dV/dt,
так как выход устройства переклю-
Компоненты TI Выпуск 4’2011
Нарастающий сигнал Убывающий сигнал
Нагрузка к Vcc Нагрузка к земле Нагрузка к Vcc Нагрузка к земле
чается в состояние высокого логического
уровня относительно низкого
уровня и в состояние низкого
логического уровня относительно
высокого.
Требуемые
и рекомендуемые
кривые IBIS-модели
Существуют различные типы буферов,
которые стандарт IBIS описывает
с помощью I-V- и V-t-таблиц.
В таблицах 2 и 3 из [1] перечислены
требуемые и рекомендуемые данные
буфера для каждого типа буфера.
Литература
Примечания
Вход не применяется не применяется не применяется не применяется
Ввод/вывод рекомендуется рекомендуется рекомендуется рекомендуется
Вход/выход с открытым коллектором рекомендуется не применяется рекомендуется не применяется 1
Вход/выход с открытым истоком не применяется рекомендуется не применяется рекомендуется 1
Вход/выход с открытым стоком
Вход/выход с открытым коллектором
рекомендуется не применяется рекомендуется не применяется 1
Открытый исток не применяется рекомендуется не применяется рекомендуется
Открытый сток
Открытый коллектор
рекомендуется не применяется рекомендуется не применяется
Буфер с 3 состояниями рекомендуется рекомендуется рекомендуется рекомендуется
Последовательный ключ не применяется не применяется не применяется не применяется 2
Последовательный буфер не применяется не применяется не применяется не применяется 2
Выход рекомендуется рекомендуется рекомендуется рекомендуется
Согласующее устройство не применяется не применяется не применяется не применяется
Вход ЭСЛ не применяется не применяется не применяется не применяется
Вход/выход ЭСЛ
Выход ЭСЛ
Буфер ЭСЛ с 3 состояниями
рекомендуется
(к V СС-2)
рекомендуется
(к V СС-2)
рекомендуется
(к V СС-2)
рекомендуется
(к V СС-2)
рекомендуется
(к V СС-2)
рекомендуется
(к V СС-2)
1. Наличие внутренней оконечной нагрузки может потребовать введения сигналов вместо «не применяется».
2. Требуется специальный синтаксис.
3. В случае ЭСЛ напряжение фиксируется на уровне V СС-2; в некоторых случаях может быть полезно введение нескольких сигналов с различными напряжениями,
использующими одно и то же полное сопротивление нагрузки.
1. The IBIS Open Forum. (2005, Sept.
15). IBIS Modeling Cookbook for
IBIS Version 4.0 [Online]. Имеется
на сайте: www.eda.org/ibis/
cookbook/cookbook-v4.pdf
2. Roy Leventhal and Lynne Green,
Semiconductor Modeling for
Simulating Signal, Power, and
Electromagnetic Integrity. New
York: Springer Science+Business
Media, LLC, 2006.
3. dataconverter.ti.com
4. www.ti.com/sc/device/DAC8812
5. www.ti.com/sc/device/TMP512
6. www.ti.com/sc/device/ TMP513
3
3
3

Решения Texas Instruments для планшетов и электронных книг
Широкая линейка изделий Texas Instruments обеспечивает
эксплуатационные характеристики, необходимые для реализации
потокового видео или воспроизведения музыки, электронной
почты, просмотра web-страниц или немедленной передачи
сообщений в движении.
Texas Instruments предлагает широкий спектр полупроводниковых
решений для планшетов и электронных книг. Процессор
OMAP, показанный на схеме системы, идеально сочетает
в себе мощь и эксплуатационные характеристики, предоставляя
разработчикам и конечным пользователям оптимальное мультимедийное
решение. Также представлен обширный набор решений
для планшетов и электронных книг, которые поддерживают беспроводную
связь, воспроизведение видео, аудио и управление
питанием.
Схема системы планшета или электронной книги
www.ti.com/tablet и www.ti.com/ebook