ZHCADJ9A December 2023 – January 2024 AMC1303M2520 , AMC1305L25 , AMC1306M25
隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器為外部和內(nèi)部生成的時(shí)鐘信號(hào)提供接口選項(xiàng),包括 CMOS 接口或 LVDS 接口。對(duì)于具有外部提供時(shí)鐘源的器件(例如具有 CMOS 接口的 AMC1306M25 或具有 LVDS 接口的 AMC1305L25),時(shí)鐘信號(hào)從 MCU 路由到 Δ-Σ 調(diào)制器的時(shí)鐘輸入;而對(duì)于具有內(nèi)部提供時(shí)鐘源的器件(例如 AMC1303M2520),輸出位流與內(nèi)部生成的時(shí)鐘同步。還有具有曼徹斯特編碼輸出位流、支持單線數(shù)據(jù)和時(shí)鐘傳輸?shù)母綦x式 Δ-Σ 調(diào)制器器件,例如 AMC1306E25。對(duì)于所有隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器,調(diào)制器的數(shù)據(jù)輸出提供由數(shù)字 1 和 0 組成的位流,該位流同步移出到時(shí)鐘邊沿。
圖 2-1 顯示了隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器 AMC1306M25 與 C2000 MCU TMS320F28379D 之間具有 3.3V I/O 的 CMOS 接口的簡(jiǎn)化示例。由于 AMC1306M25 需要外部提供的時(shí)鐘源,因此由 MCU TMS320F28379D 生成時(shí)鐘信號(hào)并提供給 Δ-Σ 調(diào)制器時(shí)鐘輸入 CLKIN。同時(shí),生成的時(shí)鐘信號(hào)也會(huì)路由到 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) 的時(shí)鐘輸入。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),MCU 和隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器之間的時(shí)鐘接口中包括一個(gè)時(shí)鐘緩沖器。Δ-Σ 調(diào)制器的隔離式數(shù)據(jù)輸出 DOUT 直接連接到 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) 數(shù)據(jù)輸入 SD1_D1 (GPIO122)。
在隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器和 MCU 之間進(jìn)行有效通信需要滿(mǎn)足相應(yīng)器件數(shù)據(jù)表中描述的建立時(shí)間和保持時(shí)間要求。建立時(shí)間是指在轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)來(lái)捕獲 MCU 中的數(shù)據(jù)信號(hào)之前,數(shù)據(jù)信號(hào)必須有效且保持穩(wěn)定的時(shí)間量。保持時(shí)間是在時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)生后信號(hào)必須保持有效和穩(wěn)定的時(shí)間量。滿(mǎn)足 MCU 建立時(shí)間和保持時(shí)間要求至關(guān)重要,因?yàn)槿魏芜`例都會(huì)導(dǎo)致采集到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器的數(shù)字接口建立時(shí)間和保持時(shí)間要求與 MCU 之間不兼容會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
圖 2-2 概述了 AMC1306x 的建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)字接口時(shí)序,該器件支持從 5MHz 至 21MHz 的建議時(shí)鐘頻率 (CLKIN),數(shù)據(jù)保持時(shí)間 th(MIN) = 3.5ns,數(shù)據(jù)延遲時(shí)間 td (MAX) = 15ns。
圖 2-3 概述了 TMS320F28379D Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) 在模式 0 下的時(shí)序圖。根據(jù) SDFM 模塊中 SDx_Cy 信號(hào)的上升時(shí)鐘邊沿,SDx_Dy 處的數(shù)據(jù)輸入需要滿(mǎn)足最短建立時(shí)間 tsu(SDDV-SDCH)M0 和最短保持時(shí)間 th(SDCH-SDD)M0。
對(duì)于模式 0 下的 TMS320F28379D SDFM 模塊,我們建議使用具有限定 GPIO(3 樣本窗口)的 SDFM 操作。此模式針對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào) (SDx_Cy) 和數(shù)據(jù)輸入 (SDx_Cy) 的隨機(jī)噪聲干擾提供保護(hù),避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的比較器過(guò)流跳閘和錯(cuò)誤的 Sinc 濾波器輸出。使用 TMD320F28379D 的 200MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘的最短建立時(shí)間和保持時(shí)間均為 10ns:tsu (SDDV-SDCH)M0 (MIN) = 10ns 和 th(SDCH-SDD)M0 (MIN) = 10ns。
這帶來(lái)了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),因?yàn)?AMC1306M25 最短保持時(shí)間 th(MIN) 為 3.5ns,但為了根據(jù) SDx_Cy 信號(hào)的上升時(shí)鐘邊沿在數(shù)據(jù)輸入 SDx_Dy 處維持正確的采集,SDFM 模塊需要 10ns。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是,信號(hào)鏈中帶有數(shù)字接口的附加元件(如時(shí)鐘緩沖器)的傳播延遲以及由 PCB 上的布線長(zhǎng)度引入的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的傳播延遲都會(huì)對(duì) SDx_Cy 和 SDx_Dy 輸入之間的時(shí)序產(chǎn)生影響,并使數(shù)據(jù)輸入的正確采集時(shí)序變得復(fù)雜。
這同樣適用于具有 LVDS 接口的 Δ-Σ 調(diào)制器,例如 AMC1305L25。與具有 CMOS 接口類(lèi)型的 AMC1306M25 Δ-Σ 調(diào)制器的唯一差異是,連接到具有 CMOS 接口的 MCU 時(shí)需要 LVDS 驅(qū)動(dòng)器和接收器等附加元件,這會(huì)進(jìn)一步增加傳播延遲。圖 2-4 顯示了具有 LVDS 接口的隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器 AMC1305L25 與具有 CMOS 接口的 MCU TMS320F28379D 之間的簡(jiǎn)化數(shù)字接口。
圖 2-5 顯示了具有內(nèi)部創(chuàng)建的時(shí)鐘源且?guī)?CMOS 接口的隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器 AMC1303Mx 與帶 CMOS 接口的 TMS320F28379D 之間的簡(jiǎn)化數(shù)字接口。AMC1303Mx 內(nèi)部生成的時(shí)鐘信號(hào) CLKOUT 是 MCU Σ-Δ 濾波器模塊 (SDFM) SD1_C1 (GPIO123) 的輸入。Δ-Σ 調(diào)制器的隔離式數(shù)據(jù)輸出 DOUT 直接連接到 SDFM 的 MCU 數(shù)據(jù)輸入 SD1_D1 (GPIO122)。
使用具有內(nèi)部時(shí)鐘的隔離式調(diào)制器時(shí),數(shù)字接口面臨的挑戰(zhàn)僅限于隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器與 MCU 建立時(shí)間和保持時(shí)間之間的不同時(shí)序規(guī)格。如果時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的布線長(zhǎng)度相同,則可以忽略 PCB 上的布線長(zhǎng)度引入的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)傳播延遲。通常,調(diào)制器直接連接到 MCU,無(wú)需緩沖器或電平轉(zhuǎn)換器(這會(huì)增加額外的傳播延遲)。
對(duì)于 10MHz 和 20MHz 時(shí)鐘版本,AMC1303Mx 保持時(shí)間 th(MIN) 為 7ns,延遲時(shí)間 td (MAX) 為 15ns。面臨的挑戰(zhàn)是,AMC1303Mx 最短保持時(shí)間 th(MIN) 為 7ns,但 SDFM 模塊需要 10ns 的保持時(shí)間,才能在不違反任何建立時(shí)間和保持時(shí)間的情況下在 SDx_Dy 處正確采集數(shù)據(jù)輸入。
對(duì)于具有曼徹斯特編碼位流輸出的隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器(例如 AMC1306E25),數(shù)據(jù)和時(shí)鐘通過(guò)單線傳輸。因此,不需要考慮接收器件的建立時(shí)間和保持時(shí)間要求與調(diào)制器時(shí)鐘信號(hào)之間的關(guān)系。
滿(mǎn)足 MCU 建立時(shí)間和保持時(shí)間要求的一種常用方法和折衷方法是降低時(shí)鐘頻率。但是,降低時(shí)鐘頻率也會(huì)降低隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器的數(shù)據(jù)輸出速率,并增加電流測(cè)量的延時(shí)。一種更合適的方法是使用時(shí)鐘邊沿延遲補(bǔ)償,這樣可以使時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘邊沿移到數(shù)據(jù)信號(hào)的理想采樣點(diǎn),從而滿(mǎn)足建立時(shí)間和保持時(shí)間要求。使用此方法可消除時(shí)鐘頻率限制,從而使隔離式 Δ-Σ 調(diào)制器和系統(tǒng)以出色性能運(yùn)行。