TLC1542-EP与TLC1543-EP：10位串行控制模数转换器的深度解析

在电子设计领域，模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的TLC1542-EP和TLC1543-EP这两款10位串行控制模数转换器，它们在众多应用场景中都有着出色的表现。

文件下载：tlc1543-ep.pdf

产品概述

TLC1542-EP和TLC1543-EP是MOS 10位开关电容逐次逼近型模数转换器，具备11个模拟输入通道和三种内置自测试模式。它们采用CMOS技术，具有高阻抗差分参考输入，能够实现比率转换、缩放，并有效隔离模拟电路与逻辑和电源噪声。芯片内置系统时钟，拥有转换结束（EOC）输出端，与TLC542兼容。

特性亮点

• 高分辨率：10位分辨率，能够提供更精确的数字输出。
• 多通道输入：11个模拟输入通道，可满足多样化的信号采集需求。
• 自测试模式：三种内置自测试模式，方便进行系统自检和故障排查。
• 采样保持功能：具备固有的采样保持功能，无需额外的外部电路。
• 低误差：总未调整误差最大为1 LSB，保证了转换的准确性。

引脚功能与工作原理

引脚功能

引脚名称	引脚编号	输入/输出	描述
ADDRESS	17	输入	串行地址输入，4位串行地址选择下一次要转换的模拟输入或测试电压。
A0 - A10	1 - 9, 11, 12	输入	模拟信号输入，11个模拟输入内部复用，驱动源阻抗应小于等于1 kΩ。
CS	15	输入	芯片选择，高到低的转换重置内部计数器和控制，并使能DATA OUT、ADDRESS和I/O CLOCK。
DATA OUT	16	输出	3态串行输出，用于输出A/D转换结果。
EOC	19	输出	转换结束信号，转换完成时变为高电平。
GND	10	-	内部电路的接地端。
I/O CLOCK	18	输入	输入/输出时钟，完成地址位输入、模拟输入采样、数据输出移位等功能。
REF+	14	输入	上参考电压值，通常为Vcc。
REF-	13	输入	下参考电压值，通常为地。
Vcc	20	输入	正电源电压。

工作原理

当芯片选择（CS）无效（高电平）时，ADDRESS和I/O CLOCK输入被禁用，DATA OUT处于高阻抗状态。当CS变为低电平时，转换序列开始。串行接口提供4位通道地址到ADDRESS，并提供I/O CLOCK序列。在转换过程中，模拟输入被采样并保持，逐次逼近型转换系统通过比较电容上的电荷与参考电压来确定每一位的值。转换结束后，EOC输出变为高电平，DATA OUT输出转换结果。

串行接口时序模式

TLC1542-EP和TLC1543-EP有六种基本的串行接口时序模式，根据CS的状态和I/O CLOCK的数量可分为快速模式和慢速模式。

快速模式

在快速模式下，串行I/O CLOCK数据传输在转换完成之前完成。包括以下四种模式：

• 模式1：CS在转换周期之间无效（高电平），10个时钟传输。
• 模式2：CS连续有效（低电平），10个时钟传输。
• 模式3：CS在转换周期之间无效（高电平），11 - 16个时钟传输。
• 模式4：CS连续有效（低电平），16个时钟传输。

慢速模式

在慢速模式下，转换在串行I/O CLOCK数据传输完成之前完成。需要最少11个时钟传输到I/O CLOCK，并且第11个时钟的上升沿必须在转换周期完成之前出现。包括以下两种模式：

• 模式5：CS在转换周期之间无效（高电平），11 - 16个时钟传输。
• 模式6：CS连续有效（低电平），16个时钟传输。

地址位与测试模式

地址位

4位模拟通道选择地址在I/O CLOCK的前四个上升沿被时钟输入到地址寄存器，用于选择14个输入之一（11个模拟输入或3个内部测试输入）。

测试模式

通过特定的地址输入，可以选择三种内部自测试电压：Vref+ - Vref- / 2、Vref-和Vref+。不同的测试模式对应不同的输出结果，可用于验证芯片的功能和性能。

电气特性与推荐工作条件

电气特性

在推荐的工作条件下，TLC1542-EP和TLC1543-EP具有良好的电气性能，如高电平输出电压、低电平输出电压、输入电流、工作电源电流等。

推荐工作条件

为了确保芯片的正常工作，需要遵循推荐的工作条件，包括电源电压范围、时钟频率、脉冲持续时间、转换时间等。例如，I/O CLOCK的时钟频率应在0 - 2.1 MHz之间，脉冲持续时间高电平和低电平应不小于190 ns。

应用信息与设计考虑

应用信息

TLC1542-EP和TLC1543-EP适用于各种需要高精度模数转换的应用场景，如数据采集系统、工业控制、仪器仪表等。

设计考虑

在设计过程中，需要注意以下几点：

• 参考电压输入：REF+和REF-的电压值决定了模拟输入的上下限，应确保其值在规定范围内。
• 芯片选择操作：CS的下降沿启动所有操作模式，但要避免在转换接近完成时将CS拉低，以免损坏输出数据。
• 模拟输入信号：模拟输入信号的驱动源阻抗应小于等于1 kΩ，以确保信号的准确采集。
• 时序要求：严格遵循I/O CLOCK的时序要求，确保转换的同步性。

总结

TLC1542-EP和TLC1543-EP是两款功能强大、性能稳定的10位串行控制模数转换器。它们具有高分辨率、多通道输入、自测试模式等优点，适用于各种高精度数据采集和处理应用。在设计过程中，工程师需要仔细考虑引脚功能、时序模式、电气特性和应用要求，以确保芯片的最佳性能。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。