TLC5510并行A/D芯片在线阵CCD数据系统中的应用

1概述

TLC5510是美国TI公司生产的新型模数转换器(ADC)。它是一款采用CMOS工艺制造的8位高阻抗并行A/D芯片，可以提供20MSPS的最小采样率。由于TLC5510采用半闪存结构和CMOS技术，器件中比较器的数量大大减少，在高速切换的同时可以保持低功耗。在推荐的工作条件下，TLC5510的功耗仅为130mW。因为TLC5510不仅具有高速A/D转换功能，还具有内部采样保持电路，大大简化了外围电路的设计；同时由于内部有标准分压器，可以从+5V的电源获得2V的满量程参考电压。TLC5510可应用于数字电视、医学影像、视频会议、高速数据转换和QAM解调器。

2内部控制结构、引脚说明及工作基本原理

2.1TLC5510的引脚说明

TLC5510 是一个 24 针 PSOP 桌粘贴包 （NS）。其引脚排列如图 1 所示。引脚功能如下：

Agnd：模拟信号地；

类比: 模拟输入;

CLK：时钟输入端;

DGND:数字信号地；

D1～D8：数据进行输出一个端口。D1为数据最低位，D8为最高位;

OE：输出启用端。当 OE 较低时，D1 到 D8 数据有效，当 OE 处于高位时，D1 到 D8 是高阻塞：

Vdda：模拟电路工作电源；

Vddd：数字电路工作电源；

内部分压器产生额定2v 基准电压时，其中一个内部参考电压引线短路至重复端;

REFT:参考电压的第二端；

REFB：参考工作电压可以引出端之三;

REFBS：的第四个内部基准电压输出端子，当使用内部基准电压产生额定2V基准电压时，该端子短路到REFB端子。

2.2TLC5510的内部控制结构及工作发展过程

TLC5510的内部结构如图2所示。从图中可以看出，TLC5510 ADC包括时钟发生器、内部基准分压器、一组高4位采样比较器、编码器、锁存器、两组低4位采样比较器、编码器和一个低4位锁存器。TLC5510的外部时钟信号CLK通过内部时钟发生器产生三个内部时钟，驱动三组采样比较器。参考分压器可用于为三组比较器提供参考电压。输出a/D信号的高4位由高4位编码器直接提供，而低4位的采样数据由两个低4位编码器交替提供。

Tlc5510操作的时间如图3所示。时钟信号 clk 在每个下降边缘收集模拟输入信号。延迟2.5个时钟周期后，第 n 次采集的数据将被发送到内部数据总线。

在图3所示的工作时序的控制下，当第一时钟周期的下降沿到来时，模拟输入电压将被采样到高比较器块和低比较器块，高比较器块将最终在第二时钟周期的上升沿确定高位数据，而低参考电压将产生对应于高位数据的电压。低位比较模块在第三个时钟周期的上升沿结束时确定低位数据。上部数据和下部数据在第四个时钟周期的上升沿合并，使得第n次收集的数据可以在延迟2.5个时钟周期后发送到内部数据总线。此时，如果输出使能运行经验有效，数据可以发送到8位数据总线。CLK的最大周期为50ns，因此TLC5510数模转换器的最小采样速率可达20MSPS。

3在线阵CCD数据进行系统中的应用

图4是TLC5510的典型外部电路。图中FB1 ~ FB3为高频磁珠，模拟电源AVDD通过FB1 ~ FB3为三个模拟电路提供工作电流，以获得更好的高频去耦效果。

线路阵列CCD数据采集系统主要由正时发生器、CCD驱动电路、视频信号预处理电路和ADC、数据存储器、PC等组成。TLC5510 的高速带内取样和保持电路使其更适合此设计。TLC5510的主要功能是将CCD输出的高速模拟视频信号转换为与其模拟振幅对应的8位数字视频信号。图5是作者设计的视频信号A/D转换器TLC5510的外围电路。TLC5510 可以使用外部和内部两种参考连接方法。从引脚 REFT 和 REFB 访问外部参考电压的位置，应满足：

VREFB+2V≤VREF≤VDDA

0≤VREFB≤VREFB-2V

2V≤VREFT-VREFB≤5V

对于从零电平开始的正极性模拟输入电压，再充电器应连接到模拟电路。Vreft 的范围是2v ~ 5v。为了简化电路，利用 tlc5510的内部部分压电电阻，可以从模拟电源电压 vdda 中获得参考电压。在本设计中，ccd 输出的模拟视频信号经过反相、滤波、放大后是正极性模拟电压信号，从零电平开始。因此，为了简化电路，同时满足设计要求，作者选择了 tlc5510的内部参考模式，同时，由于 ccd 视频信号是2v 参考模式，因此，根据 tlc5510自身的特点，在设计过程中，作者将其与 vdda 端连接，并将其缩短到 refb 端，缩短到 reft 端以获得一个2v 参考模式。

在与数据采集系统进行数据采集的过程中，当视频信号由 ccd 输出端输出时，由时序发生器产生的 a/d 转换控制时钟 clk 同步控制，tlc5510经差分放大和低通滤波后将 ccd 模拟视频信号转换成与其模拟幅度相对应的8位数字信号，当 tlc5510的输出使高速数据存储器的低电平、地址控制和写入控制有效时，系统可将转换结果存储在高速数据存储器中，等待 pc 读取。为了使 ccd 输出的视频信号能够正确可靠地转换和存储，在设计过程中，对 tlc5510工作控制时钟 clk 的时间预算、输出允许的地址解码控制时钟和高速数据存储器以及读写控制时钟的周期进行了详细的研究，并对它们之间的逻辑相位关系进行了研究。根据预算，将序列发生器中的计数器、比较器、逻辑门和 d 触发器分为两个步骤，产生正确可靠的序列逻辑。系统实验和数据分析表明，采用 tlc5510作为线阵 ccd 视频信号的 a/d 转换芯片，其接口电路简单实用，使用方便，稳定性好。

4结束语

在TLC5510模数转换器及其线阵CCD数据采集系统的应用设计中，通过实验总结了以下经验

(1)为了可以减少管理系统进行噪声，外部环境模拟和数字电路应当分离，并应尽可能屏蔽。

(2)由于TLC5510芯片的AGND和DGND没有内部连接，这些引脚需要外部连接。

（3） VDDA 到 AGND 和 VDDD 到 DGND 应分别与 1μF 电容器脱钩，并建议使用陶瓷电容器。对于模拟和数字地面，在测试过程中应小心谨慎，以确保地面连接无固态噪音。

（4） Vdda、agnd和模拟管脚应与高频管脚CLK和d0~D7分开。在印刷电路板上，agnd布线应尽可能放置在模拟布线的两侧，以便屏蔽。

(5)为了保证 tlc5510的工作性能，最好不要使用开关电源。