Component - TIA V1.80 - Chinese

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PSoC Creator™ 组件数据手册
互阻放大器 (TIA)
1.80
特性
 可选转换增益
 可选拐角频率
 电容式输入源的补偿
 可调功耗设置
 可选输入参考电压
概述
互阻放大器 (TIA) 模块提供基于运算放大器的电流-电压转换放大器,参数包括电阻增益和用户选择
的带宽。其来源为 SC/CT 模块。
TIA 用于将外部电流转换为电压。典型应用包括使用光敏二极管等电流输出进行的传感器测量。
TIA 的转换增益单位为欧姆,其可用范围在 20 kΩ 到 1.0 kΩ 之间。光敏二极管等电流输出传感
器的输出电容通常较大。这就需要在 TIA 中加入并联反馈电容,以保证稳定性。TIA 具有一个可
编程的反馈电容,可以满足这一需要,并提供带宽限制,可降低宽频带噪声。
输入/输出连接
本章节介绍 TIA 的各种输入和输出连接。I/O 列表中的星号 (*) 表示,在 I/O 说明中列出的情况
下,该 I/O 可能不可见。
Iin — 模拟
Iin 为输入信号端。它是全局输入总线上的电流之和,可能包括来自电流输出 DAC 的信号。
注:该端的名称为 Iin(大写字母 i),而不是 lin(小写字母 l)。
Vref — 模拟
Vref 为参考信号的输入端。该参考可能是内部参考电压、内部 VDAC 值或外部信号。
Cypress Semiconductor Corporation
Document Number: 001-79815 Rev. **
• 198 Champion Court • San Jose, CA 95134-1709 • 408-943-2600
Revised May 30, 2012
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Vout — 模拟
Vout 为输出信号端。Vout 由以下公式确定,其中 RFB 为反馈电阻:
Vout = Vref – Iin × RFB
正(来自源的)电流生成相对 Vref 为负的输出电压。
负(来自源的)电流生成相对 Vref 为正的输出电压。
元件参数
将一个 TIA 组件拖放到您的设计上,并双击以打开“配置”对话框。
反馈电容
用于设置 TIA 的反馈电容。可将反馈电容设置为无、1.3 pF、3.3 pF 或 4.6 pF(默认)。TIA 的
–3 dB 频率是根据反馈电容和反馈电阻的乘积乘积计算得出的。
功耗
用于设置 TIA 的初始驱动功耗。功耗决定了 TIA 根据输入信号的改变而作出反应的速度。功耗设
置共有四种:最低功耗、低功耗、中功耗(默认)和高功耗。设为最低功耗时,响应时间最长;
设为高功耗时,响应时间最短。设为最低功耗和低功耗时,会降低驱动电流,不适用于阻值较低
的反馈电阻。
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互阻放大器 (TIA)
反馈电阻
用于设置 TIA 的额定反馈电阻。反馈电阻有以下几种允许值可供选择(以欧姆为单位):20k
(默认)、30k、40k、80k、120k、250k、500k 和 1000k。
-3 db 频率
该组合框用于显示计算得出的带宽值。该值取决于反馈电阻、反馈电容值和功耗设置。
资源
TIA 使用一个 SC/CT 模块。通常,Vref 输入来自参考电压、VDAC 输出或 GPIO 上的外部提供
的参考。
API Memory
(API 存储器)
(字节)
数字模块
模拟模块
Macro
Status
Datapaths
cells
Registers
(数据路径) (宏单元) (状态寄存器)
1 个 SC/CT
固定硬件模块
不可用
不可用
不可用
Control
Registers
(控制寄存器)
Counter7
(计数器 7)
Flash
(闪存)
不可用
不可用
352
Pins (引脚)
RAM (每个外部 I/O)
2
3
应用程序编程接口
应用程序编程接口 (API) 子程序允许您使用软件配置模块。下表列出了每个函数的接口,并进行
了说明。以下各节将更详细地介绍每个函数。
默认情况下,PSoC Creator 将实例名称“TIA_1”分配给指定设计中组件的第一个实例。您可以
将其重命名为遵循标识符语法规则的任何唯一值。实例名称会成为每个全局函数名称、变量和常
量符号的前缀。出于可读性考虑,下表中使用的实例名称为“TIA”。
函数
说明
TIA_Start()
启动 TIA。
TIA_Stop()
关闭 TIA。
TIA_SetPower()
将驱动功耗设置为四个级别中的一个。
TIA_SetResFB()
将电阻反馈设置为 8 个值中的一个。
TIA_SetCapFB()
将电容反馈设置为 4 个值中的一个。
TIA_Sleep()
停止并保存用户配置。
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TIA_Wakeup()
恢复并启用用户配置。
TIA_Init()
初始化或恢复默认 TIA 配置。
TIA_Enable()
启用 TIA。
TIA_SaveConfig()
空函数。预留将来使用。
TIA_RestoreConfig()
空函数。预留将来使用。
全局变量
变量
TIA_initVar
说明
指示 TIA 是否已初始化。变量将初始化为 0,并在第一次调用 TIA_Start() 时设置为 1。这样,
第一次调用 TIA_Start() 子程序后,组件不用重新初始化即可重启。
如需重新初始化组件,可在 TIA_Start() 或 TIA_Enable() 函数前调用 TIA_Init() 函数。
void TIA_Start(void)
说明:
执行组件所有必需的初始化,并打开放大器电源。第一次执行子程序时,反馈电阻和反馈电容
以及放大器功耗是基于进行配置时所提供的值而设置的。在调用 TIA_Stop() 后重启 TIA 会保
留当前组件的参数设置。
参数:
None(无)
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
None(无)
(副作用):
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互阻放大器 (TIA)
void TIA_Stop(void)
说明:
将 TIA 切换至最低功耗状态,并禁用输出。
注:不建议将本 API 使用于 PSoC 3 ES2 和 PSoC 5 芯片。这些器件有一个缺陷,导致与某
些模拟资源的连接在断电时不可靠。当停止使用该资源的组件时,该不可靠性会在静默失败中
表现出来(例如模拟组件中出现不可预见的失败结果)。使用此芯片时,设计中的所有模拟组
件都应始终加电(通过调用其相应的 _Start() API,例如 TIA_Start())。请勿调用 TIA_Stop()
API。
参数:
None(无)
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
不影响功耗、反馈电阻或反馈电容设置
(副作用):
void TIA_SetPower(uint8 power)
说明:
将驱动功耗设置为四种设置之一:最低、低、中等或高。
参数:
uint8 power:有关有效功耗设置,请参见下表。
功耗设置
注
TIA_MINPOWER
有效功耗最低,反应时间最长
TIA_LOWPOWER
功耗低,速度慢
TIA_MEDPOWER
功耗中等,速度中等
TIA_HIGHPOWER
有效功耗最高,反应时间最短
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
None(无)
(副作用):
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互阻放大器 (TIA)
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(void) TIA_SetResFB(uint8 res_feedback)
说明:
设置放大器反馈电阻值。
参数:
uint8 res_feedback:有关有效反馈电阻设置,请参见下表。
增益设置
注
TIA_RES_FEEDBACK_20K
反馈电阻 = 20k
TIA_RES_FEEDBACK_30K
反馈电阻 = 30k
TIA_RES_FEEDBACK_40K
反馈电阻 = 40k
TIA_RES_FEEDBACK_80K
反馈电阻 = 80k
TIA_RES_FEEDBACK_120K
反馈电阻 = 120k
TIA_RES_FEEDBACK_250K
反馈电阻 = 250k
TIA_RES_FEEDBACK_500K
反馈电阻 = 500k
TIA_RES_FEEDBACK_1000K
反馈电阻 = 1000k
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
None(无)
(副作用):
(void) TIA_SetCapFB(uint8 cap_feedback)
说明:
设置放大器反馈电容值。
参数:
uint8 cap_feedback:有关有效反馈电容设置,请参见下表。
增益设置
注
TIA_CAP_FEEDBACK_NONE
无电容反馈
TIA_CAP_FEEDBACK_1_3PF
反馈电容 = 1.3 pF
TIA_CAP_FEEDBACK_3_3PF
反馈电容 = 3.3 pF
TIA_CAP_FEEDBACK_4_6PF
反馈电容 = 4.6 pF
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
None(无)
(副作用):
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互阻放大器 (TIA)
void TIA_Sleep(void)
说明:
这是让组件进入睡眠的首选 API。TIA_Sleep() 函数保存当前组件的状态。然后调用
TIA_Stop() 函数,并调用 TIA_SaveConfig() 以保存硬件配置。
在调用 CyPmSleep() 或 CyPmHibernate() 函数之前调用 TIA_Sleep() 函数。有关电源管理函
数的更多信息,请参考 PSoC Creator System Reference Guide(《系统参考指南》)。
参数:
None(无)
Return Value
(返回值):
None(无)
Side Effects
None(无)
(副作用):
void TIA_Wakeup(void)
说明:
该函数是将组件恢复到调用 TIA_Sleep() 时状态的首选子程序。TIA_Wakeup() 函数调用
TIA_RestoreConfig() 函数以恢复配置。如果组件在调用 TIA_Sleep() 函数前已启用,则
TIA_Wakeup() 函数也将重新启用组件。
参数:
None(无)
Return Value
None(无)
(返回值):
Side Effects
(副作用):
调用 TIA_Wakeup() 函数前未调用 TIA_Sleep() 或 TIA_SaveConfig() 函数可能会产生意外行
为。
void TIA_Init(void)
说明:
根据自定义程序“配置”对话框设置来初始化或恢复组件。无需调用 TIA_Init(),因为
TIA_Start() 子程序会调用该函数并是开始组件操作的首选方法。
参数:
None(无)
Return Value
None(无)
(返回值):
Side Effects
所有寄存器将设置为自定义“配置”对话框中的值。
(副作用):
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互阻放大器 (TIA)
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void TIA_Enable(void)
说明:
激活硬件并开始执行组件操作。无需调用 TIA_Enable(),因为 TIA_Start() 子程序会调用该函
数,这是开始组件操作的首选方法。
参数:
None(无)
Return Value
None(无)
(返回值):
Side Effects
None(无)
(副作用):
void TIA_SaveConfig(void)
说明:
空函数。预留将来使用。
参数:
None(无)
Return Value
None(无)
(返回值):
Side Effects
None(无)
(副作用):
void TIA_RestoreConfig(void)
说明:
空函数。预留将来使用。
参数:
None(无)
Return Value
None(无)
(返回值):
Side Effects
None(无)
(副作用):
固件源代码示例
PSoC Creator 在“查找示例项目”对话框中提供了很多包括原理图和代码示例的示例项目。要获
取组件特定的示例,请打开组件目录中的对话框或原理图中的组件实例。要获取通用的示例,请
打开 Start Page(开始页)或 File(文件)菜单中的对话框。根据需要,使用对话框中的 Filter
Options(过滤选项)可缩小可选项目的列表。
有关更多信息,请参见 PSoC Creator 帮助中的“Find Example Project(查找示例项目)”
主题。
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互阻放大器 (TIA)
功能描述
TIA 是由普通 SC/CT 模块构建的。拓扑结构是一个运算放大器,带有可选的,从输出端连至反相
输入端间的反馈电阻。此外,还有一个从输出端连接到反相输入端的反馈电容可供选择。图 1 显
示两种可能的 TIA 配置。
图 1. TIA 配置
with Capacitive Feedback
without Capacitive Feedback
通过调整 RFB 反馈电阻来控制输出电压(参见图 2)。RFB 可设置为 8 个值中的一个,从 20k 到
1000k 欧姆不等,可以在参数对话框中选择,也可使用 TIA_SetResFB() API 函数进行选择。
图 2. TIA 原理图
CFB
RFB
Iin
Vout
Vref
通过向 Iin 终端附加电流来调节直流输出电平。正电流(附加到终端)将输出推至负;负电流(从
终端拉出)将输出推至正。电流源可能是内部 DAC。
放大器带宽是由反馈电阻 RFB 和所选的与 RFB 并联的反馈电容共同决定的。通过参数对话框或
TIA_SetCapFB() API 函数可将反馈电容值 CFB 设置为四个值中的一个。
放大器的 –3 dB 频率是:
Freq – 3 dB = 1/(2RFBCFB)
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互阻放大器 (TIA)
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PSoC 3 的直流和交流电气特性
下列值表示期望的性能,它们基于初始特性数据。除非下表中另外指定,否则:TA = 25°C,
VDDA = 5.0V,功耗 = 高,运算放大器偏压 = 低,输出参考电压 = 1.024V。
TIA 直流规范
参数
说明
VIOFF
输入偏移电压
Rconv
转换电阻
条件
最小值
典型
值
最大值
–
3.5
10
mV
R = 20K;40-pF 负载
15
–
27
k
R = 30K;40-pF 负载
22.5
–
40.5
k
R = 40K;40-pF 负载
30
–
54
k
R = 80K;40-pF 负载
60
–
108
k
R = 120K;40-pF 负载
90
–
162
k
R = 250K;40-pF 负载
187
–
338
k
R = 500K;40-pF 负载
375
–
675
k
R = 1M;40 pF 负载
750
–
1350
k
–
0.9
2.0
mA
静态电流
单位
图形
柱状图偏移
18
工作电流与温度典型值,功耗 = 最低
1200
Occurance
16
1100
14
Idda uA
1000
12
10
900
8
800
6
4
700
2
600
5.5V
3.3V
2.7V
1.71V
Vos mV
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6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
0
500
-50
0
50
deg C 100
150
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互阻放大器 (TIA)
工作电流与温度典型值,功耗 = 低
工作电流与温度典型值,功耗 = 高
1200
1200
1100
1100
5.5V
3.3V
2.7V
1.71V
Idda uA
1000
1000
900
900
5.5V
3.3V
2.7V
1.71V
800
700
800
Idda uA
700
600
600
500
-50
0
50
deg C 100
150
500
-50
0
50
deg C 100
150
TIA 交流规范
参数
BW
说明
输入带宽 (–3 dB)
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条件
最小值
典型
值
最大值
单位
R = 20K;–20-pF 负载
1600
–
–
kHz
R = 120K;–20-pF 负载
240
–
–
kHz
R = 1M;–20-pF 负载
25
–
–
kHz
R = 20K;–40-pF 负载
1500
–
–
kHz
R = 120K;–40-pF 负载
240
–
–
kHz
R = 1M;–40-pF 负载
25
–
–
kHz
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互阻放大器 (TIA)
PSoC Creator™ 组件数据手册
图形
电压噪声,VDDA = 5.0V,功耗 = 高
1000
nV/rtHz
100
10
0.01
0.1
1
kHz
10
100
1000
PSoC 5 的直流和交流电气特性
下列值表示期望的性能,它们基于初始特性数据。除非下表中另外指定,否则:TA = 25°C,
VDDA = 5.0V,功耗 = 高,运算放大器偏压 = 低,输出参考电压 = 1.024V。
注:特性数据表将根据芯片的特性进行更新。
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互阻放大器 (TIA)
TIA 直流规范
参数
说明
VIOFF
输入偏移电压
RCONV
转换电阻
条件
最小值
典型
值
最大值
–
–
20
mV
R = 20K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 30K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 40K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 80K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 120K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 250K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 500K;40-pF 负载
–25
–
+35
%
R = 1M;40-pF 负载
–25
–
+35
%
–
1.1
2
最小值
典型
值
最大值
R = 20K;40-pF 负载
1000
–
–
kHz
R = 120K;40-pF 负载
230
–
–
kHz
R = 1M;40-pF 负载
23
–
–
kHz
静态电流
单位
mA
TIA 交流规范
参数
BW
说明
条件
输入带宽 (–3 dB)
单位
组件更改
本节介绍组件与以前版本相比的主要更改。
版本
1.80
更改说明
修改源文件使得当
用电荷泵。
VDDA 低于 2.7 V 时可启
更改/影响原因
电荷泵应在电压低于 2.7 V 的情况下启用
将 PSoC 5 的直流和交流电气特性添加到数据
手册
1.70
针对 PSoC 5 进行修改的 TIA_Stop() API
为防止在 PSoC 5 上停止组件时影响无关模拟信号所
必需的更改。
添加调试窗口支持
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互阻放大器 (TIA)
版本
1.60
PSoC Creator™ 组件数据手册
更改说明
更改/影响原因
针对寄存器定义添加向后兼容
为了向 TIA_1_10 提供向后兼容。
更新了“Configure(配置)”对话框。
创建了定制接口。向定制器添加了计算得出的带宽,
以支持带宽显示。
删除了 Min-vdda 参数
无需最小 Vdda 的参数。组件会自动识别电压设置,
并相应地设置模块内部的开关泵。
更新了 TIA 组件符号
更新 TIA 组件符号以反映电阻反馈、电容反馈和
Fcorner 值。
向数据手册添加了特性数据。
对数据手册进行了少量编辑和更新
1.50
添加了睡眠/唤醒和初始化/启用 API。
为支持低功耗模式并提供常用接口,以单独控制大多
数组件的初始化和启用。
TIA 参数下拉值按升序进行了重新排列。
TIA 参数下拉值并非按升序排列。80k 欧姆调到
1000k 欧姆之后。相应地对值进行了重新排列。
将负号更改为与“+”字符中的横线等长。
更新了负号以达到行业标准。
更新了条件语句以正确启用 PSoC 3 量产版芯
片和 PSoC 5 ES2 芯片或更新版本的电荷泵时
钟。
未正确启用电荷泵时钟,因此 SC 模块不工作。
© 赛普拉斯半导体公司,2012。此处所包含的信息可能会随时更改,恕不另行通知。除赛普拉斯产品的内嵌电路之外,赛普拉斯半导体公司不对任何其他电路的使用承担任何责任。也不根据专利
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PSoC® 是赛普拉斯半导体公司的注册商标,PSoC Creator™ 和 Programmable System-on-Chip™ 是赛普拉斯半导体公司的商标。此处引用的所有其他商标或注册商标归其各自所有者所有。
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