MSP 集成模拟外设

德州仪器 (TI) 提供了大量集成在微控制器中的模拟外设,旨在带来完整的模拟前端 (AFE) 解决方案。AFE 充当必不可少的桥接模块,在信号传递到微控制器之前对信号进行放大、比较或过滤。集成模拟不仅可降低整个系统的功耗,还可降低总体系统成本,但采用更小的硬件尺寸。

为何选择集成模拟?

嵌入式射频

集成模拟可帮助需要采用低功耗来确保延长电池使用时间的大量应用。除了功效,MCU 中的嵌入式高性能模拟外设还在简化模拟前端设计方面起着与众不同的作用。选择具有集成模拟的 MSP430 MCU 将带来大量系统成本和空间优势 - 减少物料和板面空间。MSP430 还提供一个完整的生态系统,其中包括硬件和软件工具以及参考设计,旨在快速启动您的设计并减少开发时间。

MSP430™ 是经过全新设计的微控制器系列,支持超低功耗应用。集成模拟外设可以在各种功耗模式下运行,从而实现高功效的系统解决方案。很多模拟外设都有完全不使用 CPU 的运行模式,这种模式可降低功耗并释放 CPU 资源以便执行其他并行操作。

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集成了什么模拟?

模拟 系统优点
10/12 位 SAR ADC
  • 快速采样/转换带来更高的准确性
  • 在低功耗模式下自主进行数据采样 - 无需使用 CPU
16 位和 24 位 Sigma-Delta 转换器 (SDC)
  • 高精度读数
  • 差动输入 - 有利于交流测量,而且无需电平转换
  • 同步转换 - 电压与电流采样之间不存在固有延迟,因此无需 SW 补偿
12 位数模转换器 (DAC)
  • 通过配置可实现性能与功耗之间的平衡
  • 在多个模块可用的情况下,允许同步更新操作
运算放大器 (OpAmp)
  • 在模数转换之前进行模拟信号调节
  • 直接连接到其他集成外设以提高信号链性能
输入/输出
  • 无需电平转换电路,降低了 BOM 成本
  • 降低总体系统(如传感器集线器)功耗
集成 PHY
  • MSP430 直接连接至电缆,无需外部 LDO
  • 全速 USB 2.0 设计,通常不需要传输线路布局

MSP™ 是经过全新设计的 16 位微控制器系列,支持超低功耗应用。集成模拟外设可以在各种功耗模式下运行,从而实现高功效的系统解决方案。很多模拟外设都有完全不使用 CPU 的运行模式,这种模式可降低功耗并释放 CPU 资源以便执行其他并行操作。以下信息重点介绍了各模拟集成外设的关键特性以及推荐开始评估的器件。

  ADC       输入和输出    
MSP™ MCU 系列 10 位 SAR 12 位 SAR 16 位 Sigma Delta 24 位 Sigma Delta DAC 比较器 温度传感器 1.8v 5v CapTouch 电压监控 PHY
F1xx              
F2xx        
G2xx/i2xx            
F4xx        
F5xx      
F6xx        
FR5xx              


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10 位和 12 位 SAR ADC – MSP

MSP:10 位和 12 位 SAR ADC

ADC10 模块支持快速 10 位模数转换。该模块应用 10 位 SAR 内核,以及采样选择控制、参考信号发生器、窗口比较器和数据传输控制器 (DTC)。此 DTC 允许将 ADC10 样本转换和存储在存储器任何位置而无需 CPU 的干预。该模块可以经过用户软件配置后支持不同的应用。该 ADC 还内置了温度传感器,并支持 200ksps 以上的转换率。

ADC12 模块支持快速 12 位模数转换。该模块应用 12 位 SAR 内核、采样选择控制、参考信号发生器、窗口比较器和数据传输控制器 (DTC)。此 DTC 允许 ADC12 样本被转换和存储在任何其他寄存器单元而无需 CPU 的干预。该模块可以经过用户软件配置后支持不同的应用。

该 ADC 还内置了温度传感器,并支持 200ksps 以上的转换率。

特性

  • 200ksps 转换率下的 10 位和 12 位 ADC
  • 自动扫描
  • 单一、序列、单一重复、序列重复
  • 计时器触发
  • 数据传输控制器 (DTC)
  • 启用 DMA
  • MSP430FR5x/FR6x 器件上提供差动模式和内置窗口比较器

优势

  • 快速采样/转换带来更高的准确性
  • 超低功耗运行:
    • 在低功耗模式下自主采样数据 - 无需使用 CPU!
    • 使用 DTC 和 DMA 将数据样本传输到存储器中的任意位置 - 这一切都可在低功耗模式下进行!

10 位和 12 位 ADC 表格

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

分辨率(位)

温度传感器

采样率 (ksps)

ADC 通道数

电流消耗 (µA)

INL (LSB)

MSP430FR5969

16 64 2 40 12 200 16 140 +- 1.8

MSP430FR5739

24

16

1

33

10

200

14

100

+- 1.1

MSP430F5310

25

32 6 47 10 200 12 70 +- 1.0

MSP430F5172

25 32 2 29 10 200 8 70 +- 1.0
MSP430F2274 16 32 1 32 10 200 12 600 +- 1.0


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16 位和 24 位 Sigma-Delta 转换器 - MSP

MSP:16 位和 24 位 Sigma-Delta 转换器

SD24 模块最多由八个独立的 Sigma-Delta 模数转换器组成。这些转换器基于二阶过采样 Sigma-Delta 调制器和数字抽取滤波器。

抽取滤波器是带有可选的过采样率高达 1024 的梳型过滤器。额外的滤波电路可在软件中完成。

特性

  • 专用 32 位结果寄存器
  • 高达 2 MHz 的调制频率
  • 支持位流输出/输入模式
  • 自动断电模式
  • 可灵活选择时钟分频器
  • 64 和 128 PGA 增益
  • 可选择外部触发器
  • 可触发 ADC10 转换

优势

  • 差动输入 - 有利于交流测量,而且无需电平转换
  • 同步转换 - 电压与电流采样之间不存在固有延迟,因此无需 SW 补偿
  • 内置 PGA - 在使用分流电阻或 Rogowski 线圈的情况下,完整动态范围适用于任何外部增益放大器

 

16 位和 24 位 Sigma-Delta 转换器

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

分辨率(位)

温度传感器

PGA

独立转换器的数量

ENOB

OSR

MSP430F6779

25

512

32

86

24

86

14

1024

MSP430F6736

25

128 8 68 24 86 14 1024

MSP430AFE253

12 16 0.5 11 24 85 14 1024

MSP430F4794

16

60

2.5

72

16

65

4

11

1024

MSP430F47197

16

120 4 68 16 69 7 11 1024

MSP430F427A

8 32 1 14 16 69 3 11 1024

MSP430F2013

16 1 0.125 10 16 63 1 10 1024


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12 位数模转换器 (DAC) – MSP

MSP:12 位数模转换器 (DAC)

DAC12 模块为 12 位电压输出 DAC。DAC12 可在 8 位或者 12 位模式中被配置并可与 DMA 控制器协同使用。当存在多个 DAC12 模块时,可将它们编成一组进行同步更新操作。

特性

  • 12 位单片
  • 8/12 位电压输出
  • 可编程趋稳时间与功耗
  • 内部/外部基准
  • 二进制或补码
  • 自动校准
  • 组同步负载
  • 启用 DMA

优势

  • 通过配置可实现性能与功耗之间的平衡
  • 在多个模块可用的情况下,允许同步更新操作
  • 在低功耗待机模式下输出波形,从而最大程度地降低电流消耗!

12 位数模转换器 (DAC)

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

分辨率(位)

偏移电压 (mV)

INL (LSB)

DNL (LSB)

通道数

趋稳时间 (µs)

驱动电流 (µA)

MSP430F6659

20

512

66

74

12/8

+- 21

2

0.4

2

15

65

MSP430F5336

20

128

18

74

12/8

+- 21

2

0.4

2

15

65

MSP430F4270

8 32 0.25 32 12/8

+- 21

2 0.4 1 15 50

MSP430F2619

16 120 8 48 12/8

+- 21

2 0.4 2 15 50


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模拟比较器 – MSP

MSP:模拟比较器

该比较器模块支持精密斜坡模数转换、电源电压监测和外部模拟信号监控。

比较器的特性包括:反相和非反相终端输入多路复用器;可通过软件选择、用于比较器输出的 RC 滤波器;向计时器捕捉输入提供输出;对端口输入缓冲器进行软件控制;中断功能;可选参考信号发生器;比较器和参考信号发生器可断电。

特性

  • ~100nA 运行 (Comp_B)
  • 磁滞发生器 (B)
  • 输入多路复用器
  • 参考信号发生器
  • 低通滤波器
  • 电池检测
  • 中断源
  • Timer_A 捕捉
  • 适用于采样保持的多路复用器短接

优势

  • 超低功耗运行可延长电池使用寿命
  • 可对外部模拟信号进行监控
  • 支持精密斜坡模数转换

模拟比较器

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

分辨率(位)

温度传感器

采样率 (ksps)

通道数

电流消耗 (µA)

Icc (µA)

MSP430G2553

16

16

0.5

25

+- 10

0.7

8

120

45

MSP430FR5720

8

4 0.5 17 +- 20

可编程

16 100 29

MSP430F5131

25 8 1 29 +- 10

可编程

16 450 32

MSP430F412

8 4 0.25 48 +- 30 0.7 1 150 45

MSP430F2370

16 32 2 32 +- 30 0.7 8 120 45


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模拟池 (A-POOL) - MSP

MSP:模拟池 (A-POOL)

模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 是包含模拟和数字组件的复杂模拟功能,某些类型采用补偿方法和自动置零 (AZ) 机制来消除误差源。先进的转换器提供了自动范围控制等高级功能。A-POOL 虽然完全不具备现成模块拥有的这些复杂功能,但是它提供了模拟初级功能和以模拟为导向的数字初级功能,这些功能通过软件加以组合即可用于构建复杂的模拟功能,例如各种类型的 DAC、ADC 和 SVM。

特性

可通过软件配置的外设与以下构件块结合使用即可实现完整的信号链
  • 比较器
  • 8 位初级 DAC
  • 8 位 ADC
  • 电源电压监控器
  • 温度传感器
  • 超低电压 (256mV) 基准

优势

  • 实现灵活的多样化设计
  • 减小板的尺寸
  • 使用一个外设形成完整的信号链

 

模拟池 (A-POOL)

器件型号

MCU 速度 (MHz)

ROM (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

ADC/DAC 分辨率(位)

温度传感器

比较器

比较器趋稳时间 (µs)

DAC 趋稳时间 (µs)

MSP430L092 4

2

2

11

8

1

14



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运算放大器 – MSP

MSP:运算放大器

运算放大器 (OA) 支持模数转换之前的前端模拟信号调节。OA 是可配置、低电流、轨至轨的运算放大器。它可以配置成反相放大器或非反相放大器,或者可与其他 OA 模块组合形成差动放大器。对 OA 的输出转换率进行配置可在趋稳时间与功耗之间达成最佳平衡。

特性

  • 单电源,低电流运行
  • 轨至轨输出
  • 可通过软件选择的轨至轨输入
  • 可编程建立时间与功耗的关系
  • 可选择的软件配置
  • 用于 PGA(可编程增益放大器)应用的可选择的软件反馈电阻。

优势

  • 同一运算放大器可在运行过程中重新进行配置,以满足不同的系统级要求
  • 直接连接到其他集成外设以提高信号链性能

运算放大器

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

增益

THD (dB)

偏移 (mV)

趋稳时间 (µs)

MSP430FG4619

8 120 8 80 1 -70 +- 10 7

MSP430FG479

8 60 2 48     +- 10  

MSP430F2274

16

32

1

32

1

-70

+- 10

7



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输入/输出 – MSP

MSP:输入/输出

这些集成模拟 IO 旨在支持具有以下特征的应用:系统中的外部组件需要特定的直接驱动电压电平。不再需要升压转换器、振荡组件和电平位移器,由此降低了总系统成本。根据具体器件,微控制器的工作电压为 2.0-3.6V,某些 MCU 具有如下特性。此外,这些 I/O 支持高达 20mA 的可编程驱动器强度。

特性

  • 可用于 I/O 控制的多种电压选项
  • 1.8V I/O:直接连接到相同的 I/O 逻辑和传感器
  • 5V I/O:驱动强度最高为 20mA 的容差推挽 I/O,用于连接到相同的电压 IC、驱动逻辑电平 MOSFET 或白色 LED
  • Captouch I/O:每个具有触摸感应功能的 I/O 都有一个可单独编程的引脚振荡器使能位来启用低成本触摸应用

优势

  • 无需电平转换电路,降低了 BOM 成本
  • 降低总体系统(如传感器集线器)功耗

I/O - 共享基准

输入/输出 (IO)

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

1.8V

3.3V

5V

MSP430F5229

25 128 8 53
MSP430L092 4 ----- 2 11

MSP430F5172

25

32

2

29



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查看所有电压为 1.8V 的 MSP 器件

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电压监控 – MSP

MSP:电压监控

电源管理模块 (PMM) 管理与器件电源及其监测相关的所有功能。它的主要功能是:首先为内核逻辑生成一个电源电压,其次为施加到器件的电压 (DVCC) 和针对内核生成的电压 (VCORE) 的监测和监控提供几个机制。
PMM 使用集成低压差电压调节器 (LDO),通过初级内核电压产生次级内核电压 (VCORE),再将次级内核电压施加到器件 (DVCC)。
一般而言,VCORE 为 CPU、存储器(闪存和 RAM)和数字模块供电,而 DVCC 为 I/O 和所有模拟模块(包括振荡器)供电。VCORE 输出是通过专用电压基准维持的。
VCORE 最多可编程为四个级别,以便针对 CPU 的所选速度提供合适的电压。这增强了系统的功率效率。调节器的输入或初级侧指的是其高电平侧,输出或次级侧指的是其低电平侧。

特性

  • 宽电源电压 (DVCC) 范围
    针对器件内核产生的电压 (VCORE) 最多可编程为四个级别
  • 针对具有可编程阈值水平的 DVCC 和 VCORE 的电源电压监测器 (SVS) 电源电压监控器 (SVM)
  • 欠压复位 (BOR)
  • 软件可访问的电源故障指示灯
  • 在电源故障条件期间的 I/O 保护

优势

  • 简化系统电源定序要求
  • 内置诊断功能所支持的安全理念
  • 简化安全关键型理念的发展和原理

电压监控

器件型号

MCU 速度 (MHz)

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

GPIO 引脚

传播延迟 (µs)

开/关延迟时间 (µs)

电流消耗 (µA)

MSP430FR5739

24

16

1

33

10

-

5

MSP430F5438A

25

256 16 87 2.5 12.5

1.5



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USB 2.0 PHY – MSP

MSP:USB 2.0 PHY

物理层接口(USB 收发器)是一款由 VUSB 通过集成 LDO 直接供电的差动线路驱动器。该线路驱动器连接到 DP 和 DM 引脚,从而构成 USB 接口的信号传输机制。PHY 搭建了连接接口数字器件和调制器件的桥梁。

特性

  • USB PHY(收发器)已完全集成
  • 由 5V VBUS 通过集成 LDO 供电
  • 在 USB 认证的过程中,所有 MSP430 都通过了全部电气测试。
  • 请参阅此应用报告,了解所有 MSP430 USB 测试 ID 的认证证书的完整列表,或联系 USB-IF
  • 使用 27Ω 的串联电阻器作为终端电阻
  • 应用报告包含一个完整的硬件参考设计

优势

  • MSP430 直接连接至电缆,无需外部 LDO
  • 全速 USB 2.0 设计,通常不需要传输线路布局

USB 2.0 PHY

器件型号

非易失性存储器 (KB)

SRAM (KB)

输出端口(DP、DM)上升时间 (ns)

输出端口(DP、DM)下降时间 (ns)

输入端口(DP、DM)共模范围 (V)

输入端口(DP、DM)阻抗 (kΩ)

(DP、DM)交变 (V)

输入端口(DP、DM)SE 低值 (V)

输入端口(DP、DM)SE 高值 (V)

输入端口(DP、DM)差值 (V)

MSP430F5510

32 4 4 - 20 4 - 20 0.8 - 2.5 300 1.3 - 2.0 0.8 2 0.2

MSP430F6659

512 66 4 - 20 4 - 20 0.8 - 2.5 300 1.3 - 2.0 0.8 2 0.2

MSP430F5529

128 8 4 - 20 4 - 20 0.8 - 2.5 300 1.3 - 2.0 0.8 2 0.2


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适合应用需求的智能模拟

MSP 微控制器中嵌入的只能模拟对许多应用而言都是极好的功能。从减小总体系统尺寸和成本到提供高精度,集成模拟前端为能量测量、医疗和工业客户带来了大量优点。

替代文本

智能电网

替代文本

医疗

替代文本

工业自动化

智能电网与能源

智能电网与能源

关注德州仪器 (TI) 提供大量片上系统 (SoC) 器件,这些器件具有可同步采样的 16 位或 24 位 Sigma Delta 转换器以及用于加密的集成硬件 AES 模块,非常适用于智能能量测量应用。

特性

  • 强大的智能集成模拟– 支持差动输入的高精度 16/24 位 Sigma Delta 转换器,具有内置 PGA 和篡改检测功能。
  • Sigma Delta 转换器同步采样
  • AES - 用于加密的集成硬件 AES 模块
  • 具有晶体偏移校准、温度补偿和篡改检测引脚的 RTC
  • LCD – 高达 320 段,具有内置电荷泵

优点

  • 在保持 2000:1 的宽动态范围的同时,高精度集成 Sigma Delta 提供较高的能量精度,从而实现精确测量。
  • Sigma Delta 转换器同步采样确保了电流和电压采样之间没有延迟,因此无需软件补偿。
  • 集成 PGA 有助于单点校准并减少大量制造时间。
  • 具有双事件捕捉功能的 RTC 允许进行高效的篡改检测,并提供时间戳。
  • 具有内置电荷泵的低功耗 LCD ON 特性带来的一个优点是,可通过更低电压提供更高对比度,并保持 10 年电池寿命

智能电网与能源器件表

器件型号

SAR

SDC

通道

运算放大器

比较器

温度传感器

DAC

MSP430471xx

  16 位 16    

MSP43067xx

10 位

 

8

 

MSP43066xx

12 位

  16  

MSP43064xx

12 位   16    
MSP430AFE2xx   24 位      
MSP430I20xx   24 位      


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医疗

医疗

凭借 12 位 SAR 或 16 位 Sigma-Delta ADC 以及单通道或双通道 12 位 DAC、2 个或 3 个运算放大器、比较器和集成式 LCD 驱动器,TI 提供适合大量便携式医疗应用的广泛片上系统 (SoC) 器件。

特性

  • 完整的片上信号链
  • ADC、DAC、OPA、比较器
  • 集成 LCD 驱动器
  • 集成 USB 外设

优点

  • 减小组件数量和 PCB 尺寸
  • 超低功耗技术可延长电池使用寿命
  • 完整的 USB 开发者套件可简化 USB 集成

 

医疗器件表

器件型号

SAR

SDC

通道

运算放大器

比较器

温度传感器

DAC

PHY

MSP430FG42x0

  16 位      

MSP430FG43x

12 位

 

12

 

MSP430FG47x

 

16 位    

MSP430FG461x

12 位   12  
MSP430F563x 12 位   16   USB
MSP430F663x 12 位   16     USB
MSP430F565x 12 位   16     USB
MSP430F665x 12 位   16     USB


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工厂自动化与控制

工厂自动化与控制

可满足重要工厂自动化与控制要求的强大 AFE。微控制器内的强大集成模拟不仅节省总体系统成本,还提供控制测量所需的高精度。MSP430 产品系列包括最多具有八个独立 Sigma-Delta 模数转换器的微控制器。这些转换器基于二阶过采样 Sigma-Delta 调制器和数字抽取滤波器。

特性

  • 智能集成 – 多个支持差动输入的高精度 Sigma-Delta 转换器 (SDC)
  • Sigma Delta 转换器同步采样

优点

  • 在保持 2000:1 的宽动态范围的同时提供较高的能量精度,从而实现精确测量
  • 无需电平位移器即可直接将传感器输出溃入到 SDC
  • Sigma Delta 转换器同步采样确保了电流和电压采样之间没有延迟,因此无需软件补偿

工厂自动化器件表

器件型号

SAR

SDC

通道

运算放大器

比较器

温度传感器

MSP430AFE2xx

  24 位      

MSP430I20xx

 

24 位

 

 

 

MSP430G2xx

10 位

  8、12  

MSP430F22xx

10 位   12  


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