Texas Instruments (TI) ha ampliado su familia de convertidores de datos de alta velocidad con una nueva familia de ocho convertidores analógicos a digitales (ADC) de registro de aproximación sucesiva (SAR) que permiten la adquisición de datos de alta velocidad en entornos industriales. Enfocándose en desafíos de control en tiempo real en sistemas industriales, los ADC ADC3660 SAR en resolución de 14, 16 y 18 bits a velocidades de muestreo que van desde 10 a 125 MSPS afirman reducir el consumo de energía en un 65 por ciento y una latencia más baja en un 80 por ciento en comparación con dispositivos competitivos.
Durante una conferencia de prensa, Matt Hann, gerente de línea de productos, convertidores de datos de alta velocidad en TI, destacó la necesidad de control en tiempo real en los sistemas industriales y, por lo tanto, la importancia de la nueva familia ADC3660 no solo en el ámbito del tiempo real. control, sino también en términos de precisión y alta velocidad.
Hasta ahora, los ingenieros que diseñan sistemas industriales han tenido que elegir entre varios compromisos en términos de ruido y bajo consumo de energía, una decisión particularmente difícil para quienes diseñan dispositivos alimentados por baterías que requieren una adquisición de datos precisa. Hann señaló que la familia ADC3660 tiene como objetivo abordar estas compensaciones y otros desafíos, incluidos la precisión, el tamaño y el tiempo de diseño.
“Lo que estamos trayendo a la mesa ahora que no estaba presente antes es una combinación de precisión, ruido, potencia, tamaño y características que facilitan que estos dispositivos se diseñen en un sistema”, dijo Hann. "Hay dispositivos que han existido a esta frecuencia de muestreo en el mercado, pero lo que aportamos es un mejor rendimiento de ruido a esa frecuencia de muestreo y resolución, así como funciones digitales integradas y el menor consumo de energía".
Control digital en tiempo real
El aumento de la precisión en la adquisición de datos de alta velocidad satisface una creciente necesidad industrial de control en tiempo real. Aquí, en un bucle de control digital de alta velocidad, el ADC actúa en un sistema complejo para responder a voltaje o cambios actuales y ayuda a prevenir daños costosos a componentes críticos en los sistemas de administración de energía.
“Cuando hablas de tiempo real, piensas en algo instantáneo”, dijo Hann. Por lo tanto, en un sistema de control en tiempo real, a menudo se necesita un control instantáneo donde la alta precisión y velocidad son importantes, como en cámaras termográficas, infraestructuras de red, analizadores de calidad de energía, cortadores de plasma y unidades de medición de fuentes, agregó.
Fig.1: Habilitación del control en tiempo real con lazos de control digital (Fuente: TI)
Como se muestra en , hay cuatro piezas clave para el bucle de control digital. En el bucle RX de alta velocidad, hay una cadena de señal analógica que trae los datos al ADC, en este caso el ADC3664, que es procesado por un FPGA, un microcontrolador en tiempo real (MCU) o incluso un DSP, y esa información es tomada y traducida a la carga por un DAC, dijo Hann. “La cantidad total de tiempo que se necesita para que esto suceda se mide por lo que llamamos latencia. Entonces, en el pasado, la baja latencia era algo que solo un bucle de control analógico podía habilitar porque no estaba necesariamente limitado por la frecuencia de muestreo del ADC, o incluso el ruido del ADC haciendo una medición precisa ”, dijo Hann.
El nuevo ADC de TI ofrece latencia de nanosegundos, lo que proporciona no solo control en tiempo real, sino también flexibilidad de diseño. “Lo que permite que un controlador digital sea flexible es la capacidad de programación que ofrece el ADC3664”, dijo Hann.
La capacidad de sintonización y programación en tiempo real permiten a un diseñador final personalizar un sistema que puede adaptarse a múltiples aplicaciones simplemente cambiando algunos parámetros en el software, dijo Hann. "Eso da como resultado flexibilidad para el diseño final y un gran ahorro de costes para el cliente final".
ADC de SAR
Hann destacó algunos dispositivos de la nueva familia de ADC, que constan de ocho dispositivos compatibles pin a pin en configuraciones de uno o dos canales, que van desde 10 a 125 MSPS en grados de resolución de 14, 16 y 18 bits. . Dependiendo del dispositivo, la familia puede ofrecer hasta un 80 por ciento menos de latencia para el control en tiempo real y el mejor rango dinámico de su clase con el menor consumo de energía, así como características integradas y altas frecuencias de muestreo que hacen que el diseño sea muy fácil. dicho.
Un ejemplo es el ADC3683, que TI afirmó como el ADC de 18 bits más rápido de la industria. “El ADC3683 es un ADC de doble canal de 65 bits y 18 MSPS y toma muestras cuatro veces más rápido que el dispositivo de 18 bits más cercano de la competencia con el doble de densidad de canal”, dijo Hann. “Mejora el rendimiento del ruido en aplicaciones de frecuencia de banda estrecha, como radios de defensa portátiles con una relación señal / ruido (SNR) de 84.2 dB y una densidad espectral de ruido de -160 dBFS / Hz. Además, consume menos energía a 94 mW por canal y permite sistemas de adquisición de datos de alta precisión, como unidades de medición de fuentes y otros tipos de instrumentación portátil ”, dijo Hann.
Fig.2: Diagrama de aplicación de ADC3683 (Fuente: TI)
El ADC125 de doble canal, 14-MSPS, 3664 bits (mencionado anteriormente) es otra variante, que ofrece baja latencia (1 reloj, 8 ns) y ayuda a proteger los componentes críticos y aumentar la precisión de la herramienta en aplicaciones como Semiconductores sistemas de fabricación. La latencia ultrabaja de los dispositivos permite lazos de control digital de alta velocidad en una amplia variedad de sistemas industriales para monitorear y responder con mayor precisión a los picos de voltaje y corriente.
Esta variante específica ofrece una latencia un 80 por ciento más baja, que es más baja que los dispositivos de la competencia a velocidades similares, incluidos los ADC de arquitectura de tubería y SAR, dijo Hann.
Fig.3: Diagrama de aplicación de ADC3664 (Fuente: TI)
En términos de bajo consumo de energía, el ADC65 de 16 bits y 3660 MSPS ofrece un ruido ultrabajo a 82 dBFS SNR, lo que mejora la resolución de imagen en aplicaciones de sonda y consume un 65 por ciento menos de energía (71 mW por canal) que el dispositivo de la competencia equivalente. , dijo Hann.
“Para una aplicación como la sonda con un 65 por ciento menos de energía, es un dispositivo muy atractivo y también el doble canal de 65 bits y 16 MSPS lo hace ideal y, a menudo, puede eliminar componentes adicionales de la cadena de señal en el camino debido a esa baja potencia consumo ”, dijo. "La eliminación de la ruta de la cadena de señales también puede reducir el consumo de energía general del sistema".
Fig.4: Diagrama de bloques funcional del ADC3660 (Fuente: TI)
Reducir la complejidad del diseño
Las altas tasas de muestreo y las características integradas de la familia ADC3660 ayudan a los diseñadores a reducir la cantidad de componentes en sus sistemas. Por ejemplo, el ADC3683 permite el sobremuestreo, lo que aleja los armónicos de la señal deseada. Esto permite a los diseñadores reducir la complejidad del filtro de suavizado y la cantidad de componentes del sistema hasta en un 75 por ciento.
Otras características de la familia que reducen la complejidad del diseño incluyen opciones de diezmado en el chip que permiten a los diseñadores eliminar el ruido y los armónicos no deseados en el sistema y aumentar la SNR y el rango dinámico libre de espurios hasta en 15 dB. Estas opciones de diezmado y la interfaz CMOS permiten a los diseñadores utilizar estos ADC con procesadores basados en Arm o DSP en lugar de FPGA, lo que puede ayudar a reducir el costo del sistema.
"Estamos trayendo la funcionalidad informática del procesador al ADC y esto reduce los costos del sistema con un procesador basado en Arm o un DSP y aumenta la funcionalidad del sistema al poder aprovechar los recursos del procesador para otras tareas", dijo Hann. .
Los dispositivos ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664 y ADC3683 están disponibles ahora en TI en un paquete de 5 × 5 mm muy delgado y cuádruple plano sin plomo (WQFN). Las versiones de preproducción del ADC3541 están disponibles ahora, solo en TI.com, y se espera una producción en volumen en el primer trimestre de 2022. Disponibles ahora en TI, los módulos de evaluación tienen un precio de $ 249.
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