Texas Instruments（TI）は、産業環境での高速データ取得を可能にする3660つの連続近似レジスタ（SAR）アナログ-デジタルコンバータ（ADC）の新しいファミリで、高速データコンバータのファミリを拡張しました。 産業用システムにおけるリアルタイム制御の課題を対象として、14〜16MSPSの範囲のサンプリング速度で18ビット、10ビット、および125ビットの分解能のADC65 SAR ADCは、消費電力を80％削減し、レイテンシをXNUMX％削減すると主張しています。競争力のあるデバイス。
記者会見で、TIの高速データコンバーターの製品ラインマネージャーであるMatt Hannは、産業システムにおけるリアルタイム制御の必要性、したがってリアルタイムの領域だけでなく新しいADC3660ファミリの重要性を強調しました。制御だけでなく、精度と高速性の観点からも。
これまで、産業用システムを設計するエンジニアは、ノイズと低消費電力の観点からさまざまな妥協点から選択する必要がありました。これは、正確なデータ取得を必要とするバッテリ駆動デバイスを設計するエンジニアにとって特に難しい決定です。 Hann 氏は、ADC3660 ファミリはこれらのトレードオフと、精度、サイズ、設計時間などの他の課題に対処することを目指していると指摘しました。
「これまで存在しなかった現在のテーブルにもたらすのは、精度、ノイズ、電力、サイズ、およびこれらのデバイスをシステムに設計するのを非常に簡単にする機能の組み合わせです」とハン氏は述べています。 「市場にはこのサンプリングレートで存在するデバイスがありますが、私たちがテーブルにもたらしたのは、そのサンプリングレートと解像度での優れたノイズ性能、統合されたデジタル機能、および最小の消費電力です。」
リアルタイムのデジタル制御
高速データ取得の精度を高めることで、リアルタイム制御に対する産業上のニーズが高まります。 ここで、高速デジタル制御ループでは、ADC は複雑なシステムで動作し、高速な 電圧 または現在の変更であり、電力管理システムの重要なコンポーネントへのコストのかかる損傷を防ぐのに役立ちます。
「リアルタイムについて話すときは、瞬間的なものを思い浮かべます」とハン氏は言います。 そのため、リアルタイム制御システムでは、赤外線カメラ、ネットワークインフラストラクチャ、電力品質アナライザ、プラズマカッター、光源測定ユニットなど、高精度と高速性が重要な場合に瞬時制御が必要になることがよくあります。
図1：デジタル制御ループによるリアルタイム制御の有効化（出典：TI）
に示すように 図1、デジタル制御ループには3664つの重要な要素があります。 高速ループRXには、データをADC（この場合はADCXNUMX）に送るアナログ信号チェーンがあります。 FPGA、リアルタイムマイクロコントローラー（MCU）またはDSPでさえあり、その情報はDACによって取得され、負荷に変換されます、とHann氏は述べています。 「これが発生するまでの合計時間は、いわゆるレイテンシーによって測定されます。 そのため、これまでの低遅延は、ADCのサンプリングレートや、正確な測定を行うADCのノイズによっても制限されなかったため、アナログ制御ループでしか実現できなかったものでした」とハン氏は述べています。
TIの新しいADCはナノ秒の遅延を提供し、リアルタイム制御だけでなく設計の柔軟性も提供します。 「デジタルコントローラを柔軟にすることができるのは、ADC3664が提供するプログラム可能性です」とHann氏は述べています。
リアルタイムの調整可能性とプログラム可能性により、エンドデザイナーは、ソフトウェアのいくつかのパラメーターを変更するだけで、複数のアプリケーションに適応できるシステムをカスタマイズできます、とハン氏は述べています。 「これにより、最終設計に柔軟性がもたらされ、最終顧客に大幅なコスト削減がもたらされます。」
SARADC
Hann は、10、125、および 14 ビットのレゾルチン グレードで 16 ～ 18 MSPS の範囲のシングルまたはデュアル チャネル構成の 80 つのピン間互換デバイスで構成される、ADC の新しいファミリのいくつかのデバイスを強調しました。 。 デバイスに応じて、このファミリは、最小の電力消費でリアルタイム制御とクラス最高のダイナミック レンジのために最大 XNUMX% 低いレイテンシを提供し、設計を非常に簡単にする統合機能と高いサンプリング周波数を提供します。前記。
一例として、TIが業界最速の3683ビットADCと主張したADC18があります。 「ADC3683 は 65-MSPS、18 ビット デュアル チャネル ADC であり、チャネル密度が 18 倍で、最も近い競合 84.2 ビット デバイスよりも 160 倍高速にサンプリングします」と Hann 氏は述べています。 「これにより、信号対雑音比（SNR）が94 dB、ノイズスペクトル密度が-XNUMX dBFS / Hzのポータブル防衛無線機などの狭帯域周波数アプリケーションのノイズ性能が向上します。 さらに、チャネルあたり XNUMX mW と少ない電力を消費し、ソース測定ユニットやその他のタイプのハンドヘルド計測器などの高精度データ収集システムを可能にします」と Hann 氏は述べています。
図 2: ADC3683 のアプリケーション図 (出典: TI)
125-MSPS、14 ビット、デュアル チャネル ADC3664 (前述) は別のバリアントであり、低レイテンシ (1 クロック、8 ns) を提供し、次のようなアプリケーションで重要なコンポーネントを保護し、ツールの精度を向上させるのに役立ちます。 半導体 製造システム。 デバイスの超低遅延により、さまざまな産業用システムの高速デジタル制御ループが、電圧と電流のスパイクをより正確に監視して応答できるようになります。
この特定のバリアントは、SARやパイプラインアーキテクチャADCなどの同様の速度の競合デバイスよりも80％低いレイテンシを実現します。
図 3: ADC3664 のアプリケーション図 (出典: TI)
低消費電力の観点から、65-MSPS、16ビットADC3660は、82 dBFS SNRで超低ノイズを実現し、同等の競合デバイスよりも65％少ない電力（チャネルあたり71 mW）を消費しながら、ソナーアプリケーションの画像解像度を向上させます。 、ハンは言った。
「65％少ない電力のソナーのようなアプリケーションにとって、それは非常に魅力的なデバイスであり、65-MSPS、16ビットデュアルチャネルはそれを理想的にし、その低電力のためにパス内の余分なシグナルチェーンコンポーネントを排除できることがよくあります消費」と彼は言った。 「シグナルチェーンパスを排除することで、システム全体の消費電力も削減できます。」
図4：ADC3660の機能ブロック図（出典：TI）
設計の複雑さを軽減
ADC3660ファミリの高いサンプリングレートと統合された機能は、設計者がシステム内のコンポーネントの数を減らすのに役立ちます。 たとえば、ADC3683はオーバーサンプリングを可能にし、高調波を目的の信号からさらに遠ざけます。 これにより、設計者はアンチエイリアスフィルタの複雑さとシステム内のコンポーネントの数を最大75％削減できます。
設計の複雑さを軽減する他のファミリ機能には、設計者がシステム内の不要なノイズと高調波を除去し、SNR とスプリアスのないダイナミック レンジを最大 15 dB 向上させるオンチップ デシメーション オプションが含まれます。 これらのデシメーションオプションとCMOSインターフェイスにより、設計者はこれらのADCをFPGAの代わりにArmベースのプロセッサまたはDSPで使用できるようになり、システムコストの削減に役立ちます。
「プロセッサからADCにコンピューティング機能を導入します。これにより、ArmベースのプロセッサまたはDSPのいずれかでシステムコストが削減され、プロセッサリソースを他のタスクに活用できるため、システム機能が向上します」とHann氏は述べています。 。
ADC3563、ADC3583、ADC3643、ADC3660、ADC3663、ADC3664、およびADC3683デバイスは、5×5 mmの非常に薄いクワッドフラットノーリード（WQFN）パッケージでTIから入手できます。 ADC3541の試作バージョンは、TI.comでのみ入手可能で、2022年の第249四半期に量産が予定されています。TIから入手可能な評価モジュールの価格はXNUMXドルです。
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