Texas Instruments (TI)는 산업 환경에서 고속 데이터 수집을 가능하게하는 3660 개의 연속 근사 레지스터 (SAR) 아날로그-디지털 변환기 (ADC)의 새로운 제품군을 통해 고속 데이터 변환기 제품군을 확장했습니다. 산업 시스템의 실시간 제어 문제를 대상으로하는 ADC14 SAR ADC는 16 ~ 18MSPS 범위의 샘플링 속도에서 10 비트, 125 비트 및 65 비트 분해능의 ADC는 전력 소비를 80 %까지 줄이고 대기 시간을 XNUMX %까지 낮춘다 고 주장합니다. 경쟁 장치.
기자 회견에서 TI의 고속 데이터 컨버터 제품 라인 관리자 인 Matt Hann은 산업 시스템에서 실시간 제어의 필요성과 실시간 영역에서뿐만 아니라 새로운 ADC3660 제품군의 중요성을 강조했습니다. 제어뿐만 아니라 정밀도 및 고속 측면에서도.
지금까지 산업 시스템을 설계하는 엔지니어는 잡음과 저전력 소비 측면에서 다양한 절충안 중에서 선택해야했습니다. 이는 정밀한 데이터 수집이 필요한 배터리 구동 장치를 설계하는 사람들에게 특히 어려운 결정이었습니다. Hann은 ADC3660 제품군이 정확성, 크기 및 설계 시간을 포함한 이러한 절충점과 기타 문제를 해결하는 것을 목표로한다고 지적했습니다.
Hann은 "이전에는 없었던 지금까지 우리가 가져 오는 것은 정확성, 소음, 전력, 크기 및 기능의 결합으로 이러한 장치를 시스템에 매우 쉽게 설계 할 수 있도록합니다."라고 말했습니다. "시장에이 샘플링 속도로 존재하는 장치가 있지만 우리가 가져온 것은 해당 샘플링 속도 및 해상도에서 더 나은 노이즈 성능은 물론 통합 디지털 기능과 최저 전력 소비량입니다."
실시간 디지털 제어
고속 데이터 수집의 정확도 향상은 실시간 제어에 대한 증가하는 산업적 요구를 충족합니다. 여기에서 고속 디지털 제어 루프에서 ADC는 복잡한 시스템에서 작동하여 전압 또는 현재 변경을 통해 전력 관리 시스템의 중요한 구성 요소에 대한 값 비싼 손상을 방지합니다.
Hann은 "실시간에 대해 이야기 할 때 즉각적인 것을 생각합니다."라고 말했습니다. 따라서 실시간 제어 시스템에서는 열 화상 카메라, 네트워크 인프라, 전력 품질 분석기, 플라즈마 절단기 및 소스 측정 장치와 같이 높은 정밀도와 속도가 중요한 곳에서 즉각적인 제어가 필요한 경우가 많습니다.
그림 1 : 디지털 제어 루프를 통한 실시간 제어 활성화 (출처 : TI)
도시 된 바와 같이 Fig. 1, 디지털 제어 루프에는 네 가지 핵심 요소가 있습니다. 고속 루프 RX에는 데이터를 ADC로 가져 오는 아날로그 신호 체인이 있습니다.이 경우 ADC3664는 FPGA, 실시간 마이크로 컨트롤러 (MCU) 또는 심지어 DSP와 같은 정보를 가져와 DAC에 의해 부하로 다시 변환된다고 Hann은 말했다. “이 문제가 발생하는 데 걸리는 총 시간은 대기 시간이라고하는 것으로 측정됩니다. 따라서 과거에 짧은 지연 시간은 ADC의 샘플링 속도 또는 정확한 측정을 수행하는 ADC의 잡음에 의해 반드시 제한되지 않았기 때문에 아날로그 제어 루프 만이 가능하게 할 수있는 것이 었습니다.”라고 Hann은 말했습니다.
TI의 새로운 ADC는 나노초 지연 시간을 제공하여 실시간 제어뿐만 아니라 설계 유연성도 제공합니다. Hann은“디지털 컨트롤러를 유연하게 만드는 것은 ADC3664가 제공하는 프로그래밍 가능성입니다.
실시간 조정 기능과 프로그래밍 기능을 통해 최종 설계자는 소프트웨어에서 몇 가지 매개 변수 만 변경하여 여러 애플리케이션에 적응할 수있는 시스템을 사용자 정의 할 수 있다고 Hann은 말합니다. 그 결과 최종 설계의 유연성과 최종 고객의 비용이 크게 절감됩니다.”
SAR ADC
Hann은 10 비트, 125 비트 및 14 비트 분해능 등급에서 16 ~ 18MSPS 범위의 단일 또는 이중 채널 구성에서 80 개의 핀 대 핀 호환 장치로 구성된 새로운 ADC 제품군에서 몇 가지 장치를 강조했습니다. . 장치에 따라이 제품군은 실시간 제어를위한 최대 XNUMX % 낮은 지연 시간과 최저 전력 소비로 동급 최고의 동적 범위를 제공 할 수있을뿐만 아니라 통합 기능과 높은 샘플링 주파수를 제공하여 설계를 매우 쉽게 할 수 있습니다. 말했다.
한 가지 예가 TI가 업계에서 가장 빠른 3683 비트 ADC라고 주장한 ADC18입니다. "ADC3683은 65MSPS, 18 비트 이중 채널 ADC이며 두 배의 채널 밀도에서 가장 가까운 경쟁 18 비트 장치보다 84.2 배 빠른 샘플링"이라고 Hann은 말했습니다. “이는 160dB의 신호 대 잡음비 (SNR)와 -94dBFS / Hz의 잡음 스펙트럼 밀도를 가진 휴대용 국방 라디오와 같은 협 대역 주파수 애플리케이션에서 잡음 성능을 향상시킵니다. 또한 채널당 XNUMXmW로 더 적은 전력을 소비하고 소스 측정 장치 및 기타 유형의 휴대용 기기와 같은 고정밀 데이터 수집 시스템을 가능하게합니다.”라고 Hann은 말했습니다.
그림 2 : ADC3683의 애플리케이션 다이어그램 (출처 : TI)
125MSPS, 14 비트, 이중 채널 ADC3664 (앞서 언급)는 낮은 지연 시간 (1 클럭, 8ns)을 제공하고 중요한 구성 요소를 보호하고 다음과 같은 애플리케이션에서 도구 정밀도를 높이는 데 도움이되는 또 다른 변형입니다. 반도체 제조 시스템. 이 장치의 지연 시간이 매우 짧기 때문에 다양한 산업 시스템에서 고속 디지털 제어 루프를 통해 전압 및 전류 스파이크를보다 정확하게 모니터링하고 대응할 수 있습니다.
이 특정 변형은 SAR 및 파이프 라인 아키텍처 ADC를 포함한 유사한 속도에서 경쟁 장치보다 낮은 대기 시간을 80 % 더 낮 춥니 다.
그림 3 : ADC3664의 애플리케이션 다이어그램 (출처 : TI)
저전력 소비 측면에서 65MSPS, 16 비트 ADC3660은 82dBFS SNR에서 초 저잡음을 제공하여 소나 애플리케이션에서 이미지 해상도를 향상시키면서 동급 경쟁 장치에 비해 65 % 적은 전력 (채널당 71mW)을 소비합니다. , Hann이 말했다.
“65 % 낮은 전력을 가진 소나와 같은 애플리케이션의 경우 매우 매력적인 장치이며 65MSPS, 16 비트 듀얼 채널이 이상적이며 종종 낮은 전력으로 인해 경로에서 추가 신호 체인 구성 요소를 제거 할 수 있습니다. 소비”라고 그는 말했다. "신호 체인 경로를 제거하면 전체 시스템 전력 소비도 줄일 수 있습니다."
그림 4 : ADC3660의 기능 블록 다이어그램 (출처 : TI)
설계 복잡성 감소
ADC3660 제품군의 높은 샘플링 속도와 통합 기능은 설계자가 시스템의 구성 요소 수를 줄이는 데 도움이됩니다. 예를 들어, ADC3683은 원하는 신호에서 고조파를 멀리 밀어내는 오버 샘플링을 허용합니다. 이를 통해 설계자는 앤티 앨리어싱 필터의 복잡성과 시스템의 구성 요소 수를 최대 75 %까지 줄일 수 있습니다.
설계 복잡성을 줄이는 다른 제품군에는 설계자가 시스템에서 원치 않는 잡음 및 고조파를 제거하고 SNR 및 스퓨리어스없는 동적 범위를 최대 15dB까지 늘릴 수있는 온칩 데시 메이션 옵션이 포함됩니다. 이러한 데시 메이션 옵션 및 CMOS 인터페이스를 통해 설계자는 이러한 ADC를 FPGA 대신 Arm 기반 프로세서 또는 DSP와 함께 사용할 수 있으므로 시스템 비용을 줄일 수 있습니다.
Hann은“프로세서의 컴퓨팅 기능을 ADC로 가져오고 이것은 Arm 기반 프로세서 또는 DSP를 사용하여 시스템 비용을 줄이고 다른 작업에 프로세서 리소스를 활용할 수 있으므로 시스템 기능을 향상시킵니다. .
ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664 및 ADC3683 장치는 현재 TI에서 5 × 5mm 초박형 WQFN (quad flat no-lead) 패키지로 제공됩니다. ADC3541의 사전 생산 버전은 현재 TI.com에서만 사용할 수 있으며, 2022 년 249 분기에 대량 생산 될 예정입니다. 현재 TI에서 제공하는 평가 모듈의 가격은 $ XNUMX입니다.
텍사스 인스트루먼트에 대해