Компания Texas Instruments (TI) расширила свое семейство высокоскоростных преобразователей данных новым семейством из восьми аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с регистром последовательного приближения (SAR), которые обеспечивают высокоскоростной сбор данных в промышленных условиях. Решая задачи управления в реальном времени в промышленных системах, АЦП ADC3660 с разрешением 14, 16 и 18 бит и скоростью выборки от 10 до 125 MSPS заявляют о снижении энергопотребления на 65 процентов и снижении задержки на 80 процентов по сравнению с конкурентные устройства.
Во время пресс-конференции Мэтт Хэнн, менеджер по продуктам, высокоскоростные преобразователи данных в TI, подчеркнул необходимость управления в реальном времени в промышленных системах и, таким образом, важность нового семейства ADC3660 не только в сфере реального времени. контроль, но также с точки зрения точности и высокой скорости.
До сих пор инженерам, разрабатывающим промышленные системы, приходилось выбирать между различными компромиссами с точки зрения шума и низкого энергопотребления - особенно трудное решение для разработчиков устройств с батарейным питанием, требующих точного сбора данных. Ханн отметил, что семейство ADC3660 направлено на устранение этих компромиссов и других проблем, включая точность, размер и время разработки.
«То, что мы предлагаем сейчас, чего не было раньше, - это сочетание точности, шума, мощности, размера и функций, которые позволяют очень легко интегрировать эти устройства в систему», - сказал Хэнн. «На рынке есть устройства с такой частотой дискретизации, но мы представили лучшую шумовую характеристику при такой частоте дискретизации и разрешении, а также интегрированные цифровые функции и низкое энергопотребление».
Цифровое управление в реальном времени
Повышение точности высокоскоростного сбора данных удовлетворяет растущую потребность промышленности в управлении в реальном времени. Здесь, в высокоскоростном цифровом контуре управления, АЦП действует в сложной системе, чтобы реагировать на быстрые напряжение или текущих изменений и помогает предотвратить дорогостоящие повреждения критически важных компонентов в системах управления питанием.
«Когда вы говорите о реальном времени, вы думаете о чем-то мгновенном, - сказал Хэнн. Таким образом, в системе управления в реальном времени мгновенное управление часто требуется там, где важны высокая точность и скорость, например, в тепловизионных камерах, сетевых инфраструктурах, анализаторах качества электроэнергии, плазменных резаках и блоках измерения источников, добавил он.
Рис.1: Включение управления в реальном времени с помощью цифровых контуров управления (Источник: TI)
Как показано в Рис 1, есть четыре ключевых элемента в цифровом контуре управления. В высокоскоростном контуре RX есть цепочка аналоговых сигналов, которая передает данные в АЦП, в данном случае ADC3664, который обрабатывается FPGA / ПРОГРАММИРУЕМАЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ ВЕНТИЛЬНАЯ МАТРИЦА, микроконтроллер реального времени (MCU) или даже DSP, и эта информация принимается и транслируется обратно в нагрузку с помощью DAC, сказал Ханн. «Общее время, необходимое для того, чтобы это произошло, измеряется тем, что мы называем задержкой. Итак, в прошлом низкая задержка была тем, что мог обеспечить только аналоговый контур управления, потому что вы не были обязательно ограничены частотой дискретизации АЦП или даже шумом АЦП, выполняющего точные измерения », - сказал Ханн.
Новый АЦП TI предлагает наносекундную задержку, обеспечивая не только управление в реальном времени, но и гибкость конструкции. «Что делает цифровой контроллер гибким, так это возможность программирования, которую предлагает ADC3664», - сказал Хэнн.
По словам Ханна, возможность настройки и программирования в режиме реального времени позволяет конечному разработчику настраивать систему, которая может адаптироваться к нескольким приложениям, просто изменяя несколько параметров в программном обеспечении. «Это приводит к гибкости конечной конструкции и значительной экономии средств для конечного потребителя».
SAR АЦП
Ханн выделил несколько устройств в новом семействе АЦП, которые состоят из восьми устройств, совместимых по выводам, в одно- или двухканальных конфигурациях, от 10 до 125 MSPS в 14-, 16- и 18-битном разрешении. . В зависимости от устройства, семейство может предложить до 80 процентов меньшую задержку для управления в реальном времени и лучший в своем классе динамический диапазон при минимальном энергопотреблении, а также интегрированные функции и высокие частоты дискретизации, которые делают проектирование очень простым, он сказал.
Одним из примеров является ADC3683, который TI назвал самым быстрым 18-разрядным АЦП в отрасли. «ADC3683 - это 65-разрядный двухканальный АЦП с быстродействием 18 MSPS, который производит выборку в четыре раза быстрее, чем ближайшее конкурирующее 18-разрядное устройство, при удвоенной плотности каналов», - сказал Ханн. «Это улучшает шумовые характеристики в узкополосных частотных приложениях, таких как портативные защитные радиостанции, с отношением сигнал / шум (SNR) 84.2 дБ и спектральной плотностью шума -160 дБFS / Гц. Кроме того, он потребляет меньше энергии - 94 мВт на канал и позволяет использовать системы сбора данных с высокой точностью, такие как блоки измерения источников и другие типы портативных приборов », - сказал Ханн.
Рис.2: Схема применения ADC3683 (Источник: TI)
125-разрядный двухканальный ADC14 со скоростью 3664 MSPS (отмечен ранее) - это еще один вариант, который обеспечивает низкую задержку (1 такт, 8 нс) и помогает защитить критически важные компоненты и повысить точность инструментов в таких приложениях, как Полупроводниковое производственные системы. Сверхнизкая задержка в устройствах позволяет использовать высокоскоростные цифровые контуры управления в широком спектре промышленных систем для более точного отслеживания и реагирования на скачки напряжения и тока.
Этот конкретный вариант обеспечивает на 80 процентов меньшую задержку, что ниже, чем у конкурирующих устройств с аналогичной скоростью, включая АЦП SAR и конвейерной архитектуры, сказал Ханн.
Рис.3: Схема применения ADC3664 (Источник: TI)
С точки зрения низкого энергопотребления, 65-разрядный ADC16 с быстродействием 3660 MSPS обеспечивает сверхнизкий уровень шума при соотношении сигнал / шум 82 дБ полной шкалы, улучшая разрешение изображения в сонарных приложениях, при этом потребляя на 65 процентов меньше энергии (71 мВт на канал), чем у аналогичных устройств конкурентов - сказал Хэнн.
«Для таких приложений, как гидролокатор, потребляющий на 65 процентов меньше энергии, это очень привлекательное устройство, а также двухканальный 65-битный канал с быстродействием 16 MSPS делает его идеальным и часто может устранить дополнительные компоненты сигнальной цепи на пути из-за низкой мощности потребление », - сказал он. «Исключение пути прохождения сигнальной цепи также может снизить общее энергопотребление системы».
Рис.4: Функциональная блок-схема ADC3660 (Источник: TI)
Снижение сложности дизайна
Высокая частота дискретизации и интегрированные функции семейства ADC3660 помогают разработчикам сократить количество компонентов в своих системах. Например, ADC3683 допускает передискретизацию, которая отодвигает гармоники дальше от желаемого сигнала. Это позволяет разработчикам снизить сложность фильтра антиалиасинга и количество компонентов в системе до 75 процентов.
К другим функциям семейства, которые упрощают конструкцию, относятся параметры децимации на кристалле, которые позволяют разработчикам удалять нежелательные шумы и гармоники в системе и увеличивать SNR и динамический диапазон без паразитных составляющих до 15 дБ. Эти параметры прореживания и интерфейс CMOS позволяют разработчикам использовать эти АЦП с процессорами на базе Arm или DSP вместо FPGA, что может помочь снизить стоимость системы.
«Мы переносим вычислительные функции процессора в АЦП, и это сокращает системные расходы с помощью процессора на базе Arm или DSP, и это увеличивает функциональность системы, позволяя использовать ресурсы процессора для других задач», - сказал Ханн. .
Устройства ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664 и ADC3683 теперь доступны от TI в очень тонком четырехугольном плоском корпусе без выводов (WQFN) размером 5 × 5 мм. Предварительные версии ADC3541 доступны сейчас только на TI.com, а серийное производство ожидается в первом квартале 2022 года. Доступные сейчас от TI оценочные модули стоят 249 долларов.
о Texas Instruments