Texas Instruments (TI) đã mở rộng dòng bộ chuyển đổi dữ liệu tốc độ cao với dòng bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC) thanh ghi xấp xỉ tám liên tiếp mới (SAR) cho phép thu thập dữ liệu tốc độ cao trong môi trường công nghiệp. Nhắm mục tiêu các thách thức kiểm soát thời gian thực trong các hệ thống công nghiệp, ADC của ADC3660 SAR ở độ phân giải 14, 16 và 18 bit ở tốc độ lấy mẫu từ 10 đến 125 MSPS tuyên bố giảm tiêu thụ điện năng 65% và độ trễ thấp hơn 80% so với các thiết bị cạnh tranh.
Trong một cuộc họp báo, Matt Hann, giám đốc dòng sản phẩm, bộ chuyển đổi dữ liệu tốc độ cao tại TI, đã nhấn mạnh nhu cầu điều khiển thời gian thực trong các hệ thống công nghiệp và do đó tầm quan trọng của dòng sản phẩm ADC3660 mới không chỉ trong lĩnh vực thời gian thực kiểm soát, mà còn về độ chính xác và tốc độ cao.
Cho đến nay, các kỹ sư thiết kế các hệ thống công nghiệp đã phải lựa chọn giữa các thỏa hiệp khác nhau về tiếng ồn và tiêu thụ điện năng thấp - một quyết định đặc biệt khó khăn đối với những người thiết kế các thiết bị chạy bằng pin yêu cầu thu thập dữ liệu chính xác. Hann chỉ ra rằng dòng ADC3660 nhằm giải quyết những đánh đổi này và những thách thức khác bao gồm độ chính xác, kích thước và thời gian thiết kế.
Hann cho biết: “Những gì chúng tôi mang đến cho cuộc thảo luận bây giờ mà trước đây chưa có là sự kết hợp giữa độ chính xác, độ ồn, công suất, kích thước và các tính năng giúp các thiết bị này rất dễ dàng được thiết kế thành một hệ thống,” Hann nói. "Có những thiết bị đã tồn tại ở tốc độ lấy mẫu này trên thị trường, nhưng những gì chúng tôi mang đến là hiệu suất tiếng ồn tốt hơn ở tốc độ lấy mẫu và độ phân giải đó, cũng như các tính năng kỹ thuật số tích hợp và mức tiêu thụ điện năng thấp nhất."
Kiểm soát kỹ thuật số trong thời gian thực
Việc tăng độ chính xác trong việc thu thập dữ liệu tốc độ cao đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng tăng về điều khiển thời gian thực. Ở đây, trong một vòng điều khiển kỹ thuật số tốc độ cao, ADC hoạt động trong một hệ thống phức tạp để đáp ứng nhanh Vôn hoặc những thay đổi hiện tại và giúp ngăn ngừa thiệt hại tốn kém cho các thành phần quan trọng trong hệ thống quản lý điện năng.
“Khi bạn nói về thời gian thực, bạn nghĩ ngay đến điều gì đó,” Hann nói. Vì vậy, trong một hệ thống điều khiển thời gian thực, điều khiển tức thời thường cần thiết khi độ chính xác và tốc độ cao là quan trọng, chẳng hạn như trong camera ảnh nhiệt, cơ sở hạ tầng mạng, máy phân tích chất lượng điện, máy cắt plasma và đơn vị đo lường nguồn, ông nói thêm.
Hình 1: Kích hoạt điều khiển thời gian thực với các vòng điều khiển kỹ thuật số (Nguồn: TI)
Như được hiển thị trong Sung. 1, có bốn phần chính cho vòng điều khiển kỹ thuật số. Trong vòng lặp tốc độ cao RX, có một chuỗi tín hiệu tương tự đưa dữ liệu đến ADC, trong trường hợp này là ADC3664, được xử lý bởi một FPGA, một bộ vi điều khiển thời gian thực (MCU) hoặc thậm chí là một DSP, và thông tin đó được DAC lấy và chuyển ngược lại tải, Hann cho biết. “Tổng thời gian để điều này xảy ra được đo bằng cái mà chúng tôi gọi là độ trễ. Vì vậy, trước đây độ trễ thấp là thứ mà chỉ vòng điều khiển tương tự mới có thể kích hoạt bởi vì bạn không nhất thiết bị giới hạn bởi tốc độ lấy mẫu của ADC, hoặc thậm chí là tiếng ồn của ADC tạo ra một phép đo chính xác, ”Hann nói.
ADC mới của TI cung cấp độ trễ nano giây, không chỉ cung cấp khả năng kiểm soát thời gian thực mà còn cả tính linh hoạt trong thiết kế. Hann cho biết: “Điều cho phép bộ điều khiển kỹ thuật số trở nên linh hoạt là khả năng lập trình mà ADC3664 cung cấp.
Hann cho biết khả năng điều chỉnh và lập trình trong thời gian thực cho phép nhà thiết kế cuối tùy chỉnh một hệ thống có thể thích ứng với nhiều ứng dụng bằng cách thay đổi một vài thông số trong phần mềm. "Điều đó dẫn đến sự linh hoạt cho thiết kế cuối cùng và tiết kiệm rất nhiều chi phí cho khách hàng cuối cùng."
ADC SAR
Hann đã nêu bật một số thiết bị trong dòng ADC mới, bao gồm tám thiết bị tương thích pin-to-pin trong cấu hình kênh đơn hoặc kênh đôi, từ 10 đến 125 MSPS ở các cấp độ phân giải 14, 16 và 18-bit . Tùy thuộc vào thiết bị, gia đình có thể cung cấp độ trễ thấp hơn tới 80% để kiểm soát thời gian thực và dải động tốt nhất trong phân khúc với mức tiêu thụ điện năng thấp nhất, cũng như các tính năng tích hợp và tần số lấy mẫu cao giúp thiết kế rất dễ dàng, anh ấy nói.
Một ví dụ là ADC3683, được TI tuyên bố là ADC 18-bit nhanh nhất trong ngành. Hann cho biết: “ADC3683 là ADC 65-MSPS, 18-bit kênh đôi và nó lấy mẫu nhanh hơn bốn lần so với thiết bị 18-bit cạnh tranh gần nhất ở mật độ kênh gấp đôi. “Nó cải thiện hiệu suất tiếng ồn trong các ứng dụng tần số băng hẹp như radio quốc phòng di động với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 84.2 dB và mật độ phổ nhiễu -160 dBFS / Hz. Hơn nữa, nó tiêu thụ ít điện năng hơn ở mức 94 mW trên mỗi kênh và cho phép các hệ thống thu thập dữ liệu có độ chính xác cao như đơn vị đo nguồn và các loại thiết bị đo cầm tay khác, ”Hann nói.
Hình 2: Sơ đồ ứng dụng của ADC3683 (Nguồn: TI)
ADC125 kênh đôi, 14 bit, 3664-MSPS (đã nêu trước đó) là một biến thể khác, mang lại độ trễ thấp (1 xung nhịp, 8 ns) và giúp bảo vệ các thành phần quan trọng và tăng độ chính xác của công cụ trong các ứng dụng như Semiconductor hệ thống sản xuất. Độ trễ cực thấp của thiết bị cho phép các vòng điều khiển kỹ thuật số tốc độ cao trong nhiều hệ thống công nghiệp khác nhau để theo dõi và phản hồi chính xác hơn với các mức tăng đột biến điện áp và dòng điện.
Biến thể cụ thể này mang lại độ trễ thấp hơn 80%, thấp hơn so với các thiết bị cạnh tranh ở tốc độ tương tự, bao gồm cả SAR và ADC kiến trúc đường ống, Hann cho biết.
Hình 3: Sơ đồ ứng dụng của ADC3664 (Nguồn: TI)
Về mức tiêu thụ điện năng thấp, ADC65 16-MSPS, 3660-bit mang lại độ ồn cực thấp ở 82 dBFS SNR, cải thiện độ phân giải hình ảnh trong các ứng dụng sonar trong khi tiêu thụ ít điện năng hơn 65% (71 mW mỗi kênh) so với thiết bị cạnh tranh tương đương , Hann nói.
“Đối với một ứng dụng như sonar với điện năng ít hơn 65%, nó là một thiết bị rất hấp dẫn và cũng là kênh đôi 65-MSPS, 16-bit làm cho nó trở nên lý tưởng và đôi khi có thể loại bỏ các thành phần chuỗi tín hiệu phụ trong đường dẫn vì công suất thấp đó tiêu dùng, ”ông nói. “Loại bỏ đường dẫn chuỗi tín hiệu cũng có thể làm giảm mức tiêu thụ điện năng tổng thể của hệ thống.”
Hình 4: Sơ đồ khối chức năng của ADC3660 (Nguồn: TI)
Giảm độ phức tạp của thiết kế
Tốc độ lấy mẫu cao của dòng ADC3660 và các tính năng tích hợp giúp các nhà thiết kế giảm số lượng các thành phần trong hệ thống của họ. Ví dụ, ADC3683 cho phép lấy mẫu quá mức, đẩy sóng hài ra xa tín hiệu mong muốn. Điều này cho phép các nhà thiết kế giảm độ phức tạp của bộ lọc khử răng cưa và số lượng các thành phần trong hệ thống lên đến 75 phần trăm.
Các tính năng gia đình khác giúp giảm độ phức tạp của thiết kế bao gồm các tùy chọn giải mã trên chip cho phép các nhà thiết kế loại bỏ tiếng ồn và sóng hài không mong muốn trong hệ thống, đồng thời tăng SNR và dải động không có tạp âm lên tới 15 dB. Các tùy chọn phân rã này và giao diện CMOS cho phép các nhà thiết kế sử dụng các ADC này với bộ xử lý dựa trên Arm hoặc DSP thay vì FPGA, có thể giúp giảm chi phí hệ thống.
“Chúng tôi đang đưa chức năng tính toán từ bộ xử lý vào ADC và điều này làm giảm chi phí hệ thống với bộ xử lý dựa trên Arm hoặc DSP và nó tăng chức năng hệ thống bằng cách có thể tận dụng tài nguyên của bộ xử lý cho các tác vụ khác,” Hann nói .
Các thiết bị ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664 và ADC3683 hiện có sẵn từ TI trong một gói không có dây dẫn (WQFN) 5 phẳng rất mỏng 5 × 3541 mm. Phiên bản tiền sản xuất của ADC2022 hiện có sẵn, chỉ trên TI.com, với số lượng sản xuất dự kiến vào quý đầu tiên của năm 249. Hiện có sẵn từ TI, các mô-đun đánh giá có giá XNUMX đô la.
về Texas Instruments