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工業(yè)設計中的實時控制和高精度數(shù)據(jù)采集
工業(yè)設計中的實時控制和高精度數(shù)據(jù)采集
德州儀器 (TI) 擴展了其高速數(shù)據(jù)轉換器系列，新增了 8 個逐次逼近寄存器 (SAR) 模數(shù)轉換器 (ADC) 系列，可在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。針對工業(yè)系統(tǒng)中的實時控制挑戰(zhàn)，ADC3660 SAR ADC 具有 14 位、16 位和 18 位分辨率，采樣速度范圍為 10 至 125 MSPS，聲稱可將功耗降低 65%，并將延遲降低 80%。競爭設備。
在新聞發(fā)布會上，TI 高速數(shù)據(jù)轉換器產(chǎn)品線經(jīng)理 Matt Hann 強調了工業(yè)系統(tǒng)對實時控制的需求，因此新型 ADC 3660 不僅在實時控制領域具有重要意義而且在精度和高速領域也是如此。
到目前為止，設計工業(yè)系統(tǒng)的工程師不得不在噪聲和低功耗方面的各種折衷方案之間做出選擇——對于那些設計需要精確數(shù)據(jù)采集的電池供電設備的人來說，這是一個特別困難的決定。Hann 指出，ADC3660 系列旨在通過 8 個分辨率為 14、16 和 18 位、采樣率范圍為 10 至 125 MSPS 的 SAR ADC 來解決這些權衡問題。
實時數(shù)字控制
提高高速數(shù)據(jù)管理的準確性滿足了對實時控制不斷增長的工業(yè)需求。在這里，ADC 在一個復雜的系統(tǒng)中起作用，以響應快速的電壓或電流變化，并有助于防止對電源管理系統(tǒng)中的關鍵組件造成代價高昂的損壞。
“當你談到實時控制時，你會想到一些即時的東西，”Hann 說。“因此，在實時控制系統(tǒng)中，通常需要在高精度和速度很重要的地方進行快速控制，例如在熱像儀、網(wǎng)絡基礎設施、電能質量分析儀等中。”
圖 1：通過數(shù)字控制回路實現(xiàn)實時控制
如圖1所示，在數(shù)字控制中，實際上有四個關鍵部分。我們在 Rx 鏈中有一個模擬電路鏈，它將數(shù)據(jù)傳送到 ADC，并由 FPGA、實時 MCU 甚至 DSP 處理。并且該信息作為反向過程由 DAC 獲取并轉換回負載。“發(fā)生這種情況所需的總時間是通過我們所說的延遲來衡量的，”Hann 說。“因此，在過去，只有模擬控制器才能實現(xiàn)低延遲。因為您不一定會受到 ADC 采樣率甚至 ADC 噪聲的限制，從而進行準確的測量。”
TI 的新型 ADC 提供納秒級延遲，不僅提供實時控制，還提供設計靈活性。“讓數(shù)字控制器變得靈活的是 ADC3664 的可編程性”。
Hann 說，實時可調性和可編程性使最終設計人員能夠通過簡單地更改軟件中的幾個參數(shù)來定制可以適應多種應用的系統(tǒng)。“這為最終設計帶來了靈活性，并為最終客戶節(jié)省了大量成本。”
SAR ADC
Hann 重點介紹了新 ADC 系列中的一些器件，這些器件由 8 個采用單通道或雙通道配置的引腳對引腳兼容器件組成，14 位、16 位和 18 位分辨率等級從 10 到 125 MSPS . 根據(jù)不同的設備，該系列可以以最低的功耗提供實時控制延遲降低多達 80% 和一流的動態(tài)范圍，以及使設計變得非常簡單的集成功能和高采樣頻率，他說。
“ADC3683 是 65 兆樣本 18 位，可提高窄帶頻率應用中的噪聲性能，例如 SNR 為 84.2 dB 和噪聲頻譜密度為 –160 dBFS/Hz 的便攜式國防無線電。此外，它消耗的功率更少，每通道 94 mW”。
圖 2：ADC3683 的框圖
ADC3664 是另一種變體，可提供低延遲（一個時鐘，8 ns）并有助于保護關鍵組件并提高半導體制造系統(tǒng)等應用中的工具精度。
該系列的超低延遲使各種工業(yè)系統(tǒng)中的高速數(shù)字控制回路能夠更準確地監(jiān)控和響應電壓和電流尖峰，從而提高半導體制造系統(tǒng)等應用中的工具精度。
ADC3660 系列的高采樣率和集成特性可幫助設計人員減少其系統(tǒng)中的組件數(shù)量。例如，ADC3683 允許過采樣，從而使諧波遠離所需信號。這使設計人員能夠將抗混疊濾波器的復雜性和系統(tǒng)中組件的數(shù)量減少多達 75%。
降低設計復雜性的其他系列功能包括片上抽取選項，使設計人員能夠輕松去除系統(tǒng)中不需要的噪聲和諧波，并將 SNR 和無雜散動態(tài)范圍提高多達 15 dB。這些抽取選項和互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 接口允許設計人員將這些 ADC 與基于 ARM 的處理器或數(shù)字信號處理器一起使用，而不是現(xiàn)場可編程門陣列，這有助于降低系統(tǒng)成本。