Auswahl eines ADC mit hoher Auflösung oder hoher Frequenz

Ihr nächstes digitales System wird wahrscheinlich eine Schnittstelle zur analogen Welt benötigen, sei es durch Sensoren oder drahtlos. Wenn Sie ein Systemdesigner sind und nicht vorhaben, einen SoC oder MCU mit integriertem ADC zu verwenden, können Sie eine vergleichbare Leistung mit teureren Systemen erzielen, wenn Sie den richtigen hochauflösenden oder hochfrequenten ADC für Ihr System auswählen. Obwohl es im Allgemeinen einen Kompromiss zwischen Auflösung und Abtastrate gibt, gibt es auf dem Markt viele Optionen, die Ihren Anforderungen entsprechen werden.

Abtastrate vs. Auflösung

Wenn Sie sich den Markt für ADCs ansehen, werden Sie einen Kompromiss zwischen Frequenz und Auflösung feststellen. Beachten Sie, dass die Auflösung sich auf die Anzahl der Bits bezieht, die verwendet werden, um das Spannungsniveau eines analogen Signals zu kodieren. Eine höhere Bit-Tiefe bedeutet, dass Sie eine bessere Darstellung des Verhaltens eines analogen Signals über die Zeit erhalten. Wenn Sie wissen, dass Sie beispielsweise mit einem sinusförmigen Signal arbeiten werden, können Sie sich im Allgemeinen mit einer niedrigeren Auflösung zufriedengeben und fehlende Informationen mit einigen digitalen Signalverarbeitungstechniken korrigieren. Für hochpräzise Messungen bei niedriger Frequenz, wie z.B. optische Leistungsmessungen, sollten Sie sich für den ADC mit der höchsten Auflösung entscheiden, während Sie sich weniger um die Abtastrate kümmern.

Im Gegensatz dazu steht die Abtastrate, die die Anzahl der digitalen Signale angibt, die pro Zeiteinheit mit dem ADC erfasst werden. Wenn Sie einen ADC auswählen, der verwendet werden kann, um Hochfrequenzsignale in eine digitale Zahl umzuwandeln, müssen Sie einen ADC mit einer höheren Abtastrate verwenden, dank des Nyquist-Theorems. Die Abtastrate für Ihren ADC sollte mindestens doppelt so hoch sein wie die Frequenz, die Sie mit Ihrem ADC messen möchten. Wenn Sie in einem spezifischen Frequenzband arbeiten, dann sollten Sie Ihren ADC basierend auf der Frequenz am oberen Ende Ihres gewünschten Bandes auswählen.

RF-Transceiver-Module und SoCs enthalten im Allgemeinen integrierte ADCs, um analoge Signale auf der Empfangsseite eines drahtlosen Systems zu sammeln. Andere Anwendungen, wie Mikrocontroller für Sensorknoten, müssen ebenfalls analoge Messungen von anderen Geräten erfassen und einige digitale Daten verarbeiten. Unabhängig davon, welcher Fall zutrifft, benötigt jedes Gerät, das für die Schnittstelle zur analogen Welt konzipiert ist, mindestens einen ADC, ob er nun in einem SoC integriert ist oder als eigenständiger IC vorliegt.

Auswahl eines Hochfrequenz-ADCs

Zusätzlich zu Abtastrate und Auflösung sollten Designer einige der folgenden Aspekte berücksichtigen, wenn sie einen ADC wählen:

• Bandbreite. Wie auch bei anderen Komponenten bestimmt die Bandbreite den Bereich der Frequenzen, mit denen der ADC verwendet werden kann. Wenn Sie mit drahtlosen Anwendungen oder Chirp-Radarsystemen arbeiten, sollte Ihr ADC einen Bereich abdecken, der etwas über den Frequenzband liegt, den Sie in Ihrem System verwenden möchten. Dies wird besonders wichtig, wenn komplexe Signale abgetastet werden, die in mehrere Frequenzkomponenten zerlegt werden können, um Aliasing zu vermeiden.
• Anzahl der Kanäle. Einige ADCs beinhalten mehrere Kanäle und einen internen Multiplexer, um mehrere Signale in einem einzigen IC zu konvertieren, was Ihnen erlaubt, ein benutzerdefiniertes System zu bauen, ohne auf ein SoC oder Mikrocontroller zurückgreifen zu müssen.
• Stromverbrauch und Temperaturstabilität. Dies bestimmt effektiv den nutzbaren Bereich für Ihre Anwendung.
• RMS-Rauschen. Dies wird das Niveau des Fehlers in Ihrem digitalen Ausgangssignal bestimmen. Dieser Wert liegt normalerweise in der Größenordnung von nV für hochauflösende ADCs. Idealerweise sollte dieser Wert niedriger als der Rauschboden in Ihrem System sein.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

Der ADS1262IPWR ADC ist ein 11-Kanal-Gerät mit niedrigem RMS-Rauschen von 7 nV und bis zu 130 dB an 50/60 Hz Rauschunterdrückung. Mit einer 32-Bit-Auflösung bietet dieser ADC eine genaue Messung mehrerer analoger Signale mit einer einzigen Einheit. Dieser ADC hat eine variable Abtastrate von 2,5 Sps bis 38,4 kSps in einem TSSOP-28-Gehäuse. Der Stromverbrauch ist niedrig, selbst bei hoher Abtastrate. Dieser ADC ist eine gute Wahl für die präzise Messung von analogen Instrumenten. Die Schaltung unten zeigt ein Beispiel für eine temperaturkompensierte Brückenmessschaltung.

Beispiel für eine temperaturkompensierte Brückenmessung mit dem ADS1262IPWR, aus dem Datenblatt.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

Der ADC12J4000NKET 12-Bit-ADC bietet eine hohe Abtastrate von bis zu 4 GSps. Dies ist eine bessere Wahl für benutzerdefinierte Systeme, die Empfang und Umwandlung von drahtlosen Signalen oder anderen RF-Signalen erfordern. Dieser ADC arbeitet bei niedriger Spannung (1,2 bis 1,9 V) und verbraucht 2 W Leistung bei 4 GSps. Dieser spezielle ADC arbeitet nur mit 1 Kanal, was ihn weniger nützlich für Sensor-Node-Anwendungen macht. Einige Beispielanwendungen umfassen RF-Sampling-Geräte, militärische Kommunikation, Niederfrequenzradar und LIDAR sowie RF-Test-/Messgeräte.

Einfügungsverlust des ADC12J4000NKET ADC, gefunden im Datenblatt.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

Der AD9680BCPZ-1000 14-Bit-Dual-Channel-ADC bietet einen besseren Kompromiss zwischen Abtastrate, Auflösung und Kanalanzahl. Dieser ADC arbeitet mit einer maximalen Abtastrate von 1 GSps mit differentiellem Eingang in beiden Kanälen. Er hat auch eine vernünftige Leistungsaufnahme von ~3 W über einen breiten Bereich von Temperaturen und Abtastraten (siehe unten). Dieses Produkt kann auch über eine SPI-Schnittstelle konfiguriert werden. Vier integrierte Breitband-Dezimationsfilter und NCO-Blöcke werden verwendet, um Multiband-Empfänger zu unterstützen, was dieses System an eine breite Palette von Anwendungen anpassbar macht.

Leistungsausgabe des AD9680BCPZ-1000, aus dem AD9680BCPZ-1000 Datenblatt

Analoge Anwendungen erleben eine Renaissance, und Sie müssen mindestens einen hochauflösenden oder hochfrequenten ADC in Ihr System integrieren, wenn Sie eine Schnittstelle zur digitalen Welt herstellen möchten. Wenn Sie nach dem richtigen ADC für Ihr nächstes System suchen, versuchen Sie unseren Part Selector Guide zu nutzen, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu bestimmen.

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