Mejores opciones de MCU para Sensor Hub con alto número de canales ADC

Creado: Mayo 14, 2021
Actualizado: Julio 1, 2024

Recientemente, un cliente industrial me pidió ayuda para diseñar una nueva versión de una placa para la interfaz con un gran número de sensores. El objetivo aquí era consolidar tres placas con funciones y componentes separados en una sola placa que proporcionara todas las interfaces necesarias para la adquisición de datos. Esto me hizo pensar en el tipo de MCU que se podría necesitar para un concentrador de sensores, y cuántos canales se pueden integrar en un solo MCU.

Resulta que, si compras un MCU de alto rendimiento, pueden tener un número bastante bueno de ADCs con una resolución razonablemente alta que necesitarías para la adquisición de datos de sensores. Si no estás construyendo una placa de control para, digamos, mediciones ópticas coherentes a niveles de señal muy bajos y valor de SNR, los principales fabricantes te ofrecerán muchas opciones de placas MCU con alto conteo de E/S y alto número de canales ADC. Aquí hay algunas opciones que puedes usar en tu próxima placa de concentrador de sensores o producto similar.

Alto número de canales ADC en tu MCU para sensores

La interfaz entre el mundo analógico y el mundo digital requiere de sensores, y esos sensores necesitan alguna forma de interfaz con un procesador en tu placa. Aquí es donde entra un ADC multicanal, que te ofrece múltiples canales para recopilar y procesar datos. Si necesitas construir un sistema con una huella pequeña, puedes usar un MCU con ADC integrado. Aunque no son los más potentes en términos de capacidad de cómputo, muchos MCUs incluyen una gran cantidad de periféricos necesarios para la interfaz con otros componentes digitales y sensores analógicos.

Los MCUs con un alto número de canales ADC te ofrecen ventajas particulares en una serie de sistemas de señal mixta. En lugar de usar un ADC multicanal externo, aquí hay algunas razones por las que podrías querer usar un MCU con un alto número de canales:

Tasa de reloj moderada: Los MCUs con un alto número de canales ADC también tienden a tener una alta tasa de reloj para proporcionar la tasa de muestreo requerida, por lo que también pueden procesar rápidamente datos convertidos con algoritmos moderadamente complejos.
Tasa de muestreo: La mayoría de los MCUs de 16 bits o 32 bits con un alto número de canales ADC aún proporcionan una tasa de muestreo de ~Msps. Esto proporciona una detección precisa de señales analógicas hasta frecuencias de ~MHz.
Periféricos e interfaces: Si tu sensor no necesita conectarse directamente a tu ADC, los MCUs ofrecen interfaces estándar de baja velocidad para recopilar datos de otros periféricos.

Además de las interfaces de baja y alta velocidad, el número de canales ADC, y las tasas de reloj/muestreo, dos especificaciones importantes para el diseño de nodos de sensores incluyen la memoria a bordo y el consumo de energía. Para el consumo de energía, querrás un componente con modo de sueño y control de despertar condicional, ya que esto ayudará a conservar energía.

Finalmente, los MCU con un alto número de canales ADC a veces tienen estos canales distribuidos en múltiples ADCs que funcionan en paralelo, en lugar de un único ADC con todos los canales disponibles. Usar múltiples ADCs permite implementar el entrelazado, donde la tasa de muestreo se incrementa aplicando un desfase en la salida de cada ADC. En otras palabras, si el componente contiene N ADCs, entonces el entrelazado permite que la tasa de muestreo se incremente por un factor de N.

Algunos MCU con Alto Número de Canales ADC

Microchip, Serie PIC32MZ

La Serie PIC32MZ de MCU de Microchip son parte de la familia de Conectividad Embebida (EC) de la compañía. Estos componentes proporcionan hasta 48 canales analógicos con resolución de 10 bits, 1 MSPS y fuentes de disparo ADC externas independientes. El núcleo ARM Cortex M4 de 32 bits opera a hasta 200 MHz. Diferentes huellas contienen un rango diferente de recuentos de E/S para la interfaz con periféricos, así como interfaces estándar (I2C/SPI/I2S) e interfaces gráficas EBI o PMP. Las interfaces de alta velocidad incluyen un controlador USB 2.0 y MAC Ethernet 10/100 con interfaz MII y RMII.

diagrama de bloques del núcleo de la Serie PIC32MZ. Del datasheet de la serie MCU PIC32MZ.

STMicroelectronics, STM32F405xx y STM32F407xx

La Serie STM32 de MCU de 32 bits de STMicroelectronics es posiblemente el MCU más popular en el mercado junto a los MCU de Atmel (de fama Arduino). STM32F405xx y STM32F407xx incluyen 3 ADCs embebidos, cada uno con 16 canales y resolución de 12 bits. La muestra se proporciona a hasta 2.4 Msps y acceso a Flash de 30 MHz con VDD = 3.0 a 3.6 V (tasa de reloj de plena potencia de 60 MHz). Además, los ADCs en estos componentes pueden operar a 7.2 Msps con 24 canales en modo entrelazado. Estos dos componentes contienen un número de interfaces estándar (SPI/I2C/UART), hasta 140 E/S, PHY USB 2.0 y MAC Ethernet 10/100.

Texas Instruments, Serie TM4C123x

La Serie TM4C123x de MCU de Texas Instruments incluye hasta 24 canales ADC con resolución de 12 bits a una tasa de muestra de hasta 2 Msps. Este componente funciona con un núcleo ARM Cortex M4F (tasa de reloj de 120 MHz) con hasta 1 MB de Flash y 256 KB de RAM interna. Para el acceso a periféricos y otros sensores, otras interfaces incluyen UART, I2C, SPI y CAN, así como 40 salidas PWM. Incluido hay un PHY USB 2.0 y MAC Ethernet 10/100. La alta tasa de muestra, resolución y número de canales ADC en esta serie de MCU los hace una excelente elección para nodos de sensores en vehículos, entornos industriales, robótica y interfaz humano-máquina. Una lista completa de características se muestra en el diagrama de bloques de la serie TM4C123x a continuación.

Diagrama de bloques del TM4C123x. Del errata de la hoja de datos del MCU TM4C123x.

Otros Componentes para el Diseño de un Hub de Sensores

Además de los sensores reales, hay otros componentes que necesitarás en tu diseño para proporcionar una detección estable a partir de múltiples sensores. La conectividad inalámbrica y las interfaces de computación/redes también son bastante importantes ya que los hubs de sensores necesitan integrarse en un ecosistema más grande. Además, hay algunos componentes de adquisición y acondicionamiento de señales que puedes usar para asegurar una adquisición precisa.

Los nodos de sensores controlados por MCU requieren una amplia gama de componentes, y puedes usar las características avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart para encontrar las partes que necesitas. Cuando usas el motor de búsqueda de electrónica de Octopart, tendrás acceso a datos de distribuidores y especificaciones de partes, y todo es libremente accesible en una interfaz amigable para el usuario. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados lineales para encontrar los componentes que necesitas.

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