Seleccionando un ADC de Alta Resolución o Alta Frecuencia

Tu próximo sistema digital probablemente tendrá que interactuar con el mundo analógico, ya sea a través de sensores o de manera inalámbrica. Si eres un diseñador de sistemas y no planeas usar un SoC o MCU con un ADC integrado, puedes obtener un rendimiento comparable con sistemas más caros cuando seleccionas el ADC de alta resolución o alta frecuencia adecuado para tu sistema. Aunque generalmente hay un compromiso entre resolución y tasa de muestreo, hay muchas opciones en el mercado que satisfarán tus necesidades.

Tasa de Muestreo vs. Resolución

Si observas el mercado de los ADCs, encontrarás un compromiso entre frecuencia y resolución. Nota que la resolución se refiere al número de bits utilizados para codificar el nivel de voltaje de una señal analógica. Una mayor profundidad de bits significa que obtienes una mejor representación del comportamiento de una señal analógica a lo largo del tiempo. Si sabes que trabajarás, por ejemplo, con una señal sinusoidal, generalmente puedes conformarte con una resolución más baja y puedes corregir cualquier información faltante utilizando algunas técnicas de procesamiento de señales digitales. Para mediciones de alta precisión a baja frecuencia, como las mediciones de potencia óptica, querrás optar por el ADC de mayor resolución que puedas encontrar, preocupándote menos por la tasa de muestreo.

Contrasta esto con la tasa de muestreo, que es el número de señales digitales recopiladas con el ADC por unidad de tiempo. Al seleccionar un ADC que se pueda usar para convertir señales de alta frecuencia en un número digital, necesitarás usar un ADC con una tasa de muestreo más alta, gracias al teorema de Nyquist. La tasa de muestreo para tu ADC debería ser al menos el doble de la frecuencia que deseas medir con tu ADC. Si estás trabajando en una banda de frecuencia específica, entonces deberías elegir tu ADC basado en la frecuencia más alta de tu banda deseada.

Los módulos transceptores RF y los SoCs generalmente contienen ADCs integrados para recopilar señales analógicas en el lado de recepción de un sistema inalámbrico. Otras aplicaciones, como los microcontroladores para nodos de sensores, también necesitan recopilar mediciones analógicas de otros dispositivos y procesar algunos datos digitales. Sea cual sea el caso, cualquier dispositivo diseñado para interactuar con el mundo analógico necesitará al menos un ADC, ya sea integrado en un SoC o como su propio IC.

Eligiendo un ADC de Alta Frecuencia

Además de la tasa de muestreo y la resolución, los diseñadores deberían considerar algunos de los siguientes aspectos al elegir cualquier ADC:

• Ancho de banda. Al igual que otros componentes, el ancho de banda determina el rango de frecuencias con el que se puede utilizar el ADC. Si trabajas con aplicaciones inalámbricas o sistemas de radar con modulación de frecuencia, tu ADC debería abarcar un poco más allá de la banda de frecuencia que pretendes usar en tu sistema. Esto se vuelve particularmente importante al muestrear señales complejas que pueden descomponerse con múltiples componentes de frecuencia para evitar el aliasing.
• Número de canales. Algunos ADCs incluyen múltiples canales y un multiplexor interno para convertir múltiples señales en un solo CI, lo que te permite construir un sistema personalizado sin tener que recurrir a un SoC o microcontrolador.
• Consumo de energía y estabilidad de temperatura. Esto efectivamente determina el rango útil para tu aplicación.
• Ruido RMS. Esto determinará el nivel de error en tu señal digital de salida. Este valor normalmente es del orden de nV para ADCs de alta resolución. Idealmente, este valor debería ser menor que el piso de ruido en tu sistema.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

El ADS1262IPWR ADC es un dispositivo de 11 canales con bajo ruido RMS de 7 nV y hasta 130 db de rechazo de ruido de 50/60 Hz. Con una resolución de 32 bits, este ADC proporciona una medición precisa de múltiples señales analógicas con una sola unidad. Este ADC tiene una tasa de muestreo variable de 2.5 Sps a 38.4 kSps en un paquete TSSOP-28. El consumo de energía es bajo, incluso a alta tasa de muestreo. Este ADC es una buena elección para recopilar mediciones precisas de instrumentos analógicos. El circuito a continuación muestra un ejemplo de circuito de medición de puente compensado por temperatura.

Ejemplo de medición de puente compensado por temperatura con el ADS1262IPWR, del datasheet.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

El ADC12J4000NKET ADC de 12 bits proporciona una alta tasa de muestreo de hasta 4 GSps. Esta es una mejor opción para sistemas personalizados que requieren recepción y conversión de señales inalámbricas u otras señales de RF. Este ADC opera a bajo voltaje (1.2 a 1.9 V) y consume 2 W de potencia a 4 GSps. Este ADC en particular solo opera con 1 canal, lo que lo hace menos útil para aplicaciones de nodos de sensores. Algunas aplicaciones de ejemplo incluyen equipos de muestreo de RF, comunicaciones militares, radar de baja frecuencia y LIDAR, y equipos de prueba/medición de RF.

Pérdida de inserción del ADC ADC12J4000NKET, encontrada en el datasheet.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

El AD9680BCPZ-1000 ADC de 14 bits y doble canal ofrece un mejor compromiso entre la tasa de muestreo, resolución y número de canales. Este ADC opera a una tasa de muestreo máxima de 1 GSps con entrada diferencial en ambos canales. También tiene una disipación de potencia razonable de ~3 W a lo largo de un amplio rango de temperaturas y tasas de muestreo (ver abajo). Este producto también puede ser configurado usando una interfaz SPI. Cuatro filtros de decimación de banda ancha integrados y bloques NCO se utilizan para soportar receptores multibanda, haciendo este sistema adaptable a una amplia gama de aplicaciones.

Salida de potencia del AD9680BCPZ-1000, del datasheet del AD9680BCPZ-1000

Las aplicaciones analógicas están resurgiendo, y necesitarás incluir al menos un ADC de alta resolución o alta frecuencia en tu sistema si quieres que se interfaz con el mundo digital. Si estás buscando el ADC adecuado para tu próximo sistema, intenta usar nuestra guía de Selector de Partes para determinar la mejor opción para tu próximo producto.

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