Meilleures options de MCU pour concentrateur de capteurs avec un nombre élevé de canaux ADC

Un client industriel m'a récemment demandé d'aider à concevoir une nouvelle version d'une carte pour l'interface avec un grand nombre de capteurs. L'objectif ici était de consolider trois cartes avec des fonctions et composants séparés en une seule carte qui fournirait toutes les interfaces nécessaires pour l'acquisition de données. Cela m'a fait réfléchir sur le type de MCU qu'on pourrait utiliser pour un hub de capteurs, et combien de canaux on peut intégrer dans un seul MCU.

Il s'avère que si vous achetez un MCU haute performance, ils peuvent avoir un assez bon nombre d'ADCs avec une résolution raisonnablement élevée dont vous auriez besoin pour l'acquisition de données de capteurs. Si vous ne construisez pas une carte de contrôle pour, disons, des mesures optiques cohérentes à très faible niveau de signal et valeur SNR, les principaux fabricants vous donneront beaucoup d'options pour des cartes MCU avec un nombre élevé d'E/S et de canaux ADC. Voici quelques options que vous pouvez utiliser dans votre prochaine carte de hub de capteurs ou produit similaire.

Nombre élevé de canaux ADC dans votre MCU de capteurs

L'interface entre le monde analogique et le monde numérique prend des capteurs, et ces capteurs ont besoin d'une manière de s'interface avec un processeur dans votre carte. Entrez un ADC multi-canaux, qui vous donne plusieurs canaux pour collecter et traiter les données. Si vous avez besoin de construire un système avec une petite empreinte, vous pouvez utiliser un MCU avec ADC intégré. Bien qu'ils ne soient pas les plus puissants en termes de puissance de calcul, de nombreux MCU incluent de nombreux périphériques nécessaires pour s'interface avec d'autres composants numériques et capteurs analogiques.

Les MCU avec un nombre élevé de canaux ADC vous offrent des avantages particuliers dans un certain nombre de systèmes à signaux mixtes. Au lieu d'utiliser un ADC multicanal externe, voici quelques raisons pour lesquelles vous pourriez vouloir utiliser un MCU avec un nombre élevé de canaux :

• Taux d'horloge modéré : Les MCU avec un nombre élevé de canaux ACD ont également tendance à avoir un taux d'horloge élevé pour fournir le taux d'échantillonnage requis, ils peuvent donc également traiter rapidement les données converties avec des algorithmes modérément complexes.

• Taux d'échantillonnage : La plupart des MCU 16 bits ou 32 bits avec un nombre élevé de canaux ADC fournissent encore un taux d'échantillonnage ~Msps. Cela permet une détection précise des signaux analogiques jusqu'à des fréquences ~MHz.

• Périphériques et interfaces : Si votre capteur n'a pas besoin de se connecter directement à votre ADC, les MCU offrent des interfaces standard à basse vitesse pour collecter des données à partir d'autres périphériques.

Outre les interfaces à basse et haute vitesse, le nombre de canaux ADC, et les taux d'horloge/échantillonnage, deux spécifications importantes pour la conception de nœuds de capteurs incluent la mémoire embarquée et la consommation d'énergie. Pour la consommation d'énergie, vous voudrez un composant avec un mode veille et un contrôle de réveil conditionnel car cela aidera à économiser de l'énergie.

Enfin, les MCU avec un nombre élevé de canaux ADC ont parfois ces canaux répartis sur plusieurs ADC fonctionnant en parallèle, plutôt qu'un seul ADC avec tous les canaux disponibles. L'utilisation de plusieurs ADC permet de mettre en œuvre l'entrelacement, où le taux d'échantillonnage est augmenté en appliquant un décalage de phase sur la sortie de chaque ADC. En d'autres termes, si le composant contient N ADC, alors l'entrelacement permet d'augmenter le taux d'échantillonnage par un facteur N.

Quelques MCU avec un nombre élevé de canaux ADC

Microchip, série PIC32MZ

La série PIC32MZ de MCU de Microchip fait partie de la famille de connectivité embarquée (EC) de l'entreprise. Ces composants fournissent jusqu'à 48 canaux analogiques avec une résolution de 10 bits, 1 MSPS, et des sources de déclenchement ADC externes indépendantes. Le cœur ARM Cortex M4 32 bits fonctionne jusqu'à 200 MHz. Différents empreintes contiennent un nombre différent de comptes d'E/S pour l'interface avec les périphériques, ainsi que des interfaces standard (I2C/SPI/I2S) et des interfaces graphiques EBI ou PMP. Les interfaces à haute vitesse incluent un contrôleur USB 2.0 et un MAC Ethernet 10/100 avec interface MII et RMII.

Schéma de bloc du cœur de la série PIC32MZ. Tiré de la fiche technique de la série MCU PIC32MZ.

STMicroelectronics, STM32F405xx et STM32F407xx

La série STM32 de MCU 32 bits de STMicroelectronics est sans doute le MCU le plus populaire sur le marché à côté des MCU Atmel (célèbres grâce à Arduino). Les MCU STM32F405xx et STM32F407xx incluent 3 ADC embarqués, chacun avec 16 canaux et une résolution de 12 bits. L'échantillonnage est fourni jusqu'à 2,4 Msps et un accès Flash de 30 MHz avec VDD = 3,0 à 3,6 V (taux d'horloge pleine puissance de 60 MHz). De plus, les ADC de ces composants peuvent fonctionner à 7,2 Msps avec 24 canaux en mode entrelacé. Ces deux composants contiennent un certain nombre d'interfaces standard (SPI/I2C/UART), jusqu'à 140 E/S, un PHY USB 2.0, et un MAC Ethernet 10/100.

Texas Instruments, série TM4C123x

La série TM4C123x de MCU de Texas Instruments inclut jusqu'à 24 canaux ADC avec une résolution de 12 bits à un taux d'échantillonnage allant jusqu'à 2 Msps. Ce composant fonctionne sur un cœur ARM Cortex M4F (taux d'horloge de 120 MHz) avec jusqu'à 1 Mo de Flash et 256 Ko de RAM interne. Pour l'accès aux périphériques et autres capteurs, d'autres interfaces incluent UART, I2C, SPI, et CAN, ainsi que 40 sorties PWM. Inclus est un PHY USB 2.0 et un MAC Ethernet 10/100. Le taux d'échantillonnage élevé, la résolution et le nombre de canaux ADC dans cette série de MCU en font un excellent choix pour les nœuds de capteurs dans les véhicules, les environnements industriels, la robotique, et l'interface homme-machine. Une liste complète des fonctionnalités est montrée dans le schéma de bloc de la série TM4C123x ci-dessous.

Diagramme de bloc du TM4C123x. Extrait de l'errata de la fiche technique du MCU TM4C123x.

Autres composants pour la conception de concentrateurs de capteurs

En plus des capteurs eux-mêmes, il y a d'autres composants dont vous aurez besoin dans votre conception pour fournir une détection stable à partir de plusieurs capteurs. La connectivité sans fil et les interfaces de réseau/informatique sont également très importantes car les concentrateurs de capteurs doivent être intégrés dans un écosystème plus large. De plus, il existe des composants d'acquisition et de conditionnement de signal que vous pouvez utiliser pour garantir une acquisition précise.

• Émetteurs-récepteurs sans fil (WiFi, Bluetooth, etc.)

• Régulateur à découpage ou LDO

• Circuits intégrés d'amplification pour signaux de faible niveau

Les nœuds de capteurs pilotés par MCU nécessitent une large gamme de composants, et vous pouvez utiliser les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart pour trouver les pièces dont vous avez besoin. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données des distributeurs et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés linéaires pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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