Sélectionner un ADC haute résolution ou haute fréquence

Votre prochain système numérique devra probablement interfacer avec le monde analogique, soit par le biais de capteurs, soit sans fil. Si vous êtes concepteur de systèmes et que vous ne prévoyez pas d'utiliser un SoC ou un MCU avec un ADC intégré, vous pouvez obtenir des performances comparables à des systèmes plus coûteux en sélectionnant le bon ADC à haute résolution ou à haute fréquence pour votre système. Bien qu'il y ait généralement un compromis entre la résolution et le taux d'échantillonnage, il existe de nombreuses options sur le marché qui répondront à vos besoins.

Taux d'échantillonnage vs Résolution

Si vous regardez le marché des ADC, vous trouverez un compromis entre la fréquence et la résolution. Notez que la résolution fait référence au nombre de bits utilisés pour coder le niveau de tension d'un signal analogique. Une profondeur de bits plus élevée signifie que vous obtenez une meilleure représentation du comportement d'un signal analogique dans le temps. Si vous savez que vous allez travailler avec, disons, un signal sinusoïdal, vous pouvez généralement vous contenter d'une résolution plus faible et vous pouvez corriger toute information manquante en utilisant certaines techniques de traitement du signal numérique. Pour des mesures de haute précision à basse fréquence, comme les mesures de puissance optique, vous voudrez opter pour l'ADC à la plus haute résolution possible tout en vous préoccupant moins du taux d'échantillonnage.

Contrastez cela avec le taux d'échantillonnage, qui est le nombre de signaux numériques recueillis avec l'ADC par unité de temps. Lors de la sélection d'un ADC qui peut être utilisé pour convertir des signaux à haute fréquence en un nombre numérique, vous aurez besoin d'utiliser un ADC avec un taux d'échantillonnage plus élevé, grâce au théorème de Nyquist. Le taux d'échantillonnage pour votre ADC devrait être au moins le double de la fréquence que vous souhaitez mesurer avec votre ADC. Si vous travaillez dans une bande de fréquence spécifique, alors vous devriez choisir votre ADC en fonction de la fréquence à l'extrémité supérieure de votre bande désirée.

Les modules émetteurs-récepteurs RF et les SoCs contiennent généralement des ADC intégrés pour recueillir des signaux analogiques du côté réception d'un système sans fil. D'autres applications, telles que les microcontrôleurs pour les nœuds de capteurs, doivent également recueillir des mesures analogiques à partir d'autres dispositifs et traiter certaines données numériques. Quel que soit le cas, tout dispositif conçu pour interfacer avec le monde analogique aura besoin d'au moins un ADC, qu'il soit intégré dans un SoC ou en tant que son propre CI.

Choisir un ADC à Haute Fréquence

En plus du taux d'échantillonnage et de la résolution, les concepteurs devraient considérer certains des aspects suivants lors du choix de tout ADC :

• Bande passante. Comme pour d'autres composants, la bande passante détermine la gamme de fréquences avec laquelle le CAN peut être utilisé. Si vous travaillez avec des applications sans fil ou des systèmes radar à balayage de fréquence, votre CAN devrait couvrir une gamme de fréquences légèrement au-delà de la bande que vous avez l'intention d'utiliser dans votre système. Cela devient particulièrement important lors de l'échantillonnage de signaux complexes qui peuvent être décomposés avec plusieurs composants de fréquence afin d'éviter le repliement de spectre.
• Nombre de canaux. Certains CAN incluent plusieurs canaux et un multiplexeur interne pour convertir plusieurs signaux dans un seul CI, vous permettant de construire un système personnalisé sans recourir à un SoC ou microcontrôleur.
• Consommation d'énergie et stabilité de température. Cela détermine effectivement la plage utile pour votre application.
• Bruit RMS. Cela déterminera le niveau d'erreur dans votre signal numérique de sortie. Cette valeur est normalement de l'ordre de nV pour les CAN à haute résolution. Idéalement, cette valeur devrait être inférieure au plancher de bruit dans votre système.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

Le ADS1262IPWR CAN est un dispositif à 11 canaux avec un faible bruit RMS de 7 nV et jusqu'à 130 db de rejet de bruit de 50/60 Hz. Avec une résolution de 32 bits, ce CAN fournit une mesure précise de plusieurs signaux analogiques avec une seule unité. Ce CAN a un taux d'échantillonnage variable de 2,5 Sps à 38,4 kSps dans un boîtier TSSOP-28. La consommation d'énergie est faible, même à un taux d'échantillonnage élevé. Ce CAN est un bon choix pour recueillir des mesures de précision à partir d'instruments analogiques. Le circuit ci-dessous montre un exemple de circuit de mesure de pont compensé en température.

Exemple de mesure de pont compensé en température avec l'ADS1262IPWR, tiré de la fiche technique.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

Le ADC12J4000NKET CAN 12 bits offre un taux d'échantillonnage élevé jusqu'à 4 GSps. C'est un meilleur choix pour les systèmes personnalisés nécessitant la réception et la conversion de signaux sans fil ou d'autres signaux RF. Ce CAN fonctionne à basse tension (1,2 à 1,9 V) et consomme 2 W de puissance à 4 GSps. Ce CAN particulier fonctionne uniquement avec 1 canal, le rendant moins utile pour les applications de nœuds de capteurs. Certaines applications exemples incluent l'équipement d'échantillonnage RF, les communications militaires, le radar à basse fréquence et le LIDAR, ainsi que l'équipement de test/mesure RF.

Perte d'insertion du CAN ADC12J4000NKET, trouvée dans la fiche technique.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

Le AD9680BCPZ-1000 ADC double canal de 14 bits offre un meilleur compromis entre taux d'échantillonnage, résolution et nombre de canaux. Cet ADC fonctionne à un taux d'échantillonnage maximal de 1 GSps avec une entrée différentielle dans les deux canaux. Il présente également une dissipation de puissance raisonnable d'environ 3 W sur une large gamme de températures et de taux d'échantillonnage (voir ci-dessous). Ce produit peut également être configuré à l'aide d'une interface SPI. Quatre filtres de décimation à large bande intégrés et des blocs NCO sont utilisés pour prendre en charge les récepteurs multibandes, rendant ce système adaptable à une large gamme d'applications.

Sortie de puissance de l'AD9680BCPZ-1000, d'après la fiche technique de l'AD9680BCPZ-1000

Les applications analogiques connaissent un regain d'intérêt, et vous aurez besoin d'inclure au moins un ADC haute résolution ou haute fréquence dans votre système si vous souhaitez qu'il interagisse avec le monde numérique. Si vous recherchez le bon ADC pour votre prochain système, essayez d'utiliser notre guide de sélection de composants pour déterminer la meilleure option pour votre prochain produit.

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