Selezionare un ADC ad Alta Risoluzione o ad Alta Frequenza

Il tuo prossimo sistema digitale dovrà probabilmente interfacciarsi con il mondo analogico, sia attraverso sensori sia senza fili. Se sei un progettista di sistemi e non prevedi di utilizzare un SoC o un MCU con un ADC integrato, puoi ottenere prestazioni paragonabili a sistemi più costosi quando selezioni l'ADC ad alta risoluzione o ad alta frequenza giusto per il tuo sistema. Sebbene generalmente esista un compromesso tra risoluzione e frequenza di campionamento, ci sono molte opzioni sul mercato che soddisferanno le tue esigenze.

Frequenza di campionamento vs. Risoluzione

Se guardi il mercato degli ADC, troverai un compromesso tra frequenza e risoluzione. Nota che la risoluzione si riferisce al numero di bit utilizzati per codificare il livello di tensione di un segnale analogico. Una profondità di bit più elevata significa che ottieni una rappresentazione migliore del comportamento di un segnale analogico nel tempo. Se sai che lavorerai, ad esempio, con un segnale sinusoidale, puoi generalmente accontentarti di una risoluzione inferiore e puoi correggere eventuali informazioni mancanti utilizzando alcune tecniche di elaborazione del segnale digitale. Per misurazioni ad alta precisione a bassa frequenza, come le misurazioni della potenza ottica, vorrai optare per l'ADC ad alta risoluzione più elevata che puoi trovare, preoccupandoti meno della frequenza di campionamento.

Contrasta questo con la frequenza di campionamento, che è il numero di segnali digitali raccolti con l'ADC per unità di tempo. Quando selezioni un ADC che può essere utilizzato per convertire segnali ad alta frequenza in un numero digitale, avrai bisogno di utilizzare un ADC con una frequenza di campionamento più alta, grazie al teorema di Nyquist. La frequenza di campionamento per il tuo ADC dovrebbe essere almeno il doppio della frequenza che vuoi misurare con il tuo ADC. Se stai lavorando in una banda di frequenza specifica, allora dovresti scegliere il tuo ADC basandoti sulla frequenza all'estremità alta della tua banda desiderata.

I moduli trasceiver RF e gli SoC contengono generalmente ADC integrati per raccogliere segnali analogici sul lato di ricezione di un sistema wireless. Altre applicazioni, come i microcontrollori per nodi sensori, devono anche raccogliere misurazioni analogiche da altri dispositivi ed elaborare alcuni dati digitali. Qualunque sia il caso, qualsiasi dispositivo progettato per interfacciarsi con il mondo analogico avrà bisogno di almeno un ADC, sia che sia integrato in un SoC sia come IC autonomo.

Scegliere un ADC ad Alta Frequenza

Oltre alla frequenza di campionamento e alla risoluzione, i progettisti dovrebbero considerare alcuni dei seguenti aspetti quando scelgono qualsiasi ADC:

• Larghezza di banda. Come per altri componenti, la larghezza di banda determina l'intervallo di frequenze con cui l'ADC può essere utilizzato. Se lavori con applicazioni wireless o sistemi radar a variazione di frequenza, il tuo ADC dovrebbe coprire una gamma leggermente superiore alla banda di frequenza che intendi utilizzare nel tuo sistema. Questo diventa particolarmente importante quando si campionano segnali complessi che possono essere decomposti con molteplici componenti di frequenza per evitare l'aliasing.
• Numero di canali. Alcuni ADC includono più canali e un multiplexer interno per convertire più segnali in un singolo IC, permettendoti di costruire un sistema personalizzato senza dover ricorrere a un SoC o microcontrollore.
• Consumo energetico e stabilità della temperatura. Questo determina effettivamente l'intervallo utile per la tua applicazione.
• Rumore RMS. Questo determinerà il livello di errore nel tuo segnale digitale in uscita. Questo valore è normalmente dell'ordine di nV per gli ADC ad alta risoluzione. Idealmente, questo valore dovrebbe essere inferiore al livello di rumore di fondo nel tuo sistema.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

L'ADS1262IPWR ADC è un dispositivo a 11 canali con un basso rumore RMS di 7 nV e fino a 130 db di reiezione del rumore a 50/60 Hz. Con una risoluzione di 32 bit, questo ADC fornisce misurazioni accurate di più segnali analogici con una singola unità. Questo ADC ha un tasso di campionamento variabile da 2,5 Sps a 38,4 kSps in un pacchetto TSSOP-28. Il consumo energetico è basso, anche ad alta velocità di campionamento. Questo ADC è una buona scelta per raccogliere misurazioni di precisione da strumenti analogici. Il circuito sottostante mostra un esempio di circuito di misurazione con ponte compensato in temperatura.

Esempio di misurazione con ponte compensato in temperatura con l'ADS1262IPWR, dal datasheet.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

L'ADC12J4000NKET ADC a 12 bit offre un'alta velocità di campionamento fino a 4 GSps. Questa è una scelta migliore per sistemi personalizzati che richiedono la ricezione e la conversione di segnali wireless o altri segnali RF. Questo ADC opera a bassa tensione (da 1,2 a 1,9 V) e consuma 2 W di potenza a 4 GSps. Questo particolare ADC opera solo con 1 canale, rendendolo meno utile per applicazioni con nodi sensori. Alcune applicazioni esemplificative includono attrezzature per campionamento RF, comunicazioni militari, radar a bassa frequenza e LIDAR, e attrezzature per test/misurazioni RF.

Perdita di inserzione dell'ADC ADC12J4000NKET, trovata nel datasheet.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

Il AD9680BCPZ-1000 ADC a doppio canale da 14 bit offre un miglior compromesso tra velocità di campionamento, risoluzione e numero di canali. Questo ADC opera a una velocità di campionamento massima di 1 GSps con ingresso differenziale in entrambi i canali. Presenta anche una ragionevole dissipazione di potenza di ~3 W su un'ampia gamma di temperature e velocità di campionamento (vedi sotto). Questo prodotto può anche essere configurato tramite un'interfaccia SPI. Quattro filtri di decimazione a banda larga integrati e blocchi NCO sono utilizzati per supportare ricevitori multibanda, rendendo questo sistema adattabile a una vasta gamma di applicazioni.

Uscita di potenza dall'AD9680BCPZ-1000, dal datasheet dell'AD9680BCPZ-1000

Le applicazioni analogiche stanno vivendo una rinascita, e avrai bisogno di includere almeno un ADC ad alta risoluzione o ad alta frequenza nel tuo sistema se vuoi che interfacci con il mondo digitale. Se stai cercando l'ADC giusto per il tuo prossimo sistema, prova a utilizzare la nostra guida al Selettore di Parti per determinare la migliore opzione per il tuo prossimo prodotto.

Rimani aggiornato con i nostri ultimi articoli iscrivendoti alla nostra newsletter.