최고의 센서 허브 MCU 옵션과 높은 ADC 채널 수

작성 날짜: 2021/05/14 금요일
업데이트 날짜: 2024/07/1 월요일

최근 산업 고객으로부터 많은 수의 센서와 인터페이스하는 새로운 버전의 보드를 설계하는 데 도움을 요청받았습니다. 여기서의 목표는 별도의 기능과 구성 요소를 가진 세 개의 보드를 데이터 수집에 필요한 모든 인터페이스를 제공하는 단일 보드로 통합하는 것이었습니다. 이것은 센서 허브에 사용할 수 있는 MCU의 유형과 단일 MCU에 얼마나 많은 채널을 넣을 수 있는지에 대해 생각하게 만들었습니다.

결과적으로, 고성능 MCU를 구입하면 센서 데이터 수집에 필요한 상당히 높은 해상도를 가진 ADC가 꽤 많이 있음을 알 수 있습니다. 매우 낮은 신호 수준과 SNR 값에서 일관된 광학 측정을 위한 제어 보드를 구축하지 않는 한, 주요 제조업체들은 높은 I/O 수와 높은 ADC 채널 수를 가진 MCU 보드에 대해 많은 옵션을 제공합니다. 다음은 다음 센서 허브 보드나 유사한 제품에 사용할 수 있는 몇 가지 옵션입니다.

센서 MCU에서 높은 ADC 채널 수

아날로그 세계와 디지털 세계 사이의 인터페이스는 센서를 필요로 하며, 이러한 센서는 보드의 프로세서와 인터페이스할 방법이 필요합니다. 여러 채널의 ADC를 사용하면 여러 채널을 통해 데이터를 수집하고 처리할 수 있습니다. 작은 발자국의 시스템을 구축해야 하는 경우, 통합 ADC가 있는 MCU를 사용할 수 있습니다. 컴퓨팅 파워 측면에서 가장 강력하지는 않지만, 많은 MCU는 다른 디지털 구성 요소 및 아날로그 센서와 인터페이스하는 데 필요한 다양한 주변 장치를 포함하고 있습니다.

높은 ADC 채널 수를 가진 MCU는 혼합 신호 시스템에서 특정한 이점을 제공합니다. 외부 다채널 ADC를 사용하는 대신, 높은 채널 수를 가진 MCU를 사용하고 싶은 몇 가지 이유는 다음과 같습니다:

적당한 클록 속도: 높은 채널 수 ACD를 가진 MCU는 필요한 샘플링 속도를 제공하기 위해 높은 클록 속도를 가지는 경향이 있으므로, 비교적 복잡한 알고리즘으로 변환된 데이터를 빠르게 처리할 수도 있습니다.
샘플링 속도: 대부분의 16비트 또는 32비트 MCU는 여전히 ~Msps 샘플링 속도를 제공합니다. 이는 ~MHz 주파수까지의 아날로그 신호를 정확하게 감지할 수 있습니다.
주변 장치 및 인터페이스: 센서가 ADC에 직접 연결할 필요가 없는 경우, MCU는 다른 주변 장치에서 데이터를 수집하기 위한 표준 저속 인터페이스를 제공합니다.

저속 및 고속 인터페이스, ADC 채널 수, 클록/샘플링 속도 외에도 센서 노드 설계에 중요한 두 가지 사양은 온보드 메모리와 전력 소비입니다. 전력 소비의 경우, 절전 모드와 조건부 깨우기 제어를 제공하는 구성 요소를 원할 것입니다. 이는 전력을 절약하는 데 도움이 됩니다.

마지막으로, 높은 ADC 채널 수를 가진 MCU는 때때로 모든 채널을 단일 ADC에 배치하는 대신 여러 ADC에 걸쳐 채널을 분산시키기도 합니다. 여러 ADC를 사용하면 각 ADC의 출력에서 위상 이동을 적용하여 샘플링 속도를 높일 수 있는 인터리빙을 구현할 수 있습니다. 즉, 구성 요소에 N개의 ADC가 있다면, 인터리빙을 통해 샘플링 속도를 N배 증가시킬 수 있습니다.

높은 ADC 채널 수를 가진 MCU 몇 가지

Microchip, PIC32MZ 시리즈

Microchip의 PIC32MZ 시리즈 MCU는 회사의 임베디드 커넥티비티(EC) 패밀리의 일부입니다. 이 구성 요소들은 최대 48개의 아날로그 채널을 10비트 해상도, 1 MSPS, 독립적인 외부 ADC 트리거 소스와 함께 제공합니다. 32비트 ARM Cortex M4 코어는 최대 200 MHz에서 작동합니다. 다양한 풋프린트는 주변 장치와의 인터페이스를 위한 다양한 I/O 수, 표준 인터페이스(I2C/SPI/I2S) 및 EBI 또는 PMP 그래픽 인터페이스를 포함합니다. 고속 인터페이스에는 USB 2.0 컨트롤러와 10/100 이더넷 MAC이 MII 및 RMII 인터페이스와 함께 포함됩니다.

PIC32MZ 시리즈 코어 블록 다이어그램. PIC32MZ 시리즈 MCU 데이터시트에서.

STMicroelectronics, STM32F405xx 및 STM32F407xx

STMicroelectronics의 STM32 시리즈 32비트 MCU는 아마도 Atmel MCU(아두이노 명성) 다음으로 시장에서 가장 인기 있는 MCU일 것입니다. STM32F405xx 및 STM32F407xx MCU는 각각 16채널과 12비트 해상도를 가진 3개의 내장 ADC를 포함합니다. 샘플링은 최대 2.4 Msps 및 VDD = 3.0에서 3.6 V(60 MHz 전력 클록 속도)로 30 MHz 플래시 액세스를 제공합니다. 또한, 이 구성 요소의 ADC는 인터리브 모드에서 24채널로 7.2 Msps에서 작동할 수 있습니다. 이 두 구성 요소는 표준 인터페이스(SPI/I2C/UART), 최대 140 I/O, USB 2.0 PHY 및 10/100 이더넷 MAC을 포함합니다.

Texas Instruments, TM4C123x 시리즈

Texas Instruments의 TM4C123x 시리즈 MCU는 최대 24개의 ADC 채널을 12비트 해상도로 최대 2 Msps 샘플링 속도로 포함합니다. 이 구성 요소는 ARM Cortex M4F 코어(120 MHz 클록 속도)에서 작동하며 최대 1 MB 플래시 및 256 KB 내부 RAM을 가집니다. 주변 장치 및 기타 센서에 대한 접근을 위한 다른 인터페이스에는 UART, I2C, SPI, CAN뿐만 아니라 40 PWM 출력이 포함됩니다. USB 2.0 PHY 및 10/100 이더넷 MAC이 포함되어 있습니다. 높은 샘플링 속도, 해상도 및 ADC 채널 수는 이 시리즈의 MCU를 차량, 산업 환경, 로봇공학 및 인간-기계 인터페이스에서 센서 노드에 대한 탁월한 선택으로 만듭니다. TM4C123x 시리즈 블록 다이어그램 아래에 기능의 전체 목록이 표시됩니다.

TM4C123x 블록 다이어그램. TM4C123x MCU 데이터시트 정정 사항에서.

센서 허브 디자인을 위한 기타 구성 요소

실제 센서 외에도 여러 센서에서 안정적인 감지를 제공하기 위해 디자인에 필요한 다른 구성 요소들이 있습니다. 무선 연결성 및 네트워킹/컴퓨팅 인터페이스도 매우 중요하며 센서 허브는 더 큰 생태계에 통합되어야 합니다. 또한, 정확한 취득을 보장하기 위해 사용할 수 있는 일부 신호 취득 및 조절 구성 요소들이 있습니다.

MCU 기반 센서 노드는 다양한 구성 요소를 필요로 하며, Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능을 사용하여 필요한 부품을 찾을 수 있습니다. Octopart의 전자 부품 검색 엔진을 사용하면, 배포자 데이터와 부품 사양에 접근할 수 있으며, 모두 사용자 친화적인 인터페이스에서 자유롭게 접근할 수 있습니다. 선형 집적 회로 페이지를 확인해 보세요 필요한 구성 요소를 찾아보세요.

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