Najlepsze opcje MCU dla koncentratora sensorów z dużą liczbą kanałów ADC

Utworzono: maj 14, 2021
Zaktualizowano: lipiec 1, 2024

Ostatnio zostałem poproszony przez klienta przemysłowego o pomoc w zaprojektowaniu nowej wersji płyty do interfejsu z dużą liczbą czujników. Celem było tutaj połączenie trzech płyt z oddzielnymi funkcjami i komponentami w jedną płytę, która zapewniała wszystkie potrzebne interfejsy do akwizycji danych. To skłoniło mnie do przemyśleń na temat typu MCU, którego można by użyć do centrum czujników, i ile kanałów można zmieścić w jednym MCU.

Okazuje się, że jeśli kupisz wydajne MCU, mogą one mieć całkiem dobrą liczbę ADC o dość wysokiej rozdzielczości, której potrzebujesz do akwizycji danych z czujników. Jeśli nie budujesz płyty sterującej, na przykład, do koherentnych pomiarów optycznych przy bardzo niskim poziomie sygnału i wartości SNR, główni producenci zapewnią ci wiele opcji płyt MCU z wysoką liczbą I/O i dużą liczbą kanałów ADC. Oto kilka opcji, które możesz wykorzystać w swojej następnej płycie centrum czujników lub podobnym produkcie.

Wysoka liczba kanałów ADC w twoim MCU dla czujników

Interfejs między światem analogowym a cyfrowym wymaga czujników, a te czujniki potrzebują jakiegoś sposobu na interfejs z procesorem na twojej płycie. Tutaj z pomocą przychodzi wielokanałowy ADC, który daje ci wiele kanałów do zbierania i przetwarzania danych. Jeśli potrzebujesz zbudować system o małym rozmiarze, możesz użyć MCU z zintegrowanym ADC. Chociaż nie są one najmocniejsze pod względem mocy obliczeniowej, wiele MCU zawiera mnóstwo peryferiów potrzebnych do interfejsu z innymi komponentami cyfrowymi i analogowymi czujnikami.

MCU z wysoką liczbą kanałów ADC dają ci szczególne zalety w wielu systemach mieszanych sygnałów. Zamiast używać zewnętrznego wielokanałowego ADC, oto kilka powodów, dla których możesz chcieć użyć MCU z wysoką liczbą kanałów:

Umiarkowana szybkość zegara: MCU z wysoką liczbą kanałów ACD również mają tendencję do posiadania wysokiej szybkości zegara, aby zapewnić wymaganą szybkość próbkowania, więc mogą również szybko przetwarzać przekonwertowane dane za pomocą umiarkowanie złożonych algorytmów.
Szybkość próbkowania: Większość MCU 16-bitowych lub 32-bitowych z wysoką liczbą kanałów ADC nadal zapewnia szybkość próbkowania ~Msps. Zapewnia to dokładne wykrywanie sygnałów analogowych do częstotliwości ~MHz.
Peryferia i interfejsy: Jeśli twój czujnik nie musi być bezpośrednio połączony z twoim ADC, MCU oferują standardowe interfejsy niskiej prędkości do zbierania danych z innych peryferiów.

Oprócz interfejsów niskiej i wysokiej prędkości, liczby kanałów ADC i szybkości zegara/próbkowania, dwie ważne specyfikacje dla projektowania węzła czujnika to wbudowana pamięć i zużycie energii. Pod względem zużycia energii będziesz chciał komponentu z trybem uśpienia i kontrolą warunkowego budzenia, ponieważ pomoże to oszczędzać energię.

W końcu, MCU z dużą liczbą kanałów ADC czasami rozkładają te kanały na wiele ADC działających równolegle, zamiast jednego ADC z wszystkimi dostępnymi kanałami. Użycie wielu ADC umożliwia zastosowanie przeplotu, gdzie szybkość próbkowania jest zwiększana poprzez zastosowanie przesunięcia fazowego na wyjściu z każdego ADC. Innymi słowy, jeśli komponent zawiera N ADC, wtedy przeplot pozwala zwiększyć szybkość próbkowania o czynnik N.

Niektóre MCU z wysoką liczbą kanałów ADC

Microchip, seria PIC32MZ

Seria MCU PIC32MZ od Microchip jest częścią rodziny Embedded Connectivity (EC) firmy. Te komponenty zapewniają do 48 kanałów analogowych z rozdzielczością 10-bitową, 1 MSPS i niezależnymi zewnętrznymi źródłami wyzwalania ADC. 32-bitowy rdzeń ARM Cortex M4 działa z prędkością do 200 MHz. Różne obudowy zawierają różną liczbę wejść/wyjść do interfejsowania z peryferiami, jak również standardowe interfejsy (I2C/SPI/I2S) i interfejsy graficzne EBI lub PMP. Interfejsy wysokiej prędkości obejmują kontroler USB 2.0 i 10/100 Ethernet MAC z interfejsem MII i RMII.

Schemat blokowy rdzenia serii PIC32MZ. Z datasheetu serii MCU PIC32MZ.

STMicroelectronics, STM32F405xx i STM32F407xx

Seria 32-bitowych MCU STM32 od STMicroelectronics jest prawdopodobnie najpopularniejszym MCU na rynku obok MCU Atmel (sławnych dzięki Arduino). STM32F405xx i STM32F407xx zawierają 3 wbudowane ADC, każdy z 16 kanałami i rozdzielczością 12 bitów. Próbkowanie jest dostępne z prędkością do 2,4 Msps i 30 MHz dostępu do Flash przy VDD = 3,0 do 3,6 V (60 MHz pełnej mocy zegara). Ponadto, ADC w tych komponentach mogą pracować z prędkością 7,2 Msps z 24 kanałami w trybie przeplotu. Te dwa komponenty zawierają szereg standardowych interfejsów (SPI/I2C/UART), do 140 wejść/wyjść, USB 2.0 PHY i 10/100 Ethernet MAC.

Texas Instruments, seria TM4C123x

Seria MCU TM4C123x od Texas Instruments zawiera do 24 kanałów ADC z rozdzielczością 12-bitową przy szybkości próbkowania do 2 Msps. Ten komponent działa na rdzeniu ARM Cortex M4F (prędkość zegara 120 MHz) z do 1 MB Flash i 256 KB wewnętrznej pamięci RAM. Dla dostępu do peryferiów i innych czujników, inne interfejsy obejmują UART, I2C, SPI i CAN, jak również 40 wyjść PWM. Zawiera również USB 2.0 PHY i 10/100 Ethernet MAC. Wysoka szybkość próbkowania, rozdzielczość i liczba kanałów ADC w tej serii MCU czynią je doskonałym wyborem dla węzłów czujników w pojazdach, w przemyśle, robotyce i interfejsach człowiek-maszyna. Pełna lista funkcji jest pokazana na poniższym schemacie blokowym serii TM4C123x.

Schemat blokowy TM4C123x. Z karty katalogowej MCU TM4C123x errata.

Inne komponenty do projektowania centrum sensorów

Oprócz samych czujników, w twoim projekcie potrzebne będą inne komponenty, aby zapewnić stabilne działanie wielu czujników. Bardzo ważne są również łączność bezprzewodowa oraz interfejsy sieciowe i obliczeniowe, ponieważ centra sensorów muszą być zintegrowane z większym ekosystemem. Dodatkowo, istnieją komponenty do akwizycji i kondycjonowania sygnałów, które możesz użyć, aby zapewnić dokładną akwizycję.

Węzły sensorów sterowane przez MCU wymagają szerokiej gamy komponentów, a za pomocą zaawansowanego wyszukiwania i funkcji filtracji w Octopart możesz znaleźć potrzebne części. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, masz dostęp do danych dystrybutorów i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi liniowymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.