Wybór przetwornika ADC o wysokiej rozdzielczości lub wysokiej częstotliwości

Twój następny system cyfrowy prawdopodobnie będzie musiał współpracować ze światem analogowym, czy to za pośrednictwem czujników, czy bezprzewodowo. Jeśli jesteś projektantem systemów i nie planujesz używać SoC lub MCU z zintegrowanym przetwornikiem ADC, możesz osiągnąć porównywalne wyniki z droższymi systemami, wybierając odpowiedni przetwornik ADC o wysokiej rozdzielczości lub wysokiej częstotliwości dla swojego systemu. Chociaż zazwyczaj istnieje kompromis między rozdzielczością a szybkością próbkowania, na rynku jest wiele opcji, które spełnią Twoje potrzeby.

Szybkość próbkowania a rozdzielczość

Jeśli przyjrzysz się rynkowi przetworników ADC, znajdziesz kompromis między częstotliwością a rozdzielczością. Należy zauważyć, że rozdzielczość odnosi się do liczby bitów używanych do zakodowania poziomu napięcia sygnału analogowego. Większa głębokość bitowa oznacza, że otrzymujesz lepsze odwzorowanie zachowania sygnału analogowego w czasie. Jeśli wiesz, że będziesz pracować, powiedzmy, z sygnałem sinusoidalnym, możesz zazwyczaj zadowolić się niższą rozdzielczością i możesz skorygować brakujące informacje za pomocą niektórych technik cyfrowego przetwarzania sygnałów. Dla pomiarów wysokiej precyzji przy niskiej częstotliwości, takich jak pomiary mocy optycznej, będziesz chciał wybrać przetwornik ADC o najwyższej możliwej rozdzielczości, nie martwiąc się zbytnio o szybkość próbkowania.

W przeciwieństwie do tego, szybkość próbkowania to liczba sygnałów cyfrowych zbieranych przez przetwornik ADC na jednostkę czasu. Wybierając przetwornik ADC, który może być używany do konwersji sygnałów o wysokiej częstotliwości na liczbę cyfrową, będziesz musiał użyć przetwornika ADC o wyższej szybkości próbkowania, dzięki twierdzeniu Nyquista. Szybkość próbkowania dla twojego przetwornika ADC powinna być co najmniej podwójna w stosunku do częstotliwości, którą chcesz mierzyć za pomocą swojego przetwornika ADC. Jeśli pracujesz w określonym paśmie częstotliwości, wówczas powinieneś wybrać swój przetwornik ADC na podstawie częstotliwości na górnym końcu pożądanego pasma.

Moduły transceiverów RF oraz SoC zazwyczaj zawierają zintegrowane przetworniki ADC do zbierania sygnałów analogowych po stronie odbiorczej systemu bezprzewodowego. Inne zastosowania, takie jak mikrokontrolery dla węzłów czujników, również muszą zbierać pomiary analogowe z innych urządzeń i przetwarzać pewne dane cyfrowe. Bez względu na to, która z tych sytuacji ma miejsce, każde urządzenie zaprojektowane do współpracy ze światem analogowym będzie potrzebować co najmniej jednego przetwornika ADC, czy to zintegrowanego w SoC, czy jako osobny układ scalony.

Wybór przetwornika ADC o wysokiej częstotliwości

Oprócz szybkości próbkowania i rozdzielczości, projektanci powinni rozważyć niektóre z następujących aspektów przy wyborze dowolnego przetwornika ADC:

• Pasmo. Podobnie jak w przypadku innych komponentów, pasmo określa zakres częstotliwości, z którymi można używać przetwornika ADC. Jeśli pracujesz z aplikacjami bezprzewodowymi lub systemami radarowymi z modulacją chirp, Twój przetwornik ADC powinien obejmować pasmo nieco poza zakresem częstotliwości, który zamierzasz wykorzystać w swoim systemie. Staje się to szczególnie ważne przy próbkowaniu złożonych sygnałów, które mogą być rozłożone na wiele składowych częstotliwości, aby uniknąć aliasingu.
• Liczba kanałów. Niektóre przetworniki ADC zawierają wiele kanałów i wewnętrzny multiplekser do konwersji wielu sygnałów w pojedynczym układzie scalonym, co pozwala na budowanie niestandardowego systemu bez konieczności korzystania z SoC lub mikrokontrolera.
• Zużycie energii i stabilność temperaturowa. To efektywnie określa użyteczny zakres dla Twojej aplikacji.
• Szum RMS. Określi poziom błędu w Twoim wyjściowym sygnale cyfrowym. Ta wartość jest zazwyczaj na poziomie nV dla przetworników ADC o wysokiej rozdzielczości. Idealnie, ta wartość powinna być niższa niż poziom szumów w Twoim systemie.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

Przetwornik ADS1262IPWR ADC to urządzenie 11-kanałowe z niskim szumem RMS wynoszącym 7 nV oraz do 130 db odrzucenia szumów 50/60 Hz. Z 32-bitową rozdzielczością, ten ADC zapewnia dokładny pomiar wielu sygnałów analogowych jednostką. Ten ADC ma zmienną szybkość próbkowania od 2,5 Sps do 38,4 kSps w obudowie TSSOP-28. Zużycie energii jest niskie, nawet przy wysokiej szybkości próbkowania. Ten ADC jest dobrym wyborem do zbierania precyzyjnych pomiarów z instrumentów analogowych. Poniższy obwód pokazuje przykład układu pomiarowego z kompensacją temperatury.

Przykład układu pomiarowego mostka z kompensacją temperatury z użyciem ADS1262IPWR, z karty katalogowej.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

Przetwornik ADC12J4000NKET 12-bitowy zapewnia wysoką szybkość próbkowania do 4 GSps. Jest to lepszy wybór dla niestandardowych systemów wymagających odbioru i konwersji sygnałów bezprzewodowych lub innych sygnałów RF. Ten ADC pracuje przy niskim napięciu (1,2 do 1,9 V) i zużywa 2 W mocy przy 4 GSps. Ten konkretny ADC działa tylko z 1 kanałem, co czyni go mniej użytecznym dla aplikacji węzłów sensorowych. Niektóre przykładowe zastosowania to sprzęt do próbkowania RF, komunikacja wojskowa, radar niskiej częstotliwości i LIDAR oraz sprzęt do testowania/pomiarów RF.

Strata wtrąceniowa przetwornika ADC12J4000NKET, znaleziona w karcie katalogowej.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

Przetwornik AD9680BCPZ-1000 14-bitowy, dwukanałowy ADC oferuje lepszy kompromis między szybkością próbkowania, rozdzielczością a liczbą kanałów. Ten ADC pracuje z maksymalną szybkością próbkowania 1 GSps z różnicowym wejściem na obu kanałach. Charakteryzuje się również rozsądnym rozpraszaniem mocy około 3 W w szerokim zakresie temperatur i szybkości próbkowania (patrz poniżej). Produkt ten może być również konfigurowany za pomocą interfejsu SPI. Cztery zintegrowane szerokopasmowe filtry decymacyjne i bloki NCO są używane do obsługi wielopasmowych odbiorników, co czyni ten system dostosowanym do szerokiego zakresu zastosowań.

Wyjście mocy z AD9680BCPZ-1000, z karty katalogowej AD9680BCPZ-1000

Aplikacje analogowe przeżywają renesans, i będziesz musiał włączyć do swojego systemu przynajmniej jeden przetwornik ADC o wysokiej rozdzielczości lub wysokiej częstotliwości, jeśli chcesz, aby komunikował się ze światem cyfrowym. Jeśli szukasz odpowiedniego ADC do swojego następnego systemu, spróbuj użyć naszego Przewodnika po selektorze części, aby określić najlepszą opcję dla Twojego następnego produktu.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.