Melhores Opções de MCU para Sensor Hub com Alto Número de Canais ADC

Recentemente, um cliente industrial me pediu ajuda para projetar uma nova versão de uma placa para interface com um grande número de sensores. O objetivo aqui era consolidar três placas com funções e componentes separados em uma única placa que fornecesse todas as interfaces necessárias para a aquisição de dados. Isso me fez pensar sobre o tipo de MCU que se poderia usar para um hub de sensores, e quantos canais é possível integrar em um único MCU.

Como se vê, se você comprar um MCU de alto desempenho, eles podem ter um número bastante bom de ADCs com resolução razoavelmente alta que você precisaria para a aquisição de dados de sensores. Se você não está construindo uma placa de controle para, digamos, medições ópticas coerentes com nível de sinal muito baixo e valor de SNR, os principais fabricantes oferecerão muitas opções de placas MCU com alta contagem de I/O e alta contagem de canais ADC. Aqui estão algumas opções que você pode usar em sua próxima placa de hub de sensores ou produto similar.

Alta Contagem de Canais ADC em Seu MCU de Sensores

A interface entre o mundo analógico e o mundo digital requer sensores, e esses sensores precisam de alguma forma de interface com um processador em sua placa. Entre um ADC multicanal, que oferece vários canais para coletar e processar dados. Se você precisa construir um sistema com pequena pegada, você pode usar um MCU com ADC integrado. Embora não sejam os mais poderosos em termos de poder de computação, muitos MCUs incluem vários periféricos necessários para interface com outros componentes digitais e sensores analógicos.

MCUs com alta contagem de canais ADC oferecem vantagens particulares em uma série de sistemas de sinal misto. Em vez de usar um ADC multicanal externo, aqui estão algumas razões pelas quais você pode querer usar um MCU com alta contagem de canais:

• Taxa de clock moderada: MCUs com alta contagem de canais ADC também tendem a ter alta taxa de clock para fornecer a taxa de amostragem necessária, então eles também podem processar rapidamente dados convertidos com algoritmos moderadamente complexos.

• Taxa de amostragem: A maioria dos MCUs de 16 bits ou 32 bits com alta contagem de canais ADC ainda oferece taxa de amostragem de ~Msps. Isso proporciona detecção precisa de sinais analógicos até frequências de ~MHz.

• Periféricos e interfaces: Se o seu sensor não precisa se conectar diretamente ao seu ADC, os MCUs oferecem interfaces padrão de baixa velocidade para coletar dados de outros periféricos.

Além das interfaces de baixa e alta velocidade, contagem de canais ADC, e taxas de clock/amostragem, duas especificações importantes para o design de nó de sensor incluem memória embarcada e consumo de energia. Para o consumo de energia, você vai querer um componente com modo de sono e controle de despertar condicional, pois isso ajudará a conservar energia.

Finalmente, MCUs com um alto número de canais ADC às vezes têm esses canais distribuídos por múltiplos ADCs operando em paralelo, em vez de um único ADC com todos os canais disponíveis. Usar múltiplos ADCs permite que a intercalação seja implementada, onde a taxa de amostragem é aumentada aplicando um deslocamento de fase na saída de cada ADC. Em outras palavras, se o componente contém N ADCs, então a intercalação permite que a taxa de amostragem seja aumentada por um fator N.

Alguns MCUs com Alto Número de Canais ADC

Microchip, Série PIC32MZ

A Série PIC32MZ de MCUs da Microchip faz parte da família de Conectividade Embarcada (EC) da empresa. Esses componentes fornecem até 48 canais analógicos com resolução de 10 bits, 1 MSPS e fontes de disparo ADC externas independentes. O núcleo ARM Cortex M4 de 32 bits opera a até 200 MHz. Diferentes formatos contêm uma gama de diferentes contagens de I/O para interfaceamento com periféricos, bem como interfaces padrão (I2C/SPI/I2S) e interfaces gráficas EBI ou PMP. Interfaces de alta velocidade incluem um controlador USB 2.0 e MAC Ethernet 10/100 com interface MII e RMII.

Diagrama de bloco do núcleo da Série PIC32MZ. Do datasheet da série MCU PIC32MZ.

STMicroelectronics, STM32F405xx e STM32F407xx

A Série STM32 de MCUs de 32 bits da STMicroelectronics é possivelmente o MCU mais popular no mercado ao lado dos MCUs da Atmel (famosos pelo Arduino). STM32F405xx e STM32F407xx incluem 3 ADCs embutidos, cada um com 16 canais e resolução de 12 bits. A amostragem é fornecida a até 2,4 Msps e acesso à Flash de 30 MHz com VDD = 3,0 a 3,6 V (taxa de relógio de potência total de 60 MHz). Além disso, os ADCs nestes componentes podem operar a 7,2 Msps com 24 canais em modo intercalado. Estes dois componentes contêm um número de interfaces padrão (SPI/I2C/UART), até 140 I/Os, PHY USB 2.0 e MAC Ethernet 10/100.

Texas Instruments, Série TM4C123x

A Série TM4C123x de MCUs da Texas Instruments inclui até 24 canais ADC com resolução de 12 bits a uma taxa de amostragem de até 2 Msps. Este componente opera em um núcleo ARM Cortex M4F (taxa de relógio de 120 MHz) com até 1 MB de Flash e 256 KB de RAM interna. Para acesso a periféricos e outros sensores, outras interfaces incluem UART, I2C, SPI e CAN, bem como 40 saídas PWM. Incluído está um PHY USB 2.0 e MAC Ethernet 10/100. A alta taxa de amostragem, resolução e contagem de canais ADC nesta série de MCUs os torna uma excelente escolha para nós de sensores em veículos, ambientes industriais, robótica e interface homem-máquina. Uma lista completa de recursos é mostrada no diagrama de bloco da série TM4C123x abaixo.

Diagrama de blocos do TM4C123x. Do errata da folha de dados do MCU TM4C123x.

Outros Componentes para o Design de Hub de Sensores

Além dos próprios sensores, existem outros componentes que você precisará no seu design para fornecer uma detecção estável a partir de múltiplos sensores. A conectividade sem fio e as interfaces de rede/computação também são bastante importantes, pois os hubs de sensores precisam ser integrados em um ecossistema maior. Além disso, existem alguns componentes de aquisição e condicionamento de sinal que você pode usar para garantir uma aquisição precisa.

• Transceptores sem fio (WiFi, Bluetooth, etc.)

• Regulador chaveado ou LDO

• ICs amplificadores para sinais de baixo nível

Nós de sensores controlados por MCU exigem uma ampla gama de componentes, e você pode usar os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart para encontrar as peças de que precisa. Quando você usa o motor de busca de eletrônicos do Octopart, terá acesso a dados de distribuidores e especificações de peças, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Dê uma olhada na nossa página de circuitos integrados lineares para encontrar os componentes de que precisa.

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