Selecionando um ADC de Alta Resolução ou Alta Frequência

Seu próximo sistema digital provavelmente terá que interagir com o mundo analógico, seja através de sensores ou sem fio. Se você é um projetista de sistemas e não planeja usar um SoC ou MCU com um ADC integrado, você pode obter um desempenho comparável com sistemas mais caros ao selecionar o ADC de alta resolução ou alta frequência certo para o seu sistema. Embora geralmente exista uma compensação entre resolução e taxa de amostragem, há muitas opções no mercado que atenderão às suas necessidades.

Taxa de Amostragem vs. Resolução

Ao analisar o mercado de ADCs, você encontrará uma compensação entre frequência e resolução. Note que resolução refere-se ao número de bits usados para codificar o nível de tensão de um sinal analógico. Uma maior profundidade de bits significa que você obtém uma melhor representação do comportamento de um sinal analógico ao longo do tempo. Se você sabe que estará trabalhando, digamos, com um sinal senoidal, geralmente pode se contentar com uma resolução menor e corrigir qualquer informação faltante usando algumas técnicas de processamento de sinal digital. Para medições de alta precisão em baixa frequência, como medições de potência óptica, você vai querer optar pelo ADC de maior resolução que puder encontrar, preocupando-se menos com a taxa de amostragem.

Contraste isso com a taxa de amostragem, que é o número de sinais digitais coletados com o ADC por unidade de tempo. Ao selecionar um ADC que pode ser usado para converter sinais de alta frequência em um número digital, você precisará usar um ADC com uma taxa de amostragem mais alta, graças ao teorema de Nyquist. A taxa de amostragem para o seu ADC deve ser pelo menos o dobro da frequência que você deseja medir com o seu ADC. Se você está trabalhando em uma faixa de frequência específica, então você deve escolher seu ADC com base na frequência no extremo superior da sua faixa desejada.

Módulos transceptores RF e SoCs geralmente contêm ADCs integrados para coletar sinais analógicos no lado de recepção de um sistema sem fio. Outras aplicações, como microcontroladores para nós de sensores, também precisam coletar medições analógicas de outros dispositivos e processar alguns dados digitais. Independentemente do caso, qualquer dispositivo projetado para interagir com o mundo analógico precisará de pelo menos um ADC, seja ele integrado em um SoC ou como seu próprio CI.

Escolhendo um ADC de Alta Frequência

Além da taxa de amostragem e resolução, os projetistas devem considerar alguns dos seguintes aspectos ao escolher qualquer ADC:

• Largura de banda. Assim como outros componentes, a largura de banda determina a gama de frequências com a qual o ADC pode ser utilizado. Se você está trabalhando com aplicações sem fio ou sistemas de radar com varredura de frequência, seu ADC deve abranger um pouco além da banda de frequência que você pretende usar em seu sistema. Isso se torna particularmente importante ao amostrar sinais complexos que podem ser decompostos com múltiplos componentes de frequência para evitar o aliasing.
• Número de canais. Alguns ADCs incluem múltiplos canais e um multiplexador interno para converter múltiplos sinais em um único CI, permitindo que você construa um sistema personalizado sem recorrer a um SoC ou microcontrolador.
• Consumo de energia e estabilidade de temperatura. Isso efetivamente determina a faixa útil para sua aplicação.
• Ruído RMS. Isso determinará o nível de erro no seu sinal digital de saída. Esse valor é normalmente na ordem de nV para ADCs de alta resolução. Idealmente, esse valor deve ser menor que o piso de ruído em seu sistema.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

O ADS1262IPWR ADC é um dispositivo de 11 canais com baixo ruído RMS de 7 nV e até 130 db de rejeição de ruído de 50/60 Hz. Com resolução de 32 bits, este ADC fornece medição precisa de múltiplos sinais analógicos com uma única unidade. Este ADC tem taxa de amostragem variável de 2,5 Sps a 38,4 kSps em um pacote TSSOP-28. O consumo de energia é baixo, mesmo em alta taxa de amostragem. Este ADC é uma boa escolha para coletar medições precisas de instrumentos analógicos. O circuito abaixo mostra um exemplo de circuito de medição de ponte compensada por temperatura.

Exemplo de medição de ponte compensada por temperatura com o ADS1262IPWR, do datasheet.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

O ADC12J4000NKET ADC de 12 bits oferece uma alta taxa de amostragem de até 4 GSps. Esta é uma escolha melhor para sistemas personalizados que requerem recepção e conversão de sinais sem fio ou outros sinais de RF. Este ADC opera em baixa voltagem (1,2 a 1,9 V) e consome 2 W de energia a 4 GSps. Este ADC específico opera apenas com 1 canal, tornando-o menos útil para aplicações de nó de sensor. Algumas aplicações incluem equipamentos de amostragem de RF, comunicações militares, radar de baixa frequência e LIDAR, e equipamentos de teste/medição de RF.

Perda de inserção do ADC ADC12J4000NKET, encontrada no datasheet.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

O AD9680BCPZ-1000 ADC de 14 bits e dois canais oferece um melhor compromisso entre taxa de amostragem, resolução e número de canais. Este ADC opera com uma taxa de amostragem máxima de 1 GSps com entrada diferencial em ambos os canais. Ele também possui uma dissipação de potência razoável de ~3 W em uma ampla gama de temperaturas e taxas de amostragem (veja abaixo). Este produto também pode ser configurado usando uma interface SPI. Quatro filtros de decimação de banda larga integrados e blocos NCO são usados para suportar receptores multibanda, tornando este sistema adaptável a uma ampla gama de aplicações.

Saída de potência do AD9680BCPZ-1000, do datasheet do AD9680BCPZ-1000

As aplicações analógicas estão ressurgindo, e você precisará incluir pelo menos um ADC de alta resolução ou alta frequência em seu sistema se quiser que ele se comunique com o mundo digital. Se você está procurando o ADC certo para o seu próximo sistema, tente usar nosso guia Seletor de Peças para determinar a melhor opção para o seu próximo produto.

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