Выбор АЦП высокого разрешения или высокой частоты

Ваша следующая цифровая система, скорее всего, будет взаимодействовать с аналоговым миром, будь то через датчики или беспроводным способом. Если вы системный разработчик и не планируете использовать SoC или MCU с интегрированным АЦП, вы можете достичь сопоставимой производительности с более дорогими системами, выбрав подходящий АЦП высокого разрешения или высокой частоты для вашей системы. Хотя обычно существует компромисс между разрешением и скоростью выборки, на рынке есть множество вариантов, которые удовлетворят ваши потребности.

Скорость выборки против разрешения

Если вы изучите рынок АЦП, вы обнаружите компромисс между частотой и разрешением. Заметьте, что разрешение относится к количеству бит, используемых для кодирования уровня напряжения аналогового сигнала. Большая битовая глубина означает, что вы получаете лучшее представление о поведении аналогового сигнала во времени. Если вы знаете, что будете работать, скажем, с синусоидальным сигналом, вы можете в целом обойтись меньшим разрешением и исправить любую недостающую информацию с помощью некоторых техник цифровой обработки сигналов. Для высокоточных измерений на низких частотах, таких как измерения оптической мощности, вы захотите выбрать АЦП с наивысшим разрешением, которое сможете найти, не беспокоясь о скорости выборки.

В отличие от этого, скорость выборки - это количество цифровых сигналов, собранных с АЦП за единицу времени. При выборе АЦП, который можно использовать для преобразования высокочастотных сигналов в цифровое число, вам нужно использовать АЦП с более высокой скоростью выборки, благодаря теореме Найквиста. Скорость выборки для вашего АЦП должна быть как минимум вдвое больше частоты, которую вы хотите измерить с помощью вашего АЦП. Если вы работаете в определенной частотной полосе, тогда вы должны выбрать ваш АЦП, исходя из частоты на верхнем конце вашей желаемой полосы.

Модули радиочастотных передатчиков и SoC обычно содержат интегрированные АЦП для сбора аналоговых сигналов на приемной стороне беспроводной системы. Другие приложения, такие как микроконтроллеры для узлов датчиков, также должны собирать аналоговые измерения с других устройств и обрабатывать некоторые цифровые данные. Вне зависимости от случая, любое устройство, предназначенное для взаимодействия с аналоговым миром, потребует как минимум один АЦП, будь он интегрирован в SoC или как отдельная ИС.

Выбор АЦП высокой частоты

Помимо скорости выборки и разрешения, разработчики должны учитывать некоторые из следующих аспектов при выборе любого АЦП:

• Пропускная способность. Как и другие компоненты, пропускная способность определяет диапазон частот, с которыми может использоваться АЦП. Если вы работаете с беспроводными приложениями или системами радаров с изменяемой частотой, ваш АЦП должен охватывать частотный диапазон немного за пределами того, который вы планируете использовать в вашей системе. Это становится особенно важным при семплировании сложных сигналов, которые могут быть разложены на множество частотных компонентов, чтобы избежать наложения частот.
• Количество каналов. Некоторые АЦП включают в себя несколько каналов и внутренний мультиплексор для преобразования нескольких сигналов в одном ИС, что позволяет вам создать пользовательскую систему без использования SoC или микроконтроллера.
• Потребление энергии и температурная стабильность. Это фактически определяет полезный диапазон для вашего приложения.
• Среднеквадратичный шум. Это определит уровень ошибки в вашем выходном цифровом сигнале. Обычно этот показатель находится в порядке нВ для АЦП с высоким разрешением. Идеально, если этот показатель будет ниже уровня шума в вашей системе.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

АЦП ADS1262IPWR является 11-канальным устройством с низким среднеквадратичным шумом 7 нВ и до 130 дБ подавления шума 50/60 Гц. С разрешением 32 бита, этот АЦП обеспечивает точное измерение нескольких аналоговых сигналов одним устройством. АЦП имеет переменную скорость выборки от 2,5 выб/с до 38,4 кВыб/с в корпусе TSSOP-28. Потребление энергии низкое, даже при высокой скорости выборки. Этот АЦП является хорошим выбором для сбора точных измерений с аналоговых приборов. Ниже приведена схема примера измерительной схемы с температурной компенсацией.

Пример измерительной схемы с температурной компенсацией с использованием ADS1262IPWR, из технического описания.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

АЦП ADC12J4000NKET 12-битный обеспечивает высокую скорость выборки до 4 Гвыб/с. Это лучший выбор для пользовательских систем, которым требуется прием и преобразование беспроводных сигналов или других РЧ сигналов. Этот АЦП работает при низком напряжении (1,2 до 1,9 В) и потребляет 2 Вт мощности при 4 Гвыб/с. Этот конкретный АЦП работает только с 1 каналом, что делает его менее полезным для приложений с узлами датчиков. Некоторые примеры приложений включают оборудование для РЧ-выборки, военную связь, радары низкой частоты и ЛИДАР, а также оборудование для РЧ-тестирования и измерений.

Потери на вставке АЦП ADC12J4000NKET, указанные в техническом описании.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

14-битный двухканальный АЦП AD9680BCPZ-1000 предлагает лучший компромисс между скоростью дискретизации, разрешением и количеством каналов. Этот АЦП работает на максимальной скорости дискретизации 1 Гвыб/с с дифференциальным входом в обоих каналах. Также он имеет разумное энергопотребление около ~3 Вт в широком диапазоне температур и скоростей дискретизации (см. ниже). Этот продукт также может быть настроен с использованием интерфейса SPI. Четыре интегрированных широкополосных фильтра децимации и блока NCO используются для поддержки многополосных приемников, что делает эту систему адаптируемой к широкому спектру приложений.

Выходная мощность от AD9680BCPZ-1000, из технического описания AD9680BCPZ-1000

Аналоговые приложения возвращаются, и вам потребуется включить в свою систему хотя бы один высокоразрешающий или высокочастотный АЦП, если вы хотите, чтобы она взаимодействовала с цифровым миром. Если вы ищете подходящий АЦП для вашей следующей системы, попробуйте использовать наш руководство по выбору компонентов для определения лучшего варианта для вашего следующего продукта.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.