目前，很多工業(yè)類廠商在做高端產(chǎn)品時顯得有點“巧婦難為無米之炊”，由于大部分性價比較高的全是24位Δ-Σ ADC，即使想提高精度也只能在不同廠商的24位Δ-Σ ADC中挑選，選一些溫漂較低的、有效位(ENOB)較高的、帶高精準的基準的，盡量向24位靠攏，但其實都離不開24位的架構。更要命的問題在于：一個24位ADC，真正精度達不到24位，尤其是利用累加原理實現(xiàn)的Δ-Σ ADC。我們來看一些典型案例。

　　PLC系統(tǒng)發(fā)展至今，其中的ADC位數(shù)從10位到20位不等，16位ADC是目前應用最多的，而24位ADC已經(jīng)是高位數(shù)了。一些PLC應用，如石油勘探，對溫度控制要求更高，要求在全溫度范圍內(nèi)都有更高的分辨率，目前的24位ADC往往不夠用。

　　再如測量黃金、珠寶重量這類高精度測量，即使有毫克之差，也會帶來經(jīng)濟損失，因此也需要超過24位的ADC。

　　工業(yè)現(xiàn)場用的各種采集板卡和系統(tǒng)需要在一個長期的工作環(huán)境下采集數(shù)據(jù)，它要求兩種穩(wěn)定性：溫度的穩(wěn)定性、長時間工作的穩(wěn)定性。把這兩種穩(wěn)定性要求落實到器件層面，就對芯片的溫漂提出了較高的要求，即低溫漂漂移的穩(wěn)定性，這對ADC發(fā)展非常重要。

　　工業(yè)設備的小型化和集成化趨勢也給芯片帶來了同樣的挑戰(zhàn)，一顆ADC需要包含輸入輸出、基準、晶振，而在使用環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，設備往往要求具備診斷功能。

　　“Duang”不出的成功

　　工業(yè)界的這些需求，都讓ADC廠商“壓力山大”，作為全球模擬器件的領導者，德州儀器(TI)挺身而出，最新推出的32位精密Δ-Σ ADC ADS1262和ADS1263解決了上述問題，不但使自己破繭成蝶，也將幫助工業(yè)客戶突破技術瓶頸，爭奪工業(yè)4.0的大蛋糕。近日，TI模擬產(chǎn)品業(yè)務拓展經(jīng)理朱文斌先生專程來京，向記者詳述了新產(chǎn)品的技術優(yōu)勢。

　　“總體來看，24位ADC基本處于飽和狀態(tài)，需要在ADC本身架構上、精度上有所突破。TI的新產(chǎn)品不是‘Duang’的一下出來，而是建立在ADS1220、ADS1248等產(chǎn)品的基礎上，延續(xù)其優(yōu)勢，并順應客戶產(chǎn)品路線以及工業(yè)4.0對于實時性、高速、高精度以及小型化的要求。新產(chǎn)品能保證TI在工業(yè)4.0越走越遠，越做越好?！敝煳谋笙壬榻B到?！癆DS1262和ADS1263 ADC實現(xiàn)了更多的有效位、更高的系統(tǒng)可靠性和低偏移漂移。”

　　那么ADS1262和ADS1263內(nèi)部到底有什么呢?一句話來說就是“除了沒有MCU，其他都有”。例如32位Δ-Σ ADC、輔助 24 位增量-累計 ADC (ADS1263才有)、2.5 V低漂移內(nèi)部基準、7.3728 MHz的內(nèi)部時鐘、高阻抗可編程增益放大器 (PGA)、SINC + 50/60 Hz 數(shù)字濾波器、溫度傳感器、雙激勵電流源 (IDAC)、振蕩器、電平移位器、8個通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳等，如圖1所示。

　　                               圖1 ADS1262和ADS1263內(nèi)部架構

　　朱文斌先生談到了ADS1262和ADS1263的三大亮點以及對于高端工業(yè)應用帶來的好處。

　　高速下的最高有效位

　　ADS1262和ADS1263具有32位高分辨率和27位有效位(ENOB)，在2.5 SPS數(shù)據(jù)速率下達到最高位分辨率，即只有7 nVRMS 噪聲，能準確測量小信號，而對于輸入信號為10 mV 或者更小的電橋應用是必不可少的。更重要的是，ADS1262和ADS1263能支持在38 kSPS采樣率的情況下還能做到16位的精度，這是相當厲害的水準，實現(xiàn)速率和精度的完美平衡。這就可以使模擬采集板卡之類的應用在精度和速度方面有了更高的性能。

　　舉個例子，TI在傳統(tǒng)的PLC/DCS的某個客戶要做新一代的PLC系統(tǒng)，他提出的要求是：除了高精度之外，還要高速，即高密度的PLC。所謂的高密度PLC就是單個ADC能采樣很多通道，除了精度的要求還有高速的要求;同時還需要采樣不同的輸入信號，比如0~10 V，±10位、熱電偶、熱電阻，ADS1262和ADS1263很好地滿足了這類綜合性要求高的應用場景。

　　玩轉(zhuǎn)“漂移”

　　工業(yè)應用不是速度與激情，更需要的是穩(wěn)定，它是非?？咕堋捌啤钡?。ADS1262和ADS1263的偏移漂移為1 nV/°C，增益漂移為0.5 ppm/°C，積分非線性 (INL)為3 ppm，不但實現(xiàn)了同類產(chǎn)品中最佳的轉(zhuǎn)換精度，偏移誤差漂移也比同類解決方案低 80%，從而確保了整個溫度范圍內(nèi)的測量穩(wěn)定性(–40°C~+125°C )。

　　“以數(shù)據(jù)采集卡為例，其在常溫上要做到千分之一或萬分之五的精度不難，難就難在寬范圍溫度情況下都要做到這個精度。PLC的指標很多都是分溫度段的，例如–40℃~0℃，0~80℃，以及80℃~125℃，因為在這3個不同的分段ADC、參考基準、運放等芯片本身表現(xiàn)是不一樣。這其實也是困擾設計者的一個問題：如何在寬范圍的溫度范圍內(nèi)都保持一個很好的精度。而ADS1262和ADS1263 從芯片本身就幫助研發(fā)者解決了很多溫漂的問題，包括內(nèi)部高精度的基準、低增益漂移和偏移漂移?！敝煳谋笙壬俅斡冒咐龔娬{(diào)新產(chǎn)品在溫漂上的優(yōu)勢?！盎仡?0年前、甚至5年前PLC的設計問題，在考慮溫漂時可能要考慮外部基準溫漂、ADC溫漂、運放運轉(zhuǎn)，再把所有累加在一起，用硬件、軟件做校準，但效果卻不是很好。此外，很重要的一點，做溫漂的成本相當高。有了ADS1262和ADS1263以后，PLC客戶的難題迎刃而解。”

　　集成與診斷

　　ADS1262和ADS1263所集成的內(nèi)部信號鏈監(jiān)視、數(shù)據(jù)誤差檢測、傳感器過載檢測等特性以及一個測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，可為高可靠性系統(tǒng)提供必須的故障檢測和診斷。

　　朱文斌先生強調(diào)了所集成的電流DAC的優(yōu)勢：“電流DAC(IDAC)是工業(yè)線上經(jīng)常使用的熱電偶、RDD必須采用的電流源，很多PLC系統(tǒng)里進行RTD測量時，如果IDAC還是用分立器件就需要外加電流源去做RDD測量，但這種效果不見得很好，搭雙路電流源的匹配性也不是很好。因此從集成度的角度來講，ADS1262和ADS1263基本已經(jīng)集成所有工業(yè)線上模擬信號輸入的采樣。”

　　ADS1262和ADS1263還集成了故障檢測和診斷功能。用戶能判斷PGA、ADC是否飽和。此外，它要具備傳感器的診斷功能，能判斷前面的溫度傳感器、RDD是斷路或短路，原因是里面集成了另外一路的電流源，它會發(fā)送一些比較小的電流到前端傳感器，從而判斷斷路或短路。

　　ADS1262和ADS1263還集成了一些標定的功能，里面有專門的DAC能產(chǎn)生一系列信號去標定這個鏈路是否正確或者芯片是否有問題。朱文斌先生表示：“很多客戶在搭這類系統(tǒng)時都會在外圍搭一堆標定電路，典型做法是會加一些1 V或3 V基準放在ADC前面，系統(tǒng)搭好之后會啟動這些標定電路，對整個系統(tǒng)信號進行標定，或者每次系統(tǒng)斷電重啟之后進行一定標定。這一是出于精度的要求;二是出于安全性的要求，因為軟件、硬件隨時可能發(fā)生問題，軟件會不可避免地產(chǎn)生漏洞，這種標定電路板就顯得很重要了。ADS1262和ADS1263集成的一些標定電路讓工程師方便地標定整個信號鏈路。”

　　工業(yè)4.0從TI模擬開始

　　針對工業(yè)應用的高精度和高集成度，ADS1262和ADS1263主要應用領域包括工業(yè)自動化、PLC及DSC、測試與測量、溫度測量。

　　朱文斌先生對這四類應用分別進行了解釋：“工業(yè)自動化或過程自動化里面的一些自動控制需要很多模擬數(shù)據(jù)信號采集、溫度采集、壓力采集等，根據(jù)客戶本身的產(chǎn)品不同，它的表現(xiàn)形式多樣。PLC是比較傳統(tǒng)的應用，也比較容易理解，DCS則是在PLC系統(tǒng)基礎上更進階的大型控制系統(tǒng)，我們在發(fā)電廠、火電廠、核電廠、石油勘探工廠或現(xiàn)場都會看到這樣一些大型系統(tǒng)去監(jiān)測每一個節(jié)點的溫度、壓力等等。很多工業(yè)類應用是對測試與測量精度的要求是非常高，可能要到毫克這樣的精度，所以24位肯定是不夠的，32位就能很好地解決這樣的問題。溫度測量其實工業(yè)自動化有些是重疊的，但是還是有自身特點。溫度測量是ADS1262和ADS1263一個很重要的應用范疇，里面集成了雙電流源的DAC，可以做RTP的測量?！?/p>

　　ADS1262和ADS1263最大的區(qū)別是，ADS1263多了一個24位Δ-Σ ADC。這能用來做什么呢?朱文斌先生給出了答案：“做熱電偶測量時，其實需要兩個通道的ADC，一個通道測量熱電偶，另外一個通道做冷節(jié)點的參考，一般使用RTD做冷節(jié)點參考。目前，高精度的熱電偶方案會有兩顆24位ADC，一顆24位的ADC做熱電偶前端采集，另外一顆24位ADC做冷節(jié)點補償，這樣成本也很高。ADS1263就是把這顆24位ADC放在里面，單顆芯片就可以做熱電偶的測量。”

　　這就是為什么ADS1262和ADS1263基本上顆單芯片就能解決問題的原因，也是TI一直致力于在做的，讓系統(tǒng)更集成化、小型化，順應工業(yè)4.0的要求。

　　全方位加速設計

　　開發(fā)工具和參考設計是TI的強項。32位精密ADC作為TI重磅推出的產(chǎn)品，當然也有很好的設計支持。例如性能開發(fā)套件，用于微軟視窗系統(tǒng)的ADCProTM評估軟件，可配置輸入、基準、電源和時鐘源。朱文斌先生簡單介紹了ADCProTM：“在插上之后它上面能顯示有效位、噪聲、分分值，基本能把ADC綜合性能評估出來，用戶可以在上面看到這個有效位是否滿足輸入輸出的要求，因此ADCpro軟件是很實用的?！?/p>

　　TI還推出了針對采用交流電橋勵磁的高分辨率、低漂移、高精度稱重天平的 TI Designs 參考設計 (TIPD188)。能提升電橋測量的偏移和偏移漂移性能，加快上市時間，包括電路原理圖、物料清單 (BOM)和設計文件。

　　此外還有基于Excel的器件配置計算器，可檢查PGA輸入范圍要求，計算循環(huán)冗余校驗 (CRC)/校驗和值，評估不同的SINC濾波器響應，查看寄存器映射。

　　朱文斌先生特別強調(diào)了輸入/輸出緩沖器信息規(guī)范 (IBIS) 模型：“為什么這里會出現(xiàn)IBIS模型，因為SPI數(shù)據(jù)輸入口速率很高，如果芯片和MCU有一定距離，會造成一些信號完整性的問題，信號完整性是除了精度要求以外另一個比較重要的話題，特別是在于PC端上高速信號完整性，它會牽涉EMI這些問題，特別是通信類的高速PC板。TI有這樣的模型可以給用戶做驗證，從而可以知道布板、MCU距離怎么樣，布線怎么樣，SPI通信才能做到比較好的信號完整性，這對于模擬電路設計者來說是非常有價值的?！?/p>

　　在工業(yè)4.0下，模擬芯片的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在高精度、高速及小型化上，ADS1262和ADS1263作為TI布局高端工業(yè)的排頭兵，性能是“秒殺全場”的，你還猶豫什么呢?快去體驗吧!