工業(yè)場景對實時控制的要求非常高,如熱像儀、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電能質(zhì)量分析儀、等離子切割機以及源測量單元等應(yīng)用都需要實時的控制。實時控制可以在第一時間有效地反饋發(fā)生了什么狀況,從而及時做出保護措施,避免傷害的產(chǎn)生。
“外界的物理量都是模擬的,如光、熱等信號,通過LNA放大器,進到ADC進行精準且快速的取樣,通過數(shù)字控制環(huán)路進行數(shù)字控制。如今的環(huán)境有很多需要實時監(jiān)控和反應(yīng)的情況,這就要求系統(tǒng)既快速又精準。這是一個非常大的挑戰(zhàn)?!?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/TI" target="_blank">TI高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線經(jīng)理Matthew Hann表示。
TI高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線經(jīng)理Matthew Hann
ADC(Analog-to-Digital Converter,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)是將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的器件。ADC中所采用的每種數(shù)字輸出類型各有優(yōu)缺點,長久以來,設(shè)計者在高精度、高速度、低噪聲、低功耗等特性中不斷權(quán)衡。其中,高速和高精度是衡量ADC性能的兩個重要指標,而且在一定程度上是相互矛盾的。為了滿足工業(yè)系統(tǒng)對實時控制日益增長的需求,德州儀器(TI)日前擴充了其高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品系列,推出了全新的逐次逼近寄存器(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)ADC3660系列,該系列最大的特點就是同時具備了高精準度和高速度,并且具備低噪聲與低功耗特性。
Matthew Hann表示,目前在設(shè)計時所遇到的挑戰(zhàn)主要有準確度、噪聲、功耗、尺寸,以及設(shè)計開發(fā)所需要的時間。具體地:
準確度、噪聲是從測量的角度來考量的,因為要監(jiān)測外界物理量去做適當?shù)姆磻?yīng),外界物理量信號的頻譜較小,甚至?xí)胶练?,如果精準度不夠,將很難分辨噪聲的來源。
功耗和尺寸方面,由于工業(yè)未來的趨勢是便攜式、微型化以及節(jié)能省電的方向發(fā)展,如果功耗小,產(chǎn)品的使用的時間就更長;同時器件尺寸越小,在應(yīng)用上就越方便設(shè)計。
設(shè)計時間方面,處理器配置和濾波器設(shè)計會增加系統(tǒng)成本并需要數(shù)周的開發(fā)時間。
ADC3660系列可以幫助設(shè)計者克服常見的工業(yè)設(shè)計挑戰(zhàn)。ADC3660系列包括八款分辨率為14、16和18位、采樣速度為10-125MSPS的SAR ADC,可以給予工程師非常大的靈活度。設(shè)計結(jié)束后不用再重新改變本來的線路圖,只需要更換不同性能的IC,相同或類似相同等級的器件就可以來解決當下要處理的問題,因此設(shè)計可以變簡單、相融性會更好,同時可以縮短開發(fā)時長。搭配ADC3660實時控制的特性,使得延遲非常短。數(shù)據(jù)顯示,該系列產(chǎn)品在類似速度下的延遲比同類器件低80%,例如,系統(tǒng)設(shè)計人員使用125MSPS、14位、雙通道ADC3664時,可實現(xiàn)一個時鐘(8ns)的ADC延遲。
ADC3683是這個系列里分辨率18位的一款A(yù)DC。它在兩倍的通道密度下,實現(xiàn)比同類 18 位器件快四倍的采樣率;其次是噪聲相對較低,可以監(jiān)測很微小的信號,再來去做處理和數(shù)字化;同時因為它功耗比較低,所以非常適用于便攜式應(yīng)用。在雷達或無線電應(yīng)用中,如果產(chǎn)品使用的時常比較長,該器件能幫助實現(xiàn)設(shè)計和產(chǎn)品在智能電網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用中,它能精準知道現(xiàn)在電壓電流的狀況從而進行監(jiān)測與反應(yīng),然后讓后臺的控制端進行適當處理。
ADC3664具有該系列最快速的125MSPS跟14位的分辨率,與其他同類器件比起來擁有更低的延遲。目前設(shè)計高速ADC有兩個架構(gòu),一個是SAR架構(gòu),另一個是流水線架構(gòu),這兩個架構(gòu)都可以實現(xiàn)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換?!霸赟AR架構(gòu)之下,我們的產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比有低將近80%的延遲,大概一個時鐘(8ns)的反應(yīng)速度?!?Matthew Hann介紹道。
由于SAR架構(gòu)不同于典型的流水線架構(gòu),對整個系統(tǒng)沒有固有的流水線延遲,從而使能夠?qū)崿F(xiàn)更低的延遲。
ADC3660如何實現(xiàn)低功耗、高精準度以及低噪聲應(yīng)用場景呢?Matthew Hann以聲納場景舉例說明,聲吶可以監(jiān)測水底下的物體或魚群,它打出去的波再返回來的信號是很小的,ADC3660可以檢測到這個信號,因而做出來的產(chǎn)品會相對更有優(yōu)勢、更有競爭力,這是業(yè)界其他產(chǎn)品較難達到的一個水平。同時,因為它的功耗相對其他器件比較低,低于65%,這樣的功耗可以幫助設(shè)計的產(chǎn)品在電池續(xù)航時間上更有優(yōu)勢。
TI在數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品布局非常完整,并且性能上非常有競爭力,可以幫助相關(guān)領(lǐng)域的工程師解決長久以來設(shè)計難題。TI ADC產(chǎn)品類別中的新系列可以達到高穩(wěn)定性,分辨率可以做到目前業(yè)界最高的32位;TI也有一些ADC和DAC產(chǎn)品可以應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,或者是需要高度集成的場景與應(yīng)用。
此外,為了便于工程師更快速方便地進行產(chǎn)品開發(fā),TI還提供了很多重要的技術(shù)資源,同時其產(chǎn)品功能也有特殊之處,可以將要處理的數(shù)據(jù)送到后端的 FPGA 處理器或者DSP,大大降低后端的處理時間,降低頻寬。這可以讓設(shè)計者在進行數(shù)據(jù)處理時有更多靈活性,更容易去找到想要的結(jié)果與目標。