模擬電子
返回首頁

TI推出全新SAR ADC系列,更高采樣率和分辨率

2021-06-17 來源:EEWORLD

ADC(模擬數字轉換器)顧名思義,就是將模擬信號轉變為數字信號的器件。ADC作為溝通真實世界和數字世界的橋頭堡,是整個信號鏈的最源頭,其采樣速度,分辨率,精度等將直接影響系統的整體性能。


德州儀器(TI)高速數據轉換器產品線經理Matthew Hann表示:“外接的物理量都是模擬的,所有光、熱等信號,通過放大器,然后進入ADC進行準確快速采樣,之后的數字環路進行數字處理和控制。如今工廠等環境中需要實時的監控和反饋,因此就要求整體系統要做到又快又精準。”


ADC的精度和速度定義


ADC將連續時間和連續幅度的模擬信號轉換為離散時間和離散幅度的數字信號,而轉換涉及輸入的量化,因此它必然會引入少量錯誤或噪聲。此外,ADC 不是連續執行轉換,而是定期執行轉換,對輸入進行采樣,從而限制了輸入信號的允許帶寬。


ADC的性能主要由其帶寬和信噪比 (SNR) 來表征。 ADC的帶寬主要由其采樣率表征。 ADC 的 SNR 受許多因素影響,包括分辨率、線性度和精度(量化電平與真實模擬信號的匹配程度)、混疊和抖動。 ADC 的 SNR 通常以其有效位數 (ENOB) 來概括,即它返回的每個測量的位數平均而言不是噪聲。理想的 ADC 具有與其分辨率相等的 ENOB。選擇 ADC 以匹配要數字化的信號的帶寬和所需的 SNR。如果 ADC 以大于信號帶寬兩倍的采樣率運行,則根據 Nyquist-Shannon 采樣定理,完美重建是可能的。量化誤差的存在甚至限制了理想 ADC 的 SNR。然而,如果 ADC 的 SNR 超過輸入信號的 SNR,則其影響可能會被忽略。


ADC的使用環境非常復雜,需要權衡精度、采樣率等,因此ADC的選型往往是簡單且復雜的。從ADC分類上,就包括了如下:


直接轉換模擬數字轉換器(Direct-conversion ADC),或稱Flash模擬數字轉換器(Flash ADC)

逐次逼近型模擬數字轉換器(Successive approximation ADC)

躍升-比較模擬數字轉換器(Ramp-compare ADC)

威爾金森模擬數字轉換器(Wilkinson ADC)

積分模擬數字轉換器(Integrating ADC)

Delta編碼模擬數字轉換器(Delta-encoded ADC)

管道模擬數字轉換器(Pipeline ADC)

Sigma-Delta模擬數字轉換器(Sigma-delta ADC)

時間交織模擬數字轉換器(Time-interleaved ADC)

帶有即時FM段的模擬數字轉換器

時間延伸模擬數字轉換器(Time stretch analog-to-digital converter, TS-ADC


針對不同應用場合,需要選擇不同的ADC,如今比較常見的ADC包括了SAR、Sigma-delta以及Pipeline等幾大類型。


TI SAR ADC 35XX 36XX系列專為工業所打造


逐次逼近寄存器型(SAR)模擬數字轉換器具有多重優勢,具有低功耗、小尺寸、電路簡單等特點。適合采樣率中等,延遲要求較高的工業應用(例如,電能質量分析、聲納或采樣率在 1MSPS 到超過 10MSPS 之間的工業雷達)


TI的35XX,36XX系列ADC具有10-125 MSPS的高采樣率,分辨率為14-18位,全部采用WQFN (5mm x 5mm)封裝,具有Pin-to-Pin兼容。


image.png

如上表所示,該系列ADC具有不同特性,可針對用戶具體需求做出調整。


在數字控制環路中通過更快的響應時間保護工業系統


ADC3660系列在類似速度下的延遲比同類器件低 80%。例如,系統設計人員使用 125MSPS、14 位、雙通道 ADC3664,可實現一個時鐘 (8ns) 的 ADC 延遲。該系列的超低延遲使各種工業系統中的高速數字控制環路能夠更準確地監控電壓和電流峰值并對其作出響應,從而提高在半導體制造等應用場景中的工具精度。


在超低功耗下實現業界先進的噪聲性能


直到現在,設計工業系統的工程師還不得不在出色的噪聲性能和低功耗之間做出選擇。對于設計需要精確數據采集的電池供電器件的工程師來說,這是一個特別困難的決定。ADC3660 系列則無需進行這種權衡。例如,ADC3683(業界超快的 18 位、65MSPS ADC)可提高便攜式國防無線電等窄帶頻率應用的噪聲性能,它可提供 84.2dB 的信噪比 (SNR) 和 -160dBFS/Hz 的噪聲頻譜密度,同時保持每通道 94mW 的低功耗。10MSPS、14 位 ADC3541 的總功耗為 36mW,可簡化熱管理并延長 GPS 接收器或手持電子設備等功率敏感型應用的電池壽命。65MSPS、16 位 ADC3660 可提供 82dBFS SNR,從而提高聲納應用中的圖像分辨率,而且功耗比同類器件低 65%(每通道 71mW)。


利用集成特性和高采樣頻率降低設計復雜性


ADC3660 系列的高采樣速度和集成特性可幫助設計人員減少其系統中的元件數量。例如,ADC3683 在兩倍的通道密度下,實現比同類 18 位器件快四倍的采樣率;它還支持一種將所需信號的諧波推往更高頻率的過采樣技術,這使設計人員能夠降低抗混疊濾波器的復雜性并減少 75% 的系統元件數量。 


可降低設計復雜性的其他系列特性包括片上抽取選項,設計人員可通過該選項輕松去除系統中不需要的噪聲和諧波,并將 SNR 和無雜散動態范圍提高至 15dB。這些抽取選項以及互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 接口支持設計人員搭配使用這些 ADC 與基于 Arm? 的處理器或數字信號處理器,而不必使用現場可編程門陣列 (FPGA),這有助于降低系統成本。


總結


具有集成式數字濾波功能的高速 SAR 數據轉換器(如 ADC35xx 和 ADC36xx 系列)非常適合各種各樣的工業應用。與 Δ-Σ 轉換器相似,得益于較高的過采樣率和集成式數字濾波功能,這些 ADC 也放寬了對模擬濾波器的限制。復頻混頻器還可以去除模擬混頻級,從而進一步簡化了模擬前端信號鏈。


進入模擬電子查看更多內容>>
相關視頻
  • 模擬集成電路設計 楊清淵(臺灣中興大學)

  • 唐老師講運算放大器

  • MSP430FR2433 ADC 喚醒和傳輸的練習

  • 如何選擇合適的 RS-485 收發器

  • 模擬集成電路的分析與設計

  • [高精度實驗室] 時鐘和計時

    相關電子頭條文章
萝卜大香蕉