德州儀器 (TI) 擴展了其高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系列，新增了八個逐次逼近寄存器 (SAR) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 系列，可在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。針對工業(yè)系統(tǒng)中的實時控制挑戰(zhàn)，ADC3660 SAR ADC 具有 14 位、16 位和 18 位分辨率，采樣速度范圍為 10 到 125 MSPS，聲稱可將功耗降低 65%，將延遲降低 80%。競爭設(shè)備。

在新聞發(fā)布會上，TI 高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線經(jīng)理 Matt Hann 強調(diào)了工業(yè)系統(tǒng)對實時控制的需求，因此新 ADC3660 系列不僅在實時領(lǐng)域的重要性控制，而且在精度和高速方面。

到目前為止，設(shè)計工業(yè)系統(tǒng)的工程師不得不在噪聲和低功耗方面的各種折衷方案之間做出選擇——對于那些設(shè)計需要精確數(shù)據(jù)采集的電池供電設(shè)備的人來說，這是一個特別困難的決定。Hann 指出，ADC3660 系列旨在解決這些權(quán)衡和其他挑戰(zhàn)，包括精度、尺寸和設(shè)計時間。

“我們現(xiàn)在帶來了以前沒有的東西，是準確性、噪音、功率、尺寸和功能的結(jié)合，使這些設(shè)備很容易設(shè)計到系統(tǒng)中，”漢恩說?！笆袌錾弦呀?jīng)存在這種采樣率的設(shè)備，但我們帶來的是在該采樣率和分辨率下更好的噪聲性能，以及集成的數(shù)字功能和最低的功耗。”

實時數(shù)字控制

提高高速數(shù)據(jù)采集的準確性滿足了對實時控制日益增長的工業(yè)需求。在這里，在高速數(shù)字控制環(huán)路中，ADC 在復(fù)雜系統(tǒng)中發(fā)揮作用，以響應(yīng)快速的電壓或電流變化，并有助于防止對電源管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件造成代價高昂的損壞。

“當你談?wù)搶崟r時，你會想到即時的東西，”漢恩說。因此，在實時控制系統(tǒng)中，在高精度和速度很重要的地方通常需要瞬時控制，例如熱成像相機、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、電能質(zhì)量分析儀、等離子切割機和源測量單元，他補充說。

數(shù)字控制回路有四個關(guān)鍵部分，在高速環(huán)路 RX 中，有一個模擬信號鏈將數(shù)據(jù)帶到 ADC，在這種情況下是ADC3664，由 FPGA、實時微控制器 (MCU) 甚至 DSP 處理，并且信息由 DAC 獲取并轉(zhuǎn)換回負載，Hann 說。“發(fā)生這種情況所需的總時間是通過我們所說的延遲來衡量的。因此，在過去，只有模擬控制環(huán)路才能實現(xiàn)低延遲，因為您不必受限于 ADC 的采樣率，甚至是 ADC 的噪聲進行精確測量，”Hann 說。

TI 的新型 ADC 提供納秒級延遲，不僅提供實時控制，還提供設(shè)計靈活性?！笆箶?shù)字控制器具有靈活性的是 ADC3664 提供的可編程性，”Hann 說。

實時可調(diào)性和可編程性允許終端設(shè)計人員通過簡單地更改軟件中的一些參數(shù)來定制一個可以適應(yīng)多種應(yīng)用的系統(tǒng)，Hann 說?！斑@為最終設(shè)計帶來了靈活性，并為最終客戶節(jié)省了大量成本?！?

SAR ADC

Hann 重點介紹了新系列 ADC 中的一些器件，其中包括 8 個采用單通道或雙通道配置的引腳對引腳兼容器件，在 14 位、16 位和 18 位分辨率等級范圍內(nèi)從 10 到 125 MSPS . 根據(jù)器件的不同，該系列可以在最低功耗下提供高達 80% 的實時控制延遲和一流的動態(tài)范圍，以及使設(shè)計變得非常容易的集成功能和高采樣頻率，他說。

一個例子是ADC3683，TI 聲稱它是業(yè)界最快的 18 位 ADC?！癆DC3683 是一款 65MSPS、18 位雙通道 ADC，它的采樣速度是最接近的競爭 18 位器件的四倍，通道密度是其兩倍，”Hann 說。“它提高了窄帶頻率應(yīng)用中的噪聲性能，例如便攜式國防無線電，信噪比 (SNR) 為 84.2 dB，噪聲頻譜密度為 -160 dBFS/Hz。此外，它在每通道 94 mW 的情況下消耗更少的功率，并支持高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如源測量單元和其他類型的手持儀器，”Hann 說。

125-MSPS、14 位、雙通道 ADC3664(如前所述)是另一種變體，它提供低延遲(1 個時鐘，8 ns)，有助于保護關(guān)鍵組件并提高半導(dǎo)體制造系統(tǒng)等應(yīng)用中的工具精度。該器件的超低延遲使各種工業(yè)系統(tǒng)中的高速數(shù)字控制回路能夠更準確地監(jiān)控和響應(yīng)電壓和電流尖峰。

Hann 表示，這種特定變體的延遲降低了 80%，低于具有類似速度的競爭設(shè)備，包括 SAR 和流水線架構(gòu) ADC。

在低功耗方面，65-MSPS、16 位 ADC3660 以 82 dBFS SNR 提供超低噪聲，提高了聲納應(yīng)用中的圖像分辨率，同時功耗(每通道 71 mW)比同等競爭設(shè)備低 65% ，漢恩說。

“對于像聲納這樣功耗降低 65% 的應(yīng)用來說，它是一款非常引人注目的設(shè)備，而且 65-MSPS、16 位雙通道使其非常理想，并且由于功耗低，通?？梢韵窂街械念~外信號鏈組件消費，”他說?！跋盘栨溌窂竭€可以降低整體系統(tǒng)功耗?！?

降低設(shè)計復(fù)雜性

ADC3660 系列的高采樣率和集成功能可幫助設(shè)計人員減少系統(tǒng)中的組件數(shù)量。例如，ADC3683 允許過采樣，從而將諧波推離所需信號的距離更遠。這使設(shè)計人員能夠?qū)⒖够殳B濾波器的復(fù)雜性和系統(tǒng)中的組件數(shù)量減少多達 75%。

降低設(shè)計復(fù)雜性的其他系列特性包括片上抽取選項，允許設(shè)計人員消除系統(tǒng)中不需要的噪聲和諧波，并將 SNR 和無雜散動態(tài)范圍提高多達 15 dB。這些抽取選項和 CMOS 接口允許設(shè)計人員將這些 ADC 與基于 Arm 的處理器或 DSP 一起使用，而不是 FPGA，這有助于降低系統(tǒng)成本。

“我們將計算功能從處理器引入 ADC，這通過基于 Arm 的處理器或 DSP 降低了系統(tǒng)成本，并且通過能夠?qū)⑻幚砥髻Y源用于其他任務(wù)來增加系統(tǒng)功能，”Hann 說.

ADC3563、ADC3583、ADC3643、ADC3660、ADC3663、ADC3664 和 ADC3683 器件現(xiàn)已從 TI 提供，采用 5 × 5 毫米超薄方形扁平無引線 (WQFN) 封裝。ADC3541 的預(yù)生產(chǎn)版本現(xiàn)已僅在 TI.com 上提供，預(yù)計將于 2022 年第一季度量產(chǎn)。TI 現(xiàn)已提供評估模塊，價格為 249 美元。