稳!准!狠!杀出ADC宇宙:设计困难重重?不存在的!
ADC作为一个非常关键的有源器件,能够将模拟信号转换为数字信号,供后续处理器(MCU/DSP/FPGA)或其他数字电路进行数据处理与分析。
那么,ADC具体有哪些类型?实际应用中的难点是什么?MPS推出了哪些稳、准、狠的ADC产品,具备怎样的特点和优势?适用于哪些应用场景?今天,我们就来一一解答!
1.ADC的分类
首先我们一起来认识下ADC有哪些种类。最常见的ADC有三类:逐次逼近型(SAR)ADC、ΔΣ型(Delta-Sigma)ADC和流水线型(Pipelined)ADC。
SAR是目前工业应用中最常见的ADC,它通过逐次逼近输入电压来获得最终的数字值。优点是速度较快,功耗低,适用于中高速应用。
Delta-Sigma主要用于高精度转换,优点是分辨率高,适用于精密测量,缺点是转换速度相对较慢。
PipelinedADC是最常用的高速ADC类型,利用残余电压放大器、比较器对模拟输入进行逐级放大及转换。可以做到中、高精度的快速转换,且功耗优于Flash、Half-FlashADC,但无法达到FlashADC的最高采样率(>GSPS)。
除这三种之外,还有直接转换及半直接转换型(Flash/Half-Flash)ADC和积分型(Integrating)ADC,这两种ADC应用场合相对较少,这里就不展开介绍了。
2.ADC的主要技术参数
那么,众里寻他千百度,怎么找到一颗“八字相投”的ADC呢?我们需要考量6大主要技术参数:
2)采样率(SamplingRate):指每秒钟对模拟信号进行采样的次数,通常以KSPS或MSPS为单位。根据奈奎斯特采样定理,采样率需要至少为信号最高频率的两倍才能精确还原信号。
3)信号输入范围(InputRange):ADC能够接受的输入信号电压范围。例如,0V到5V或±10V。输入超出这个范围的信号可能会导致饱和或损坏ADC。
4)信噪比(SNR,Signal-to-NoiseRatio):描述信号中有用部分与噪声的比例。信噪比越高,意味着有效分辨率越高、输出噪声较少。
5)线性度(Linearity):ADC在整个输入范围内是否能线性转换输入信号。理想的ADC会在输入和输出之间有线性关系。线性度通常使用INL(积分非线性)和总谐波失真(THD)来衡量。
6)有效分辨率(ENOB):ADC在考虑其有限的信噪比(SNR)及线性度(THD)情况下的等效精度,会低于其标称分辨率。
3.ADC的应用难点
ADC作为在信号链及传感、测量、控制系统当中的关键部件,高性能ADC在实际应用当中需要注意诸多技术细节,否则可能无法达到甚至接近原厂ADC参数规格手册(Datasheet)当中的性能水平。那么在实际应用当中,各位工程师们也需要避免一些“陷阱”。比如说,ADC的模拟输入驱动就是一件非常麻烦的事情,很多ADC产品输入为开关电容采样电路(Switch-Capacitor),如输入驱动的输出阻抗太大,会造成严重的Kick-BackNoise,使ADC的信噪比受到较大的损失。
再者,如何设计输入抗混叠滤波器(Anti-AliasingFilter),这个问题看似困难,其实也并不简单!如抗混叠滤波器的截至频率(Cutoff)过高或Stop-Band的斜率不足,会由于混叠造成ADC的有效精度下降。
4.MPSADC产品的六大特点和优势
1)广泛采用内置数字校正技术,确保ADC在不同的应用环境中具有极高的性能稳定性;
2)优越的模拟设计技术保证行业高档次的ADC性能指标:SNR,SFDR,THD,INL,DNL,ENOB等;
3)基于应用场景的优化设计,降低用户的系统及应用板设计的难度,确保ADC可以发挥出理想的性能;
4)强大的客户技术支持:在客户评估、开发、验证及应用的各个环节中MPS都可以提供全面的技术支持,即从板级设计技术指导直至现场技术支持;
5)提供定制化产品及模件设计:可根据客户的特殊需求开发新型及定制化的ADC产品以及相应的模件设计;
6)灵活、有竞争力的价格,稳定的供货能力。
5.MPSADC具体产品与典型应用
MDC97476/MDC97477/MDC97478的产品特点:
1)超小型封装、高性能、低功耗12位ADC
2)12bit,单通道,1MSPS采样率
3)单向SPI数字接口
4)工作电压3.3V/5V
5)典型SNR>72dB,THD<-84dB
6)典型DNL<+/-0.4LSB;INL<+/-0.5LSB
7)TSOT-23-6标准封装(2.8mmx1.5mm)
8)工作温度范围:–40°C至85°C及–40°C至125°C
9)该系列产品还包括10位(MDC97477)及8位(MDC974781MSPS),以及相应的多通道产品(8/4通道)
MDC97476的产品特点及优势:
1)相比行业同类产品,拥有非常高的性能等级
2)典型SNR>72dB,SFDR>87dB,ENOB>11.6b
3)显著减小的ADC输入电容(14pF),仅为同等顶尖性能产品(30pF+)的一半以下,极大减少了Kick-BackNoise,减轻了对输入驱动的输出阻抗的要求,提高了ADC在应用板的实际性能
MDC97476的典型应用:
1)工业控制与自动化
在工业自动化系统中,MDC97476可用于采集各种传感器的信号,并将其数字化,适用于需要快速响应和高精度的自动控制系统。
应用场景:PLC(可编程逻辑控制器)、工厂自动化系统中的传感器数据采集,温度、压力、速度等物理量的监测与闭环控制。
2)环境参数测量与控制
在无人值守基站机房中,我们可以使用一组MDC97476来实时采集机房内的温度,湿度,通风量,市电供电电压,基站耗电功率等信号,反馈给空调控制器进行实时环境控制,并将基站运行参数传输到中心控制基站。
3)多相工业电机控制
在伺服电机控制系统中,MDC97476可以用于实时采集电机的电流、电压、速度等信号,并提供给主控制器进行闭环控制。
应用场景:伺服电机控制系统、步进电机控制、变频器输出的电流和电压监控。
4)便携式医疗设备等
在个人医疗设备中,MDC97476可以用于实时采集佩戴者的心率,血糖浓度,血氧饱和度等个人健康指标。
在心电图仪(ECG)中,用于采集人体微弱的心电波信号。
MDC91128/MDC91256的产品特点:
1)20bit,128/256通道,超高灵敏度,pA级微电流输入ADC
2)输入档位:4,7,10,13,16,19,25pC。其中4pC为目前工业级电流输入ADC产品的最低电流输入档位(超高的电流输入灵敏度)
3)低等效输入噪声:20ppm@25pC输入档(超低的噪声水平)
4)良好的线性度:±0.025%at4pC(超高的线性度水平)
5)6kSPS采样率,菊花链SPI数字接口6)1.8V数字电压/5V模拟电压
7)BGA20mmx20mm标准封装
8)工作温度范围:–40°C至85°C(超宽的温度范围)
MDC91128的典型应用:
1)工业X光透视检测设备
在X光透视无损检测设备中,我们可以使用16-64块PD板(由MDC91128读取X光传感器输出电流信号),并将图像线阵信号汇总到FPGA板,来构建X光实时图像信号。
典型应用场景
a.机场、车站、地铁站安检机
b.食品、药品安检机
c.快递包裹违禁物品自动筛查
d.危险液体非接触测量
e.集装箱快速通关检查
f.工业无损探伤
2)TFT传感器
MDC91128读取每一个像素点的电荷状态,从而实现对光、压力、温度等物理量的检测。
典型应用场景:在图像传感应用中,每个像素点的TFT可以控制光电二极管的电荷积累,从而实现对光强分布的高分辨率成像
其他应用场景:触摸技术、环境监测等
另外!
MPS将于近期陆续发布微尺寸16位ADC、高精度24位ADC,以满足严苛的工业应用环境下的数据采集需求。敬请期待!如果您在选型阶段需要产品推荐,或是在设计、调试数据采集模块的过程中有任何疑问,欢迎咨询!