工業(yè)設計中的實(shí)時(shí)控制和高精度數據采集

2021-06-11

工業(yè)設計中的實(shí)時(shí)控制和高精度數據采集

德州儀器 (TI) 擴展了其高速數據轉換器系列，新增了 8 個(gè)逐次逼近寄存器 (SAR) 模數轉換器 (ADC) 系列，可在工業(yè)環(huán)境中實(shí)現高速數據采集。針對工業(yè)系統中的實(shí)時(shí)控制挑戰，ADC3660 SAR ADC 具有 14 位、16 位和 18 位分辨率，采樣速度范圍為 10 至 125 MSPS，聲稱(chēng)可將功耗降低 65%，并將延遲降低 80%。競爭設備。

在新聞發(fā)布會(huì )上，TI 高速數據轉換器產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 Matt Hann 強調了工業(yè)系統對實(shí)時(shí)控制的需求，因此新型 ADC 3660 不僅在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域具有重要意義而且在精度和高速領(lǐng)域也是如此。

到目前為止，設計工業(yè)系統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——對于那些設計需要精確數據采集的電池供電設備的人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)特別困難的決定。Hann 指出，ADC3660 系列旨在通過(guò) 8 個(gè)分辨率為 14、16 和 18 位、采樣率范圍為 10 至 125 MSPS 的 SAR ADC 來(lái)解決這些權衡問(wèn)題。

實(shí)時(shí)數字控制

提高高速數據管理的準確性滿(mǎn)足了對實(shí)時(shí)控制不斷增長(cháng)的工業(yè)需求。在這里，ADC 在一個(gè)復雜的系統中起作用，以響應快速的電壓或電流變化，并有助于防止對電源管理系統中的關(guān)鍵組件造成代價(jià)高昂的損壞。

“當你談到實(shí)時(shí)控制時(shí)，你會(huì )想到一些即時(shí)的東西，”Hann 說(shuō)。“因此，在實(shí)時(shí)控制系統中，通常需要在高精度和速度很重要的地方進(jìn)行快速控制，例如在熱像儀、網(wǎng)絡(luò )基礎設施、電能質(zhì)量分析儀等中。”

圖 1：通過(guò)數字控制回路實(shí)現實(shí)時(shí)控制

如圖1所示，在數字控制中，實(shí)際上有四個(gè)關(guān)鍵部分。我們在 Rx 鏈中有一個(gè)模擬電路鏈，它將數據傳送到 ADC，并由 FPGA、實(shí)時(shí) MCU 甚至 DSP 處理。并且該信息作為反向過(guò)程由 DAC 獲取并轉換回負載。“發(fā)生這種情況所需的總時(shí)間是通過(guò)我們所說(shuō)的延遲來(lái)衡量的，”Hann 說(shuō)。“因此，在過(guò)去，只有模擬控制器才能實(shí)現低延遲。因為您不一定會(huì )受到 ADC 采樣率甚至 ADC 噪聲的限制，從而進(jìn)行準確的測量。”

TI 的新型 ADC 提供納秒級延遲，不僅提供實(shí)時(shí)控制，還提供設計靈活性。“讓數字控制器變得靈活的是 ADC3664 的可編程性”。

Hann 說(shuō)，實(shí)時(shí)可調性和可編程性使最終設計人員能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地更改軟件中的幾個(gè)參數來(lái)定制可以適應多種應用的系統。“這為最終設計帶來(lái)了靈活性，并為最終客戶(hù)節省了大量成本。”

SAR ADC

Hann 重點(diǎn)介紹了新 ADC 系列中的一些器件，這些器件由 8 個(gè)采用單通道或雙通道配置的引腳對引腳兼容器件組成，14 位、16 位和 18 位分辨率等級從 10 到 125 MSPS . 根據不同的設備，該系列可以以最低的功耗提供實(shí)時(shí)控制延遲降低多達 80% 和一流的動(dòng)態(tài)范圍，以及使設計變得非常簡(jiǎn)單的集成功能和高采樣頻率，他說(shuō)。

“ADC3683 是 65 兆樣本 18 位，可提高窄帶頻率應用中的噪聲性能，例如 SNR 為 84.2 dB 和噪聲頻譜密度為 –160 dBFS/Hz 的便攜式國防無(wú)線(xiàn)電。此外，它消耗的功率更少，每通道 94 mW”。

 

圖 2：ADC3683 的框圖

ADC3664 是另一種變體，可提供低延遲（一個(gè)時(shí)鐘，8 ns）并有助于保護關(guān)鍵組件并提高半導體制造系統等應用中的工具精度。

該系列的超低延遲使各種工業(yè)系統中的高速數字控制回路能夠更準確地監控和響應電壓和電流尖峰，從而提高半導體制造系統等應用中的工具精度。

ADC3660 系列的高采樣率和集成特性可幫助設計人員減少其系統中的組件數量。例如，ADC3683 允許過(guò)采樣，從而使諧波遠離所需信號。這使設計人員能夠將抗混疊濾波器的復雜性和系統中組件的數量減少多達 75%。

降低設計復雜性的其他系列功能包括片上抽取選項，使設計人員能夠輕松去除系統中不需要的噪聲和諧波，并將 SNR 和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍提高多達 15 dB。這些抽取選項和互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 接口允許設計人員將這些 ADC 與基于 ARM 的處理器或數字信號處理器一起使用，而不是現場(chǎng)可編程門(mén)陣列，這有助于降低系統成本。