具有高ADC通道數的最佳傳感器集線(xiàn)器MCU選項

2021-05-17

具有高ADC通道數的最佳傳感器集線(xiàn)器MCU選項

一位工業(yè)客戶(hù)要求我幫助設計用于與大量傳感器接口的電路板的新版本。此處的目標是將三個(gè)具有單獨功能和組件的板合并為一個(gè)板，以提供數據采集所需的所有接口。讓我開(kāi)始思考一個(gè)傳感器集線(xiàn)器可能需要使用的MCU類(lèi)型，以及單個(gè)MCU可以容納多少個(gè)通道。

事實(shí)證明，如果您購買(mǎi)了高性能MCU，則它們可以具有相當數量的ADC，這些ADC具有相當高的分辨率，是傳感器數據采集所需的。如果您不打算在非常低的信號電平和SNR值下構建用于相干光學(xué)測量的控制板，則主要制造商將為您提供大量具有高I / O計數和高ADC通道數的MCU板的選擇。您可以在下一個(gè)傳感器集線(xiàn)器板或類(lèi)似產(chǎn)品中使用以下選項。

傳感器MCU中的ADC通道數很高

模擬世界和數字世界之間的接口需要傳感器，而這些傳感器需要某種方式與板中的處理器接口。輸入一個(gè)多通道ADC，它將為您提供多個(gè)通道來(lái)收集和處理數據。如果您需要構建占用空間小的系統，則可以使用帶有集成ADC的MCU。盡管在計算能力方面不是最強大的，但許多MCU都包含許多與其他數字組件和模擬傳感器接口所需的外圍設備。

具有大量ADC通道數的MCU在許多混合信號系統中為您提供了特殊的優(yōu)勢。而不是使用的外部多通道ADC，這里可能是您想使用的MCU具有高通道數的一些原因：

中等時(shí)鐘速率：具有高通道數ACD的MCU往往也具有較高的時(shí)鐘速率以提供所需的采樣率，因此它們還可以使用中等復雜的算法快速處理轉換后的數據。

采樣率： ADC通道數較高的大多數16位或32位MCU仍提供?Msps采樣率。這樣可以精確感應高達?MHz頻率的模擬信號。

外圍設備和接口：如果您的傳感器不需要直接連接到ADC，則MCU提供標準的低速接口來(lái)從其他外圍設備收集數據。

除了低速和高速接口，ADC通道數和時(shí)鐘/采樣率外，傳感器節點(diǎn)設計的兩個(gè)重要規范包括板載存儲器和功耗。對于功耗，您需要具有睡眠模式和條件喚醒控制的組件，因為這將有助于節省功耗。

最后，具有較高ADC通道數的MCU有時(shí)會(huì )將這些擴展通道分布在多個(gè)并行運行的ADC上，而不是具有所有可用通道的單個(gè)ADC。使用多個(gè)ADC可以實(shí)現交織，其中通過(guò)在每個(gè)ADC的輸出上施加相移來(lái)提高采樣率。換句話(huà)說(shuō)，如果組件包含N個(gè)ADC，則交織可以使采樣率增加N倍。

一些ADC通道數較高的MCU

Microchip，PIC32MZ系列

Microchip的PIC32MZ系列MCU是該公司的嵌入式連接（EC）系列的一部分。這些組件最多可提供48個(gè)具有10位分辨率，1 MSPS的模擬通道以及獨立的外部ADC觸發(fā)源。32位ARM Cortex M4內核的最高工作頻率為200 MHz。不同的封裝包含用于與外圍設備接口的范圍不同的I / O數量，以及標準接口（I2C / SPI / I2S）和EBI或PMP圖形接口。高速接口包括一個(gè)USB 2.0控制器以及帶有MII和RMII接口的10/100以太網(wǎng)MAC。

PIC32MZ系列內核框圖。

STMicroelectronics，STM32F405xx和STM32F407xx

STMicroelectronics的STM32系列32位MCU可以說(shuō)是市場(chǎng)上最受歡迎的MCU，僅次于Atmel MCU（以Arduino聞名）。STM32F405xx和STM32F407xx MCU包含3個(gè)嵌入式ADC，每個(gè)ADC具有16個(gè)通道和12位分辨率。在VDD = 3.0至3.6 V（60 MHz全功率時(shí)鐘速率）的情況下，采樣速率高達2.4 Msps和30 MHz閃存訪(fǎng)問(wèn)。此外，這些組件中的ADC可以在交錯模式下以7.2 Msps的速率運行，具有24個(gè)通道。這兩個(gè)組件包含許多標準接口（SPI / I2C / UART），多達140個(gè)I / O，USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。

德州儀器（TI），TM4C123x系列

德州儀器（TI）的TM4C123x系列MCU包括多達24個(gè)ADC通道，具有12位分辨率，采樣率高達2 Msps。該組件運行在ARM Cortex M4F內核（時(shí)鐘頻率為120 MHz）上，具有高達1 MB的閃存和256 KB的內部RAM。為了訪(fǎng)問(wèn)外設和其他傳感器，其他接口包括UART，I2C，SPI和CAN以及40個(gè)PWM輸出。其中包括一個(gè)USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。該系列MCU的高采樣率，分辨率和ADC通道數使其成為車(chē)輛，工業(yè)設置，機器人技術(shù)和人機界面中傳感器節點(diǎn)的絕佳選擇。下面的TM4C123x系列框圖中顯示了功能的完整列表。

TM4C123x框圖。摘自TM4C123x MCU數據表勘誤表。

傳感器集線(xiàn)器設計的其他組件

除了實(shí)際的傳感器之外，您還需要在設計中使用其他組件來(lái)提供多個(gè)傳感器的穩定感測。無(wú)線(xiàn)連接和網(wǎng)絡(luò )/計算接口也非常重要，因為傳感器集線(xiàn)器需要集成到更大的生態(tài)系統中。此外，您可以使用一些信號采集和調節組件來(lái)確保準確的采集。

無(wú)線(xiàn)收發(fā)器（WiFi，藍牙等）

開(kāi)關(guān)穩壓器或LDO

用于低電平信號的放大器IC

MCU驅動(dòng)的傳感器節點(diǎn)包含廣泛的組件，您可以使用Octopart中的高級搜索和過(guò)濾功能來(lái)查找所需的零件。使用Octopart的電子搜索引擎時(shí)，您將可以訪(fǎng)問(wèn)分銷(xiāo)商數據和零件規格，并且都可以在用戶(hù)友好的界面中免費訪(fǎng)問(wèn)它們。查看我們的線(xiàn)性集成電路頁(yè)面，找到您需要的組件。