如何选择 AD 转换器的制造商指南

如何选择 AD 转换器的制造商指南,第1张

曾经深入研究过 A/D 转换器数据表吗?这是一次冒险,即使对于具有模拟工程背景的人来说也是如此,对于许多来自数字和软件背景的制造商来说,这可能会令人生畏。参数表有所帮助,但对于制造商而言,在选择 A/D 转换器时,了解手头的工作比筛选规格页面更重要。

如何选择 AD 转换器的制造商指南,第2张

资料来源:佐治亚理工学院,通过优达学城

通常在制造商的网站上,我们会看到许多类别的 A/D 转换器,这表明产品已经变得多么专业和优化。除了一些独特的情况外,我认为制造商将遇到需要 A/D 转换器的四种基本情况之一,因此优化会有所帮助,因为这些部件中已经设计了许多权衡。

  困采样

多年来基于微控制器的设计证明了一个久经考验的原则是“休眠”行为。当采样率非常慢(以秒甚至分钟为单位)时,我们的想法是醒来,采样并执行计算和通信,然后尽快回到睡眠状态。这种行为可以最大限度地降低功耗并延长电池寿命。

在这种情况下,请选择一个转换器,其位数应尽可能少以表示输入信号的范围。例如,在设计气象站时,8 位转换器提供的范围足以读取最接近的温度。更少的位意味着更短的转换时间和更少的功耗。在可访问的微控制器引脚上可能有一个片上 A/D 转换器,从而完全不需要外部转换器。

  低速率采样

输出数据速率 (ODR) 可能高达 200 Hz 的更快传感器需要考虑采样问题。经验法则:采样速度至少比所需数据快 2.5 倍。严格来说,Nyquist 说 2x 是最小值,但要增加一些余量。例如,如果火箭高度计在飞行中每 1/10 秒需要准确读数,请将采样率设置为 25 Hz 或更快。

这里的想法是控制采样率和分辨率位与功耗之间的权衡。有有效位数(ENOB)的想法。在嘈杂的环境中,如果不使用更强的过滤或过采样,可能很难获得超过 16 位的有用分辨率,从而导致转换时间和功耗朝错误的方向发展。

  低噪声、精密转换

专业部件派上用场的领域之一是低噪声、精密采样。这些不是园艺品种;在转换的每个阶段都采取了降低噪声的步骤,并且需要在电路板布局中小心谨慎,以免消除这些降低。在这里,信噪比 (SNR)、动态范围(通常缩写为 DNR)和总谐波失真 (THD) 等数字开始发挥作用。通常,这些部件具有高达每秒 100 万个样本 (MSPS) 的中等采样率。

  更快的信号分析

雷达设计和 5G 信号处理领域可能超出了大多数制造商会遇到的范围,但有更常见的应用可以满足更快的部件需求。数百 MSPS 的采样率使软件定义无线电 (SDR) 和 DIY 示波器等应用成为可能。

更快的采样增加了低通滤波的重要性,以强烈拒绝高于 2 倍奈奎斯特频率的东西,这可能会真正搞乱快速傅立叶变换 (FFT) 分析。它还对内存吞吐量提出了更高的要求,并且可能需要使用 FIFO 来缓冲结果以在较慢的内存总线上进行分析,这会增加系统成本。

  完成工作

请注意,我们没有比较各种 A/D 架构——闪存、流水线、SAR 和 delta-sigma。这是有趣的东西,如果您真的对它们的工作方式感兴趣,可以在Planet Analog 的其他地方阅读大量有关它们的文章。

但我将在这里冒险:对于除尖端应用之外的所有应用,芯片制造商已经完成了为其预期用途选择和优化架构的大部分工作。例如,他们并没有试图使逐次逼近寄存器 (SAR) 设计适合遇到限制的更高采样率应用;他们正在针对中等采样率优化 SAR 架构。

在大多数情况下,如果了解分辨率和采样率,了解滤波和过采样,以及在某些应用中噪声如何影响结果,制造商可以根据应用快速缩小 A/D 转换器的选择范围。

浏览数据表可能会提供信息,仔细研究编程模型(例如轮询 *** 作与自由运行采样)有助于了解如何充分利用零件。还可以通过制造商站点在分线板上提供哪些 A/D 转换器来指导选择,这也使原型设计和软件开发变得更加容易。

在 General Dynamics 从事导d制导系统工作十年后,Don Dingee成为摩托罗拉 VMEbus 和单板计算机技术的布道者。

编辑:hfy

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