黑子731

如何选择适合自己的adc呢?

黑子731 在 2016-6-30 建立的討論區

现在可供使用的模/数转换器(ADC)类型如此之多,并非必须是模拟信号链专家才能从中选择合适的一款。那么您的选择是什么?

 

独立式(或分立式)

ADC范围通常为8位至24位,甚至有些32位可供选择。ADC核心也集成到微控制器、FPGA、处理器或完整的片上系统(SoC)。有逐次逼近寄存器 (SAR)ADC和Σ-Δ版本。需要最高采样率时,使用流水线ADC。有些ADC的采样率低至大约10次每秒,有些则高于1Gsps。ADC的价格范围从 不足1美元到265美元或更高不等。有些流水线ADC的1000片报价很大程度上是市场营销的“虚高”价格,这就意味着实际价格一般低于公布的“1k”价 格。

 

速度、功耗以及所测信号的精度有多重要?为帮助您选择满足具体应用的正确或最好的ADC,我们略微深入了解一下这些不同的类型,并介绍其最佳工作条件。

 

 

SAR ADC——适用于中等速度和快照数据

SAR ADC提供较宽范围的位数、采样率或速度。从6或8位到高达20位,SAR ADC一般工作在数ksps到高达10Msps。SAR ADC是中速应用的好选择,例如电机控制、振动分析以及系统监测。此类ADC没有流水线ADC那么快,但一般比Δ-ΣADC快。

 

SAR ADC的功耗与采样率成线性关系。例如,如果SAR ADC在1Msps时的功耗为5mW,那么1ksps时的功耗一般为5µW。因此,SAR ADC非常灵活,客户库存一款器件即可用于多种应用。

 

SAR ADC还有另外一种优势:获取模拟输入信号的“快照”。SAR结构只对单一时刻进行采样(即“抓取”)。(我们随后将解释这种快照与Δ-Σ ADC的区别,后者对模拟数据进行多次过采样。)客户什么时候需要这种类型?当需要同时测量多个信号时,可以利用多个单通道SAR ADC同时进行采样,或者使用内部具有多个ADC或多个采样/保持(T/H)核心的同时采样ADC。这允许系统在同一瞬间测量多路模拟输入。

 

电流和电压变压器利用SAR ADC支持保护继电器应用。此时,客户在同一时刻测量不同的电流和电压相。供电公司就是很好的例子。利用高精度快照数据,供电公司就准确知道电力线上的信号如何,以及如何高效地管理电网。

 

 

Σ-Δ ADC——利用较多位数获得更高精度

如果希望通过更多采样位来获得更高精度,或者确实需要最高的有效位数(ENOB),Σ-Δ ADC通常是最佳选择,尤其对于低噪声高精度应用。如果速度不太关键,Σ-Δ ADC的过采样和噪声整形能够实现极高的精度。

 

随着SAR ADC市场在5至10年之前开始趋于饱和,许多模拟器件厂商投资开发多种Σ-Δ内核。所以造成当今的ADC产品非常繁荣,采样位数高达24或32位,采样率从10sps到几个Msps不等。

 

什么样的应用需要20位以上的无噪声分辨率?仪表装置和气相色谱仪或天然气和石油行业就是此类应用的例子,通常希望甚至必须具备通过尽可能多的位数来获得高精度。这些都是为高精度模拟信号设定基准的系统应用,最终用户必须对其数据绝对有把握——低硫原油或天然气的准确流量。

 

 

调制器

最近,Σ-Δ ADC越来越难以按照速度和采样率进行分类。

 

传统上,Σ-Δ ADC在内部执行所有的数字后置处理(例如采用SINC/陷波滤波器、下采样以及噪声整形),然后以串行方式将数据输出,具有极好的ENOB。例如,如果 是24位ADC,那么数据输出包括24位。输出的第一位是最高有效位(MSB),第24位是最低有效位(LSB)。数据输出速率一般等于串行时钟速率除以 24。这些不是最快也不是最灵活的ADC。

 

然而,在过去的5至10年间,Σ-Δ调制器变得越来越流行,特别需要速度较高(往往为大约1Msps或更高)的应用。与等待全部24位输出下采样完成不同,Σ-Δ调制器以流化方式每次输出一个数据位,在处理器或FPGA中进行数字滤波,对数据进行分析。

 

这种调制器的灵活性对于例如电机控制的应用非常有利。在这种应用中,12位至16位已经足够,该应用中,如果24位数据中的前16位数据能够提供足够的模拟测量信息,电机控制器可能不需要或不想等待最后的8个LSB。

 

最近几年,Σ-Δ调制器已经达到了高达16位和20Msps。

 

SAR与Σ-Δ的选择——决定因素是速度

結果