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選用ADC芯片需要考慮的十一大因素

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2021-08-23 09:44 ? 次閱讀
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(文/程文智)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)經(jīng)過30多年的發(fā)展,技術(shù)也經(jīng)歷了多次革新,目前比較常用的ADC主要有三種類型,即Δ-∑、SAR、以及流水線(Pipelined)型ADC。這三種ADC各有其特點和優(yōu)勢。

接下來我們將具體談一談這些ADC器件的有缺點,以及我們在具體應(yīng)用中選擇ADC芯片時需要考慮的十一大因素。

ADC類別介紹

前面我們有提到ADC目前主流的架構(gòu)有三種,首先我們來看下Δ-∑型ADC。Δ-∑型ADC,又稱為過采樣轉(zhuǎn)換器,它由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型,將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度)信號,用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。

它的優(yōu)點是分辨率較高,高達24位;轉(zhuǎn)換速率高;低功耗、低價格;缺點是速度比較低,延時高。


圖:ADC架構(gòu)與速度和分辨率的關(guān)系(來源:Microchip


跟Δ-∑型ADC比較接近的是雙通道斜率ADC,它的速度是最慢的,以前主要用于萬用表的設(shè)計,現(xiàn)在比較少用?,F(xiàn)在如果需要用到雙通道斜率ADC的場合,可以選用Δ-∑型ADC。

二是SAR型ADC,它的速度和精度都是比較居中的,其優(yōu)點是延時特別低,適合用于需要快速反應(yīng)的場景;缺點是速度和精度都無法做到特別高,特別快。

三是流水線型ADC,它的優(yōu)點是速度特別高,可以用于高速應(yīng)用;缺點是功耗比較高,而且有一些延時。


圖:ADC架構(gòu)比較(來源:Microchip)

如何選擇合適的ADC芯片

對于如何選擇一款合適的ADC芯片呢?我們可以從下面十一個方面來探討。

一是ADC架構(gòu)的選擇。對于選擇何種架構(gòu),我們首先要考慮應(yīng)用的輸入信號是快速信號還是慢速信號,可以根據(jù)信號的快慢,相應(yīng)地從慢到快,選擇Δ-∑、SAR、和流水線型ADC。其次是需要考慮輸入信號是連續(xù)信號,還是離散信號。如果是連續(xù)信號,那就比較簡單,這幾種架構(gòu)的ADC都可以選;但如果是離散信號,就不能用Δ-∑型ADC,因為Δ-∑型ADC是對信號進行多次采用后,求平均值得到的信號,所以是不適合的。

二是看ADC采樣率的選擇。根據(jù)奈奎斯特定律,采樣頻率要大于等于輸入信號的兩倍,即fs≥2finput;但實際上,我們采用的采用頻率是輸入信號的10~20倍。

三是如何設(shè)置ADC輸入滿量程范圍。這是由參考電壓VREF決定的。一般是0~VREF,或者是-VREF~+VREF

四是ADC分辨率的選擇。這是由轉(zhuǎn)換器的精度要求,由輸入幅值范圍和LSB大小等因素共同決定的。


五是輸出延時對應(yīng)用是否重要。這個要看具體的應(yīng)用,比如安全氣囊方面的應(yīng)用就對輸出延時很重要,需要選用延時特別小的ADC,這種情況SAR ADC就比較合適,

六是傳感器信號的配置。需要看一下傳感器的輸出阻抗是否足夠小,傳感器的輸出信號是不是交流信號,來選用單端的,或者是差分輸入ADC。

七是電源電壓范圍,這根據(jù)實際應(yīng)用來選擇。

八是接口的選擇。如果是非高速應(yīng)用,一般選用I2C,SPI接口;如果是高速應(yīng)用的話,通常選用并行CMOS、LVDS、DDR LVDS和EBI等接口;

九是封裝類型。根據(jù)實際需要來選擇,可選用的封裝類型有DFN、SOT、MSOP、SOIC、QFN和BGA等

十是需要考慮ADC是否需要過汽車級認證,如果是用在汽車上的話,就需要選擇車規(guī)級ADC芯片。

最后一個是單價,這也是需要考量的一個很重要的因素。

結(jié)語

這就是關(guān)于ADC選用的一些小知識,希望對大家有所幫助。

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