محول تناظري رقمي 20 بت 1.8 MSPS CM2431 مقابل AD4020: ضمان مزدوج للأداء العالي وسهولة الاستخدام

في الفئة الراقية التطبيق في مجالات مثل الاستشعار الصناعي، والأدوات الدقيقة، والمعدات الطبية، تواجه أنظمة اكتساب البيانات متطلبات أداء شديدة للغاية. وتُلعب وحدات التحويل التناظري الرقمي من نوع SAR عالية الدقة دورًا مركزيًا في هذه الأنظمة. وبما يتجاوز الأداء النهائي والموثوقية على المدى الطويل، فإن وحدة التحويل التي تم تصميمها بعناية لتحقيق سهولة الاستخدام—استنادًا إلى تجربة العميل في التصميم—تقدم قدرة تنافسية إجمالية أقوى.

يُعد CM2431 محول تناظري رقمي من نوع SAR بعرض 20 بت ومعدل عينة يصل إلى 1.8 مليون عينة في الثانية. بالمقارنة مع المنافس الدولي AD4020، يوفر CM2431 نسبة إشارة إلى ضجيج على مستوى المعايير وموثوقية في نطاق درجات حرارة واسع، إلى جانب تحقيق خطية ممتازة، حيث تصل عدم خطية التíchال التكاملية إلى حد أدنى قدره ±1.5 جزء في المليون. علاوة على ذلك، فإنه يوفر مدى ديناميكي أوسع واستهلاكًا أكثر كفاءة للطاقة.

على عكس محولات SAR التقليدية، يدمج CM2431 العديد من ميزات سهولة الاستخدام التي توفر مرونة أكبر في التصميم، وتحل التحديات التطبيقية، وتساعد المستخدمين على تحقيق أداء نظام أعلى مع تبسيط التصاميم وتقليل التكلفة واستهلاك الطاقة.

1. ميزات سهولة الاستخدام تمكّن من تبسيط التصميم

مُشغل ما قبل الإدخال يبسّط دمج النظام

يعتمد الجهاز CM2431 تقنية مشغل دخل مسبق (Pre-Input Driver) تقلل من ارتداد الإشارة الناتج عن بنية المكثف المُحوَّل داخليًا عند بدء العينة، مما يجعل المحول التناظري الرقمي (ADC) أسهل بكثير في التشغيل ويُبسّط تصميم النظام بشكل جوهري. يوضح الشكل 2 تغير التيار التناظري للإدخال في الجهاز CM2431 مقابل جهد الدخل التفاضلي مع تمكين وتعطيل مشغل الدخل المسبق. حتى عند التعطيل، فإن التيار المنخفض للإدخال في الجهاز CM2431 يجعل تشغيله أسهل بالفعل مقارنةً بمحولات SAR ADC التقليدية. وعند التمكين، يتم تقليل تيار الدخل التناظري إلى مستوى دون المايكروأمبير، ما يتيح أداءً متفوقًا في التشغيل. وقد تم تقديم طلب براءة اختراع لهذه التقنية.

محاكاة فرق تيار الدخل مع الدخل

مع تمكين برنامج تشغيل الإدخال المسبق للشحن، يمكن للمستخدمين تشغيل المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) مباشرة باستخدام مكبرات صوت دقيقة منخفضة القدرة ومنخفضة عرض النطاق الترددي جنبًا إلى جنب مع ترددات قطع أقل لمرشح RC، دون الحاجة إلى مشغلات ADC عالية السرعة متخصصة ومكلفة. وهذا يبسط تصميم الدائرة الطرفية. في التطبيقات الدقيقة ذات عرض النطاق الضيق، يقلل هذا الأسلوب بشكل كبير من استهلاك الطاقة في النظام وحجمه والتكلفة الإجمالية.

تشمل الفوائد الرئيسية:

1. انخفاض تعقيد الواجهة الأمامية وتقليل متطلبات الأداء العالية بشكل كبير للدوائر الخارجية المساعدة؛

2. انخفاض تكلفة قائمة المواد (BOM)، وتقليل مساحة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وتبسيط اختيار المكونات والتصميم؛

3. استهلاك أقل للطاقة وتكامل أعلى للحلول على مستوى النظام.

بالإضافة إلى ذلك، يسمح برنامج التشغيل المدخل للشحن المسبق باختيار المكبرات الأمامية ومرشح RC استنادًا إلى عرض النطاق التầnي للإشارة المطلوب، بدلاً من القيود الناتجة من متطلبات زمن الاستقرار لمدخلات المحول التناظري الرقمي من النوع SAR ذات المكثف المُفتاح. كما أنه يحسن أداء المعامل التotal التوافقي (THD) ويقلل التيار التناظري المدخل للإشارات المدخلة التي تقل عن 100 كيلوهرتز.

دارة الحماية بالمشبك تبسط تصميم برنامج التشغيل

تُقلِّص الدايودات المدمجة لقَبْض الجهد الزائد ووضع ضغط النطاق صعوبة تصميم السائق الأمامي بشكل إضافي. في الماضي، كان يتطلب تحقيق أداء قيادة جيد أن يكون مُساعِق ADC يحتوي على مصدر جهد سالب إضافي. في نفس الوقت، كان السكك الكهربائية المثبتة على المُساعِق المُكبرة للسائق تتجاوز حدود الجهد لمحول SAR ADC، مما يتطلب دوائر حماية إضافية. يتميز CM2431 بحماية القَبْض التي تمتد 0.4 فولت فوق VREF، ووضع ضغط النطاق الخاص به يلغي الحاجة إلى مصدر جهد سالب مع الحفاظ على مدى المدخل. تُبسّل هذه الميزات التصميم للسائق بشكل كبير.

بالإضافة إلى ذلك، كان تصميم الواجهة الرقمية وتصحيح الأخطاء في السائق للدارات عالية السرعة وعالية الدقة المنتجات يُمَدِّد وقت نقل البيانات للنتائج التحويلية، مما يسمح باستخدام تầnات أبطأ لساعة SPI. وضع التوربو يُمَدِّد وقت نقل البيانات للنتائج التحويلية، مما يسمح باستخدام تầnات أبطأ لساعة SPI.

2. مدى ديناميكي متفوق لالتقاط دقيق للإشارات الضعيفة

يوفر الطراز CM2431 نطاقًا ديناميكيًا عاليًا يبلغ 102 ديسيبل، مما يسمح بالتمييز الدقيق بين الفروق الضئيلة في الإشارات. في التطبيقات التي تتطلب متطلبات صارمة جدًا لجمع البيانات—مثل معالجة الإشارات، والتصوير الطبي، والقياسات العلمية، والاتصالات—توفر هذه القدرة ميزة واضحة. فكلما زاد النطاق الديناميكي، يمكن الحفاظ على سلامة الإشارة حتى في البيئات الصاخبة المعقدة، ما يوفر أساسًا بيانات أكثر موثوقية للنظام.

في الوقت نفسه، يتيح معدل أخذ العينات في الدائرة CM2431 الذي يصل إلى 1.8 مليون عينة في الثانية (MSPS) التقاط الإشارات عالية التردد بدقة ويدعم أخذ العينات الزائدة. وتضمن خطيته الممتازة (الانحراف الخطي الداخلي INL النموذجي ضمن ±2 بت أقل أهمية) أن النظام يمكنه تحقيق مدى ديناميكي مرتفع جدًا بعد أخذ العينات الزائدة. على سبيل المثال، مع أخذ عينات زائدة بنسبة 1024×، يمكن زيادة المدى الديناميكي إلى حوالي 131 ديسيبل، مما يمكن النظام من التقاط الإشارات الضعيفة جدًا والقوية في آنٍ واحد — وبالتالي تحقيق "عدم تشويه الإشارات الضعيفة" و"عدم اشباع الإشارات ذات السعة الكبيرة". تُعد هذه التقنية طريقة أساسية في أنظمة الاستحواذ الدقيقة للبيانات، وتُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب متطلبات صارمة جدًا لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR).

3. كفاءة طاقوية ممتازة لتحسين عمر البطارية وتحسين الأداء الحراري

بينما يحافظ CM2431 على الأداء العالي، فإنه يقلل استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 15٪ مقارنة بالمنافس AD4020. في أنظمة الاستحواذ الدقيقة المستمرة، تكون وفورات الطاقة الت_cumulative كبيرة ويمكن تترجم مباشرة إلى عمر أطول لبطارية الجهاز، وتخفيف الضغط في تصميم التبريد، وتحسين الموثوقية الشاملة للنظام.

الاستنتاج

باختصار، مع دقة 20 بت ومعدل أخذ العينات 1.8 MSPS، يوفر CM2431 أداءً عاليًا مقروناً بتبسيط على مستوى النظام بفضل تقنية مشغل المدخلات ذو الشحن المسبق، وخطية ممتازة، ومدى ديناميكي متفوق، وكفاءة طاقة محسنة بشكل عام. ويقدم حلاً تنافسيًا للغاية للأنظمة الاستحواذية عالية الدقة.

مع تصميم مبسط وتكامل أكثر سهولة، يساعد CM2431 المستخدمين على تقليل استهلاك الطاقة وتعقيد التصميم النظامي، وزيادة كثافة القنوات، والحفاظ على أداء النظام الكلي المتميز.