aDC de 20 bits y 1.8 MSPS CM2431 frente a AD4020: Doble garantía de alto rendimiento y facilidad de uso

En gama alta aplicación en áreas como la detección industrial, la instrumentación de precisión y los equipos médicos, los sistemas de adquisición de datos enfrentan requisitos de rendimiento extremadamente rigurosos. Los convertidores analógico-digitales (ADC) SAR de alta precisión desempeñan un papel central en estos sistemas. Más allá del rendimiento máximo y la fiabilidad a largo plazo, un ADC cuidadosamente diseñado para facilitar su uso—basado en la experiencia de diseño del cliente—ofrece una competitividad general más fuerte.

El CM2431 es un ADC SAR de 20 bits con una tasa de muestreo de hasta 1,8 MSPS. En comparación con el competidor internacional AD4020, el CM2431 ofrece una relación señal-ruido de nivel de referencia y una fiabilidad en amplia temperatura, además de lograr una excelente linealidad, con una no linealidad integral tan baja como ±1,5 ppm. Además, proporciona un rango dinámico más amplio y un consumo de energía más eficiente.

A diferencia de los convertidores SAR ADC tradicionales, el CM2431 integra múltiples funciones de facilidad de uso que ofrecen una mayor flexibilidad de diseño, abordan desafíos de aplicación y ayudan a los usuarios a lograr un rendimiento del sistema más alto, al tiempo que simplifican los diseños y reducen el costo y el consumo de energía.

1. Las funciones de facilidad de uso permiten un diseño simplificado

El preconductor de entrada simplifica la integración del sistema

El CM2431 adopta una tecnología de controlador de entrada previa (Pre-Input Driver) que reduce el retroceso de señal causado por la arquitectura interna de condensadores conmutados al inicio del muestreo, lo que hace que el ADC sea significativamente más fácil de manejar y simplifica fundamentalmente el diseño del sistema. La figura 2 ilustra la variación de la corriente de entrada analógica del CM2431 frente al voltaje diferencial de entrada con el controlador de carga previa habilitado y deshabilitado. Incluso cuando está deshabilitado, la baja corriente de entrada del CM2431 ya lo hace más fácil de manejar que los ADC SAR tradicionales. Cuando está habilitado, la corriente de entrada analógica se reduce a niveles sub-microamperios, posibilitando un rendimiento de conducción superior. Esta tecnología ha sido objeto de solicitud de patente de invención.

Simular la diferencia de corriente de entrada con la entrada

Con el controlador de entrada de precarga habilitado, los usuarios pueden impulsar directamente el ADC utilizando amplificadores de precisión de baja potencia y bajo ancho de banda combinados con frecuencias de corte más bajas en los filtros RC, sin necesidad de controladores ADC dedicados costosos y de alta velocidad. Esto simplifica el diseño del circuito periférico. En aplicaciones de precisión y bajo ancho de banda, este enfoque reduce significativamente el consumo de energía, el tamaño y el costo total del sistema.

Beneficios clave incluyen:

1. Menor complejidad del extremo frontal y requisitos de rendimiento considerablemente más bajos para los circuitos controladores externos;

2. Costo reducido de la lista de materiales (BOM), menor área en la PCB y selección y diseño de componentes simplificados;

3. Menor consumo de energía y mayor integración en soluciones a nivel de sistema.

Además, el controlador de entrada de pre-carga permite seleccionar el amplificador frontal y el filtro RC según el ancho de banda de la señal de interés, sin estar limitado por los requisitos de tiempo de estabilización de las entradas ADC SAR de capacitor conmutado. También mejora el rendimiento del THD y reduce la corriente de entrada analógica para señales de entrada inferiores a 100 kHz.

El circuito de protección de sujeción simplifica el diseño del controlador

Los diodos integrados de sujeción contra sobretensión y el modo de compresión de rango reducen aún más la dificultad del diseño del conductor frontal. En el pasado, para lograr un buen rendimiento de conducción, los conductores ADC a menudo requerían un voltaje adicional de fuente negativa. Al mismo tiempo, el riel positivo de la fuente del amplificador conductor solía exceder los límites de voltaje del ADC SAR, lo que requería circuitos de protección adicionales. El CM2431 cuenta con protección de sujeción que se extiende 0,4 V más allá de VREF, y su modo de compresión de rango elimina la necesidad de una fuente negativa mientras mantiene el rango de entrada. Estas características simplifican significativamente el diseño del conductor.

Además, el diseño de interfaz digital y la depuración de conductores para alta velocidad y alta resolución productos el CM2431 extiende el tiempo de transferencia de datos de los resultados de conversión, permitiendo el uso de frecuencias de reloj SPI más bajas. Modo Turbo extiende el tiempo de transferencia de datos para los resultados de conversión, permitiendo el uso de frecuencias de reloj SPI más bajas.

2. Rango dinámico superior para una captura precisa de señales débiles

El CM2431 ofrece un alto rango dinámico de 102 dB, lo que permite una fina discriminación de diferencias de señal débiles. En aplicaciones con requisitos extremadamente exigentes de adquisición de datos, como procesamiento de señales, imágenes médicas, mediciones científicas y comunicaciones, esta capacidad proporciona una ventaja clara. Un mayor rango dinámico significa que se puede mantener la integridad de la señal incluso en entornos complejos de ruido, proporcionando una base de datos más confiable para el sistema.

Al mismo tiempo, la frecuencia de muestreo del CM2431 de hasta 1,8 MSPS permite una captura precisa de señales de alta frecuencia y soporta el sobremuestreo. Su excelente linealidad (INL típica dentro de ±2 LSB) garantiza que el sistema pueda alcanzar un rango dinámico extremadamente alto tras el sobremuestreo. Por ejemplo, con un sobremuestreo de 1024×, el rango dinámico puede aumentar hasta aproximadamente 131 dB, permitiendo al sistema capturar simultáneamente señales extremadamente débiles y fuertes: logrando "sin distorsión de señales débiles" y "sin saturación de señales de gran amplitud". Esta técnica es un método fundamental en sistemas de adquisición de datos de alta precisión y se utiliza ampliamente en aplicaciones con requisitos extremadamente rigurosos de relación señal-ruido (SNR).

3. Excelente eficiencia energética para una mayor duración de la batería y optimización térmica

Mientras mantiene un alto rendimiento, el CM2431 reduce el consumo de energía en aproximadamente un 15 % en comparación con el AD4020 competidor. En sistemas de adquisición continua de alta precisión, los ahorros acumulados de energía son significativos y pueden traducirse directamente en una mayor duración de la batería del dispositivo, una reducción de la presión en el diseño térmico y una mejora en la confiabilidad general del sistema.

Conclusión

En resumen, con una resolución de 20 bits y una tasa de muestreo de 1,8 MSPS, el CM2431 ofrece un alto rendimiento combinado con una simplificación a nivel del sistema posibilitada por la tecnología Pre-Charge Input Driver, excelente linealidad, rango dinámico superior y una eficiencia energética general mejorada. Proporciona una solución altamente competitiva para sistemas de adquisición de datos de alta precisión.

Con un diseño simplificado y una mayor facilidad de integración, el CM2431 ayuda a los usuarios a reducir el consumo de energía y la complejidad del diseño del sistema, aumentar la densidad de canales y mantener un excelente rendimiento general del sistema.