aDC 20 bits 1,8 MSPS CM2431 contre AD4020 : Double garantie de hautes performances et d'une utilisation facile

En haut de gamme application dans des domaines tels que la détection industrielle, l'instrumentation de précision et les équipements médicaux, les systèmes d'acquisition de données font face à des exigences de performance extrêmement strictes. Les CAN SAR haute précision jouent un rôle central dans ces systèmes. Au-delà des performances maximales et de la fiabilité à long terme, un convertisseur analogique-numérique conçu avec soin pour une utilisation facile — basé sur l'expérience client en conception — offre une compétitivité globale renforcée.

Le CM2431 est un convertisseur analogique-numérique SAR 20 bits avec une fréquence d'échantillonnage allant jusqu'à 1,8 MSPS. Par rapport au concurrent international AD4020, le CM2431 offre un rapport signal-sur-bruit de niveau de référence et une fiabilité sur une large plage de températures, tout en atteignant une excellente linéarité, avec une non-linéarité intégrale aussi faible que ±1,5 ppm. En outre, il fournit une plage dynamique plus étendue et une consommation d'énergie plus efficace.

Contrairement aux convertisseurs SAR ADC traditionnels, le CM2431 intègre plusieurs fonctionnalités facilitant l'utilisation qui offrent une plus grande flexibilité de conception, répondent aux défis d'application et aident les utilisateurs à atteindre des performances système plus élevées tout en simplifiant les conceptions et en réduisant les coûts et la consommation d'énergie.

1. Des fonctionnalités facilitant l'utilisation permettent une conception simplifiée

Le pré-amplificateur d'entrée simplifie l'intégration système

Le CM2431 adopte une technologie de pilote d'entrée préalable (Pre-Input Driver) qui réduit le rebond de signal causé par l'architecture interne à condensateur commuté au début de l'échantillonnage, rendant le convertisseur analogique-numérique (ADC) nettement plus facile à piloter et simplifiant fondamentalement la conception du système. La figure 2 illustre la variation du courant d'entrée analogique du CM2431 en fonction de la tension différentielle d'entrée avec le pilote d'entrée préalable activé et désactivé. Même lorsqu'il est désactivé, le faible courant d'entrée du CM2431 le rend déjà plus facile à piloter que les ADC SAR traditionnels. Lorsqu'il est activé, le courant d'entrée analogique est réduit au niveau sub-microampère, offrant ainsi des performances de pilotage supérieures. Cette technologie a fait l'objet d'une demande de brevet d'invention.

Simuler la différence de courant d'entrée avec l'entrée

Lorsque le pilote d'entrée pré-charge est activé, les utilisateurs peuvent piloter directement l'ADC à l'aide d'amplificateurs de précision à faible puissance et faible bande passante combinés à des fréquences de coupure plus basses pour les filtres RC, sans avoir besoin de pilotes ADC dédiés coûteux et haute vitesse. Cela simplifie la conception du circuit périphérique. Dans les applications de précision à faible bande passante, cette approche réduit considérablement la consommation d'énergie, l'encombrement et le coût global du système.

Principaux avantages :

1. Complexité frontale réduite et exigences de performance nettement inférieures pour les circuits pilotes externes ;

2. Coût de la nomenclature (BOM) réduit, surface imprimée (PCB) moindre et sélection ainsi que conception des composants simplifiées ;

3. Consommation d'énergie plus faible et intégration accrue pour les solutions au niveau système.

En outre, le conducteur d'entrée de pré-charge permet de sélectionner l'amplificateur d'entrée et le filtre RC en fonction de la bande passante du signal d'intérêt, sans être contraint par les exigences de temps de stabilisation des entrées de convertisseurs ADC SAR à condensateur commuté. Il améliore également la performance de la distorsion harmonique totale (THD) et réduit le courant d'entrée analogique pour les signaux d'entrée inférieurs à 100 kHz.

Le circuit de protection par étrier simplifie la conception du conducteur

Les diodes de clamp intégrées contre les surtensions et le mode de compression de plage réduisent davantage la complexité de la conception du conducteur en amont. Par le passé, pour obtenir de bonnes performances de conduite, les conducteurs ADC nécessalaient souvent une tension d'alimentation négative supplémentaire. En même temps, le rail d'alimentation positif de l'amplificateur de pilotage dépassait souvent les limites de tension du convertisseur SAR ADC, ce qui exigeait des circuits de protection supplémentaires. Le CM2431 dispose d'une protection par clamp s'étendant de 0,4 V au-delà de VREF, et son mode de compression de plage élimine le besoin d'une alimentation négative tout en maintenant la plage d'entrée. Ces caractéristiques simplifient considérablement la conception du conducteur.

En outre, la conception de l'interface numérique et le débogage des conducteurs pour les applications haute vitesse et haute résolution produits le CM2431 permet d'étendre le temps de transfert des résultats de conversion, autorisant l'utilisation de fréquences d'horloge SPI plus faibles. Mode turbo permet d'étendre le temps de transfert des résultats de conversion, autorisant l'utilisation de fréquences d'horloge SPI plus faibles.

2. Plage dynamique supérieure pour une capture précise des signaux faibles

Le CM2431 offre une plage dynamique élevée de 102 dB, permettant une discrimination fine des faibles différences de signal. Dans les applications aux exigences extrêmement strictes en matière d'acquisition de données—telles que le traitement du signal, l'imagerie médicale, la mesure scientifique et les communications—cette capacité constitue un avantage évident. Une plage dynamique plus élevée signifie que l'intégrité du signal peut être préservée même dans des environnements bruyants complexes, offrant ainsi une base de données plus fiable pour le système.

En même temps, la fréquence d'échantillonnage du CM2431 pouvant atteindre 1,8 MSPS permet une capture précise de signaux haute fréquence et prend en charge le suréchantillonnage. Son excellente linéarité (INL typique dans ±2 LSB) garantit que le système peut atteindre une plage dynamique extrêmement élevée après suréchantillonnage. Par exemple, avec un suréchantillonnage de 1024×, la plage dynamique peut être augmentée à environ 131 dB, permettant au système de capturer simultanément des signaux très faibles et très forts — réalisant ainsi « aucune distortion des signaux faibles » et « aucune saturation des signaux à grande amplitude ». Cette technique constitue une méthode fondamentale dans les systèmes d'acquisition de données haute précision et est largement utilisée dans des applications aux exigences très strictes en matière de rapport signal sur bruit (SNR).

3. Excellente efficacité énergétique pour une durée de vie améliorée de la batterie et une optimisation thermique

Tout en conservant des performances élevées, le CM2431 réduit la consommation d'énergie d'environ 15 % par rapport au modèle concurrent AD4020. Dans les systèmes d'acquisition continue haute précision, les économies d'énergie cumulées sont significatives et peuvent se traduire directement par une durée de vie accrue de la batterie des appareils, une pression réduite sur la conception thermique et une fiabilité globale améliorée du système.

Conclusion

En résumé, avec une résolution de 20 bits et un débit d'échantillonnage de 1,8 MSPS, le CM2431 offre des performances élevées combinées à une simplification au niveau du système grâce à la technologie Pre-Charge Input Driver, une excellente linéarité, une plage dynamique supérieure et une efficacité énergétique globale améliorée. Il constitue ainsi une solution très compétitive pour les systèmes d'acquisition de données haute précision.

Grâce à une conception simplifiée et une intégration plus facile, le CM2431 aide les utilisateurs à réduire la consommation d'énergie et la complexité de la conception du système, à augmenter la densité de canaux et à maintenir des performances globales excellentes.