20 bites 1,8 MSPS ADC CM2431 vs. AD4020: Kettős garancia a magas teljesítményért és könnyű kezelhetőségért

Felső kategóriás alkalmazás az ipari érzékelés, a precíziós műszerek és az orvosi berendezések területén az adatgyűjtő rendszerek szélsőségesen szigorú teljesítménykövetelményekkel néznek szembe. Ezekben a rendszerekben a nagy pontosságú SAR ADC-k központi szerepet játszanak. A legmagasabb szintű teljesítményen és hosszú távú megbízhatóságon túl egy olyan ADC, amelyet a felhasználók tervezési tapasztalata alapján gondosan, könnyű kezelhetőségre terveztek, erősebb általános versenyképességet kínál.

A CM2431 egy 20 bites SAR ADC, amely akár 1,8 MSPS mintavételezési sebességet is elér. A nemzetközi versenytárs AD4020-hoz képest a CM2431 jeladószintű jel-zaj arányt és széles hőmérséklettartományon belüli megbízhatóságot kínál, mellyel kiváló linearitást is elér, integrált nemlinearitása akár ±1,5 ppm is lehet. Emellett szélesebb dinamikatartományt és hatékonyabb energiafogyasztást biztosít.

A hagyományos SAR ADC-kkel ellentétben a CM2431 több felhasználóbarát funkciót is integrál, amelyek nagyobb tervezési rugalmasságot biztosítanak, kezelik az alkalmazások kihívásait, és segítik a felhasználókat magasabb rendszer teljesítmény elérésében, miközben egyszerűsítik a terveket, valamint csökkentik a költségeket és az energiafogyasztást.

1. Felhasználóbarát funkciók egyszerűsített tervezést tesznek lehetővé

A bemeneti előerősítő leegyszerűsíti a rendszerintegrációt

A CM2431 egy előtöltéses bemeneti illesztéstechnológiát alkalmaz, amely csökkenti a mintavétel kezdetén a belső kapcsolt kondenzátoros architektúra által okozott jelvisszacsatolást, így az ADC jelentősen könnyebb vezérelni, és alapvetően egyszerűsíti a rendszertervezést. 2. ábra bemutatja a CM2431 analóg bemeneti áram változását a differenciális bemeneti feszültség függvényében az előtöltéses bemeneti illesztő be- és kikapcsolása esetén. Még kikapcsolt állapotban is, a CM2431 alacsony bemeneti árama már könnyebb vezérelni, mint a hagyományos SAR ADC-ket. Be kapcsolva az analóg bemeneti áram az al-mikroamperes szintre csökken, kiváló vezérelési teljesítményt biztosítva. E technológiához már benyújtották a találmány szabadalmaztatását.

Bemeneti áram differenciális szimulációja bemenettel

A Pre-Charge Input Driver engedélyezésével a felhasználók közvetlenül vezérelhetik az ADC-t alacsony teljesítményű, alacsony sávszűrűségű precíziós erősítőkkel, kombinálva az alacsonyabb RC szűrővágási gyakoriságokkal, anélkül, hogy drága, különleges, nagysebességű ADC-vezérlőkre lenne szükség. Ez egyszerűsíti a perifériás körök tervezését. Pontos, alacsony sávszűrűségű alkalmazásokban ez az eljárás jelentősen csökkenti a rendszer teljesítményfelhasználását, méretét és általános költségét.

A legfontosabb előnyök közé tartoznak:

1. Csökkentett előfokozat komplexitás és jelentősen alacsonyabb teljesítményigény a külső vezérlőkörök esetében;

2. Alacsonyabb anyagköltség (BOM), csökkentett NYÁK-terület, valamint egyszerűsített alkatrész-kiválasztás és -tervezés;

3. Alacsonyabb energiafogyasztás és magasabb szintű integráció a rendszer szintű megoldásoknál.

Ezen felül a precharge bemeneti meghajtó lehetővé teszi az előerősítő és az RC szűrő kiválasztását a jel sávszélességét figyelembe véve, nem pedig a kapcsolt kapacitású SAR ADC bemenetek beállási idejének követelményei alapján. Emellett javítja a THD teljesítményt, és csökkenti az analóg bemeneti áramot a 100 kHz-nél alacsonyabb frekvenciájú bemeneti jeleknél.

Fogóvédő áramkör leegyszerűsíti a meghajtó tervezését

Az integrált túlfeszültség-korlátozó diódák és a tartománykompressziós üzemmód tovább csökkentik az előtét-illesztő tervezésének nehézségét. Korábban jó vezérlési teljesítmény eléréséhez az ADC-illesztők gyakran további negatív tápfeszültséget igényeltek. Ugyanakkor az illesztőerősítő pozitív tápfeszültsége gyakran meghaladta a SAR ADC feszültséghatárát, így külön védelmi áramkörökre volt szükség. A CM2431 korlátozóvédelemmel rendelkezik, amely 0,4 V-tal haladja meg a VREF-et, és tartománykompressziós üzemmódja megszünteti a negatív tápfeszültség szükségességét, miközben megőrzi a bemeneti tartományt. Ezek a jellemzők jelentősen leegyszerűsítik az illesztőtervezést.

Ezen felül a nagysebességű, nagy felbontású digitális interfésztervezés és az illesztőhibakeresés termékek a CM2431 lehetővé teszi az adatátviteli idő meghosszabbítását a konverziós eredményeknél, így alacsonyabb SPI órajel-frekvenciák használhatók. Turbo mód kiterjeszti az adatátviteli időt a konverziós eredményekhez, lehetővé téve alacsonyabb SPI órajel-frekvenciák alkalmazását.

2. Kiváló dinamikatartomány gyenge jelek pontos rögzítéséhez

A CM2431 magas dinamikatartományt, 102 dB-t kínál, amely lehetővé teszi a gyenge jelkülönbségek finom megkülönböztetését. Olyan alkalmazásokban, ahol rendkívül szigorúak az adatgyűjtési követelmények – például jelprocesszálás, orvosi képalkotás, tudományos mérések és kommunikáció – ez a képesség egyértelmű előnyt jelent. A magasabb dinamikatartomány azt jelenti, hogy a jel integritása akkor is fenntartható, ha összetett zajos környezet áll fenn, így megbízhatóbb adatalapot biztosítva a rendszer számára.

Ugyanakkor a CM2431 akár 1,8 MSPS-es mintavételi sebessége lehetővé teszi a nagyfrekvenciás jelek pontos rögzítését és támogatja a túlmintavételezést. Kiváló linearitása (tipikus INL ±2 LSB-en belül) biztosítja, hogy a rendszer a túlmintavételezés után rendkívül magas dinamikatartományt érjen el. Például 1024-szeres túlmintavételezés mellett a dinamikatartomány körülbelül 131 dB-re növelhető, ami lehetővé teszi a rendszer számára, hogy egyszerre rögzítse a rendkívül gyenge és erős jeleket is – ezzel elérve a „gyenge jelek torzításmentességét” és az „amplitúdóerős jelek telítődésmentességét”. Ez a technika a nagy pontosságú adatrögzítő rendszerek egyik alapvető módszere, és széles körben alkalmazzák olyan alkalmazásokban, ahol különösen szigorú az SNR követelmény.

3. Kiváló energiahatékonyság a hosszabb üzemidő és a hőmérséklet-optimalizálás érdekében

A magas teljesítmény fenntartása mellett a CM2431 körülbelül 15%-kal csökkenti az energiafogyasztást a versenytárs AD4020-hoz képest. Nagy pontosságú folyamatos adatgyűjtő rendszerekben a felhalmozódó energia-megtakarítás jelentős, és közvetlenül hosszabb készülék-akkumulátor élettartamba, csökkentett hőterhelési tervezési nyomásba és javult általános rendszermegbízhatóságba fordítható.

Összegzés

Összefoglalva, a 20 bites felbontással és 1,8 MSPS mintavételezési sebességgel rendelkező CM2431 kiváló teljesítményt kínál a Pre-Charge Input Driver technológiának köszönhető rendszerszintű egyszerűsítéssel, kitűnő linearitással, kiváló dinamikatartománnyal és javított általános energiaköltséghatékonysággal együtt. Ezáltal erősen versenyképes megoldást biztosít nagy pontosságú adatgyűjtő rendszerekhez.

Az egyszerűsített tervezéssel és nagyobb integrációs kényelemmel a CM2431 segít a felhasználóknak csökkenteni az energiafogyasztást és a rendszertervezés bonyolultságát, növelni a csatornasűrűséget, miközben kiváló általános rendszer teljesítményt tart fenn.