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aDC 20-Bit 1,8 MSPS CM2431 vs. AD4020: Doppia Garanzia di Alte Prestazioni e Facilità d'Uso
In alta gamma applicazione in settori come il sensing industriale, lo strumento di precisione e le apparecchiature mediche, i sistemi di acquisizione dati devono soddisfare requisiti prestazionali estremamente rigorosi. I convertitori ADC SAR ad alta precisione svolgono un ruolo centrale in questi sistemi. Oltre alle prestazioni massime e all'affidabilità a lungo termine, un ADC progettato attentamente per facilità d'uso—basandosi sull'esperienza progettuale del cliente—offre una competitività complessiva superiore.
Il CM2431 è un convertitore ADC SAR a 20 bit con una frequenza di campionamento fino a 1,8 MSPS. Rispetto al concorrente internazionale AD4020, il CM2431 offre un rapporto segnale-rumore e un'affidabilità su ampia gamma di temperature a livello di benchmark, oltre a garantire un'eccellente linearità, con una non-linearità integrale pari a soli ±1,5 ppm. Inoltre, fornisce un range dinamico più ampio e un consumo energetico più efficiente.
A differenza dei tradizionali convertitori SAR, il CM2431 integra diverse funzioni di facilità d'uso che offrono maggiore flessibilità di progettazione, affrontano sfide applicative e aiutano gli utenti a raggiungere prestazioni di sistema superiori, semplificando i design e riducendo i costi e il consumo di potenza.
1. Funzioni di Facilità d'Uso per una Progettazione Semplificata
Il Pre-Input Driver Semplifica l'Integrazione nel Sistema
Il CM2431 adotta una tecnologia Pre-Input Driver che riduce il kickback del segnale causato dall'architettura a condensatore commutato interno all'inizio del campionamento, rendendo il convertitore ADC notevolmente più semplice da pilotare e semplificando fondamentalmente la progettazione del sistema. La figura 2 illustra la variazione della corrente di ingresso analogico del CM2431 in funzione della tensione differenziale di ingresso con il driver di ingresso pre-carica abilitato e disabilitato. Anche quando disabilitato, la bassa corrente di ingresso del CM2431 lo rende già più facile da pilotare rispetto ai tradizionali ADC SAR. Quando abilitato, la corrente di ingresso analogico si riduce a livelli sub-microamper, consentendo prestazioni di pilotaggio superiori. Questa tecnologia è stata oggetto di domanda di brevetto per invenzione.
Simula la differenza di corrente di ingresso con l'ingresso
Con l'abilitazione del conducente di ingresso pre-carica, gli utenti possono pilotare direttamente l'ADC utilizzando amplificatori di precisione a bassa potenza e bassa larghezza di banda, abbinati a frequenze di taglio più basse per i filtri RC, senza la necessità di costosi driver ADC dedicati ad alta velocità. Ciò semplifica la progettazione del circuito periferico. In applicazioni di precisione a bassa larghezza di banda, questo approccio riduce significativamente il consumo energetico, le dimensioni e il costo complessivo del sistema.
I principali benefici includono:
Complessità ridotta del front-end e requisiti prestazionali esterni notevolmente inferiori per i circuiti driver;
Costo inferiore della BOM, area PCB ridotta e semplificazione nella selezione e progettazione dei componenti;
Consumo energetico inferiore e maggiore integrazione per soluzioni a livello di sistema.
Inoltre, il driver di ingresso pre-carica consente di selezionare l'amplificatore front-end e il filtro RC in base alla larghezza di banda del segnale di interesse, anziché essere vincolati dai requisiti di tempo di assestamento degli ingressi ADC SAR a condensatore commutato. Migliora anche le prestazioni THD e riduce la corrente di ingresso analogica per segnali di ingresso al di sotto di 100 kHz.
Il Circuito di Protezione Clamp Semplifica la Progettazione del Driver
I diodi integrati per il clampaggio contro le sovratensioni e la modalità di compressione della gamma riducono ulteriormente la complessità della progettazione del driver front-end. In passato, per ottenere buone prestazioni di guida, i driver ADC spesso richiedevano un'alimentazione ausiliaria negativa. Allo stesso tempo, il rail positivo dell'amplificatore driver spesso superava i limiti di tensione del convertitore SAR ADC, richiedendo circuiti di protezione aggiuntivi. Il CM2431 dispone di protezione con clamp che si estende di 0,4 V oltre VREF e della modalità di compressione della gamma, che elimina la necessità di un'alimentazione negativa mantenendo l'intervallo di ingresso. Queste caratteristiche semplificano notevolmente la progettazione del driver.
Inoltre, la progettazione dell'interfaccia digitale e il debug dei driver per sistemi ad alta velocità e alta risoluzione prodotti estende il tempo di trasferimento dei dati relativi ai risultati della conversione, consentendo l'uso di frequenze più basse per il clock SPI. Modalità turbo estende il tempo di trasferimento dei dati relativi ai risultati della conversione, consentendo l'uso di frequenze più basse per il clock SPI.
2. Eccellente range dinamico per la cattura accurata di segnali deboli
Il CM2431 offre un'elevata dinamica di 102 dB, che consente una fine discriminazione delle piccole differenze di segnale. In applicazioni con requisiti estremamente rigorosi di acquisizione dati—come l'elaborazione dei segnali, l'imaging medico, la misurazione scientifica e le comunicazioni—questa capacità offre un chiaro vantaggio. Una dinamica più elevata significa che l'integrità del segnale può essere mantenuta anche in ambienti rumorosi complessi, fornendo una base dati più affidabile per il sistema.
Allo stesso tempo, la frequenza di campionamento del CM2431 fino a 1,8 MSPS consente una cattura precisa di segnali ad alta frequenza e supporta l'oversampling. La sua eccellente linearità (INL tipica entro ±2 LSB) garantisce che il sistema possa raggiungere un range dinamico estremamente elevato dopo l'oversampling. Ad esempio, con un oversampling 1024×, il range dinamico può aumentare fino a circa 131 dB, permettendo al sistema di catturare contemporaneamente segnali estremamente deboli e forti — raggiungendo la condizione di "nessuna distorsione dei segnali deboli" e "nessuna saturazione di segnali ad alta ampiezza". Questa tecnica rappresenta un metodo fondamentale nei sistemi di acquisizione dati ad alta precisione ed è ampiamente utilizzata in applicazioni con requisiti estremamente rigorosi di rapporto segnale-rumore (SNR).
3. Eccellente efficienza energetica per un'autonomia della batteria migliorata e un'ottimizzazione termica
Mantenendo alte prestazioni, il CM2431 riduce il consumo energetico di circa il 15% rispetto al concorrente AD4020. Nei sistemi di acquisizione continua ad alta precisione, i risparmi energetici cumulativi sono significativi e possono tradursi direttamente in una maggiore durata della batteria del dispositivo, una minore pressione termica progettuale e un'affidabilità complessiva del sistema migliorata.
Conclusione
In sintesi, con una risoluzione di 20 bit e una frequenza di campionamento di 1,8 MSPS, il CM2431 offre elevate prestazioni unite a una semplificazione a livello di sistema resa possibile dalla tecnologia Pre-Charge Input Driver, un'eccellente linearità, un ampio range dinamico e una migliore efficienza energetica complessiva. Esso rappresenta una soluzione altamente competitiva per i sistemi di acquisizione dati ad alta precisione.
Grazie a una progettazione semplificata e a una maggiore facilità di integrazione, il CM2431 aiuta gli utenti a ridurre il consumo energetico e la complessità della progettazione del sistema, ad aumentare la densità dei canali e a mantenere prestazioni complessive eccellenti.
