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20비트 1.8MSPS ADC CM2431 대비 AD4020: 높은 성능과 사용 편의성의 이중 보장
고급 응용 산업용 센싱, 정밀 계측기기 및 의료 장비와 같은 분야에서 데이터 수집 시스템은 극도로 엄격한 성능 요구사항을 충족해야 한다. 이러한 시스템에서 고정밀 SAR ADC는 핵심적인 역할을 한다. 최고 수준의 성능과 장기적 신뢰성 외에도 고객의 설계 경험을 기반으로 사용 편의성을 고려해 설계된 ADC는 전체적으로 더 강력한 경쟁력을 제공한다.
CM2431은 최대 1.8 MSPS의 샘플링 속도를 갖는 20비트 SAR ADC입니다. 국제 경쟁 제품인 AD4020과 비교했을 때, CM2431은 벤치마크 수준의 신호 대 잡음비와 광범위한 온도 범위에서의 신뢰성을 제공할 뿐 더불어 우수한 선형성을 달성하며, 적분 비선형성은 최저 ±1.5 ppm 수준입니다. 또한, 더 넓은 동적 범위와 더 효율적인 전력 소비를 제공합니다.
기존의 전통적인 SAR ADC와 달리, CM2431은 다양한 사용 편의 기능을 통합하여 설계 유연성을 높이고 애플리케이션상의 과제를 해결하며, 설계를 단순화하고 비용과 전력 소모를 줄이면서도 시스템 성능을 향상시킬 수 있도록 도와줍니다.
1. 사용 편의 기능을 통해 간편한 설계 구현
사전 입력 드라이버로 시스템 통합 간소화
CM2431은 샘플링 시작 시 내부 스위치 커패시터 구조로 인한 신호 킥백을 줄여주는 프리차지 입력 드라이버 기술을 채택하여, ADC를 훨씬 쉽게 구동할 수 있게 하며 시스템 설계를 근본적으로 단순화합니다. 그림 2는 프리차지 입력 드라이버를 활성화 및 비활성화했을 때 CM2431의 아날로그 입력 전류가 미분 입력 전압에 따라 어떻게 변화하는지를 보여줍니다. 비활성화된 상태에서도 CM2431의 낮은 입력 전류는 이미 기존 SAR ADC보다 구동이 용이합니다. 활성화 시에는 아날로그 입력 전류가 마이크로암페어 이하 수준으로 감소하여 우수한 구동 성능을 제공합니다. 이 기술은 발명 특허 출원이 완료되었습니다.
입력과 함께 입력 전류 차이 시뮬레이션
사전 충전 입력 드라이버를 사용하면, 사용자는 고속 전용 ADC 드라이버와 같은 고가의 부품 없이도 저전력, 저대역폭 정밀 증폭기와 낮은 RC 필터 컷오프 주파수를 조합하여 직접 ADC를 구동할 수 있습니다. 이를 통해 주변 회로 설계가 간소화됩니다. 정밀도가 높고 대역폭이 낮은 응용 분야에서, 이 접근 방식은 시스템의 전력 소비, 크기, 전반적인 비용을 크게 줄입니다.
주요 이점들:
프론트엔드의 복잡성이 줄어들고 외부 드라이버 회로의 성능 요구 사항이 현저히 낮아짐;
BOM 비용 절감, PCB 면적 감소, 부품 선정 및 설계 간소화;
시스템 레벨 솔루션에서 전력 소비가 낮고 통합도가 높음.
또한, 프리차지 입력 드라이버를 사용하면 신호 대역폭에 따라 프론트엔드 증폭기와 RC 필터를 선택할 수 있으므로, 스위치드-커패시터 SAR ADC 입력의 안정화 시간 요구사항에 구애받지 않고 설계가 가능합니다. 또한, 100 kHz 이하의 입력 신호에서 THD 성능을 향상시키고 아날로그 입력 전류를 줄입니다.
클램프 보호 회로가 드라이버 설계를 간소화함
통합 과전압 클램프 다이오드와 범위 압축 모드는 프론트엔드 드라이버 설계의 난이도를 추가로 줄입니다. 과거에는 우수한 구동 성능을 달성하기 위해 ADC 드라이버에 종종 추가적인 음의 공급 전압이 필요했습니다. 동시에, 드라이버 앰플리파이어의 양극 전원 레일은 종종 SAR ADC의 전압 한계를 초과하여 여분의 보호 회로를 필요로 했습니다. CM2431은 VREF를 초과하여 0.4V까지 클램프 보호를 제공하며, 범위 압축 모드는 입력 범위를 유지하면서 음의 전원 공급이 필요하지 않게 됩니다. 이러한 기능들은 드라이버 설계를 현저하게 단순화합니다.
또한, 고속 및 고해상도 ADC의 디지털 인터페이스 설계와 드라이버 디버깅은 오랫동안 설계상의 과제였습니다. 제품 cM2431의 터보 모드 변환 결과의 데이터 전송 시간을 연장하여 낮은 SPI 클록 주파수를 사용할 수 있게 합니다.
2. 약한 신호의 정확한 캡처를 위한 뛰어난 동적 범위
CM2431은 102dB의 높은 동적 범위를 제공하여 미약한 신호 차이를 정밀하게 구분할 수 있습니다. 신호 처리, 의료 영상, 과학 측정, 통신과 같이 데이터 수집 요구 사항이 극도로 까다로운 응용 분야에서 이 기능은 명확한 이점을 제공합니다. 높은 동적 범위는 복잡한 잡음 환경에서도 신호 무결성을 유지할 수 있음을 의미하여 시스템에 더욱 신뢰성 높은 데이터 기반을 제공합니다.
동시에 CM2431의 최대 1.8 MSPS 샘플링 속도는 고주파 신호를 정밀하게 캡처할 수 있게 하며 오버샘플링을 지원합니다. 우수한 선형성(일반적으로 ±2 LSB 이내의 INL) 덕분에 오버샘플링 후 시스템이 매우 높은 동적 범위를 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 1024× 오버샘플링을 사용하면 동적 범위를 약 131dB까지 높일 수 있어 시스템이 극도로 약한 신호와 강한 신호를 동시에 캡처할 수 있습니다. 즉, '약한 신호의 왜곡 없음'과 '대신폭 신호의 포화 없음'을 실현하는 것입니다. 이러한 기술은 고정밀 데이터 수집 시스템의 핵심 방법으로, SNR 요구 사양이 극도로 엄격한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
3. 향상된 배터리 수명과 열 최적화를 위한 뛰어난 에너지 효율
CM2431은 높은 성능을 유지하면서도 경쟁 제품인 AD4020 대비 약 15%의 전력 소모를 감소시킵니다. 고정밀 연속 측정 시스템에서 누적된 에너지 절약 효과는 상당하며, 이는 직접적으로 장치의 배터리 수명 연장, 열 설계 부담 감소 및 전체 시스템 신뢰성 향상으로 이어질 수 있습니다.
결론
요약하자면, CM2431은 20비트 해상도와 1.8 MSPS 샘플링 속도를 통해 Pre-Charge 입력 드라이버 기술이 가능하게 하는 시스템 수준의 간소화, 우수한 선형성, 뛰어난 동적 범위 및 개선된 전반적인 에너지 효율성과 결합된 고성능을 제공합니다. 이는 고정밀 데이터 수집 시스템에 매우 경쟁력 있는 솔루션을 제공합니다.
간소화된 설계와 더 높은 통합 편의성을 갖춘 CM2431은 사용자가 전력 소모와 시스템 설계 복잡성을 줄이고, 채널 밀도를 높이며, 전반적인 시스템 성능을 우수하게 유지할 수 있도록 도와줍니다.
