20-Bit 1,8 MSPS ADC CM2431 vs. AD4020: Dubbele waarborg van hoge prestaties en gebruiksgemak

In high-end toepassing in gebieden zoals industriële sensing, precisie-instrumentatie en medische apparatuur, staan data-acquisitiesystemen voor uiterst strikte prestatievereisten. Hoge-prestatie SAR ADC's spelen een centrale rol in deze systemen. Naast uiterste prestaties en langetermijnbetrouwbaarheid, biedt een ADC die zorgvuldig is ontworpen voor gebruiksgemak—gebaseerd op de ontwerper ervaring van de klant—sterkere algehele concurrentiepositie.

De CM2431 is een 20-bit SAR ADC met een samplefrequentie van maximaal 1,8 MSPS. In vergelijking met de internationale concurrent AD4020, biedt de CM2431 benchmark-niveau signaal-ruisverhouding en betrouwbaarheid over een breed temperatrabereik, en bereikt tevens uitstekende lineariteit, met een integrale niet-lineariteit van slechts ±1,5 ppm. Daarnaast biedt deze een bredere dynamisch bereik en een efficiënter stroomverbruik.

In tegenstelling tot traditionele SAR ADC's integreert de CM2431 meerdere gebruiksvriendelijke functies die grotere ontwerpvrijheid bieden, oplossingen bieden voor toepassingsuitdagingen en gebruikers helpen om een hogere systeemprestatie te bereiken, terwijl ontwerpen worden vereenvoudigd en kosten en stroomverbruik worden verlaagd.

1. Gebruiksvriendelijke Functies Bevorderen Vereenvoudigd Ontwerp

Pre-Input Driver Vereenvoudigt Systeemintegratie

De CM2431 gebruikt een Pre-Input Driver-technologie die signaalkickback vermindert, veroorzaakt door de interne geschakelde-condensatorarchitectuur bij het begin van de bemonstering, waardoor de ADC aanzienlijk gemakkelijker aan te sturen is en het systeemontwerp in principe eenvoudiger wordt. Figuur 2 geeft de variatie van de analoge ingangsstroom van de CM2431 weer ten opzichte van de differentiële ingangsspanning, met de pre-charge input driver ingeschakeld en uitgeschakeld. Zelfs wanneer uitgeschakeld, maakt de lage ingangsstroom van de CM2431 het gemakkelijker aan te sturen dan traditionele SAR ADC's. Wanneer ingeschakeld, wordt de analoge ingangsstroom gereduceerd tot het sub-microampère-niveau, wat superieure aanstuurprestaties mogelijk maakt. Deze technologie is aangevraagd voor octrooibescherming als uitvinding.

Simuleer differentiële ingangsstroom met ingang

Wanneer de Pre-Charge Input Driver is ingeschakeld, kunnen gebruikers de ADC rechtstreeks aansturen met laagvermogen, breedbandprecisieversterkers in combinatie met lagere RC-filter snijfrequenties, zonder de nood voor dure, speciale high-speed ADC-drivers. Dit vereenvoudigt het randcircuitontwerp. In precisie, laagbandbreedte toepassingen, vermindert deze aanpak aanzienlijk het systeemvermogen, de grootte en de totale kosten.

Belangrijke voordelen zijn:

1. Vereenvoudigde front-end complexiteit en aanzienlijk lagere prestatievereisten voor externe drivercircuiten;

2. Lagere BOM-kosten, verminderd PCB-oppervlak en vereenvoudigde componentselectie en -ontwerp;

3. Lager stroomverbruik en hogere integratie voor oplossingen op systeemniveau.

Daarnaast stelt de Pre-Charge Input Driver de keuze van de front-end versterker en RC-filter mogelijk op basis van de signaalbandbreedte van belang, in plaats van door de settling-time-eisen van switched-capacitor SAR ADC-ingangen te worden beperkt. Het verbetert ook de THD-prestaties en vermindert de analoge ingangsstroom voor ingangssignalen onder 100 kHz.

Klemmbeschermingsschakeling vereenvoudigt driverontwerp

Geïntegreerde overvoltage clamp-dioden en een bereikcompressiemodus verkleinen de complexiteit van de ontwerp van de front-end driver verder. In het verleden was een extra negatieve voedingsspanning vaak vereist om een goede rijprestatie te bereiken bij ADC-drivers. Tegelijkertijd overschreed de positieve voedingsrail van de driverversterker vaak de spanningslimieten van de SAR ADC, waardoor extra beveiligingscomponenten nodig waren. De CM2431 beschikt over clamp-beveiliging die zich 0,4 V uitstrekt voorbij VREF, en de bereikcompressiemodus elimineert de noodzaak van een negatieve voeding terwijl het ingangsbereik behouden blijft. Deze kenmerken vereenvoudigen het driverontwerp aanzienlijk.

Daarnaast zijn digitale interface-ontwerpen en het debuggen van drivers voor hoge snelheid en hoge resolutie producten de CM2431's Turbo Modus verlengt de tijd voor gegevensoverdracht van conversieresultaten, waardoor lagere SPI-kloksnelheden kunnen worden gebruikt.

2. Superieure dynamische bereik voor nauwkeurige weergave van zwakke signalen

De CM2431 biedt een hoge dynamisch bereik van 102 dB, waardoor zwakke signaalverschillen nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd. In toepassingen met uiterst veeleisende eisen aan gegevensacquisitie—zoals signaalverwerking, medische beeldvorming, wetenschappelijke metingen en communicatie—biedt deze functionaliteit een duidelijk voordeel. Een hoger dynamisch bereik betekent dat de signaalkwaliteit kan worden behouden, zelfs in complexe ruisomgevingen, en zorgt daarmee voor een betrouwbaardere databasis voor het systeem.

Tegelijkertijd stelt de bemonsteringsfrequentie van de CM2431 tot 1,8 MSPS een nauwkeurige registratie van hoogfrequente signalen mogelijk en ondersteunt oversampling. De uitstekende lineariteit (typische INL binnen ±2 LSB) zorgt ervoor dat het systeem na oversampling een uiterst hoge dynamisch bereik kan bereiken. Bijvoorbeeld met 1024× oversampling kan het dynamisch bereik toenemen tot ongeveer 131 dB, waardoor het systeem in staat is om tegelijkertijd uiterst zwakke en sterke signalen te registreren — wat resulteert in „geen vervorming van zwakke signalen” en „geen verzadiging van signalen met grote amplitude”. Deze techniek is een kernmethode in hoogwaardige meetsystemen en wordt veel gebruikt in toepassingen met zeer strikte eisen aan het signaal-ruisverhouding (SNR).

3. Uitstekende energie-efficiëntie voor verbeterde batterijlevensduur en thermische optimalisatie

Terwijl het een hoge prestatie behoudt, verlaagt de CM2431 het stroomverbruik met ongeveer 15% in vergelijking met de concurrerende AD4020. In systemen voor continue precisie-acquisitie zijn de gecumuleerde energiebesparingen aanzienlijk en kunnen direct worden omgezet in een langere batterijlevensduur van het apparaat, verminderde thermische ontwerpdruk en verbeterde algehele systeembetrouwbaarheid.

Conclusie

Kort samengevat levert de CM2431 dankzij zijn 20-bits resolutie en 1,8 MSPS samplefrequentie een hoge prestatie in combinatie met vereenvoudiging op systeemniveau, mogelijk gemaakt door Pre-Charge Input Driver-technologie, uitstekende lineariteit, superieure dynamisch bereik en verbeterde algehele energie-efficiëntie. Het biedt een zeer concurrerende oplossing voor precisie data-acquisitiesystemen.

Met een vereenvoudigd ontwerp en grotere integratiegemak helpt de CM2431 gebruikers het stroomverbruik en de complexiteit van het systeemontwerp te verlagen, de kanaaldichtheid te verhogen en een uitstekende algehele systeemprestatie te behouden.