20-битный АЦП 1,8 MSPS CM2431 против AD4020: двойная гарантия высокой производительности и простоты использования

В высоком классе применение в таких областях, как промышленные датчики, прецизионные приборы и медицинское оборудование, системы сбора данных сталкиваются с чрезвычайно жесткими требованиями производительности. Высокоточные SAR АЦП играют центральную роль в этих системах. Помимо высочайшей производительности и долгосрочной надежности, АЦП, разработанная с учетом удобства использования на основе опыта проектирования клиента, обеспечивает более высокую общую конкурентоспособность.

CM2431 — это 20-битный АЦП последовательного приближения с частотой дискретизации до 1,8 MSPS. По сравнению с международным конкурентом AD4020, CM2431 обеспечивает эталонный уровень отношения сигнал/шум и надежность в широком диапазоне температур, а также отличную линейность, при этом интегральная нелинейность составляет всего ±1,5 ppm. Кроме того, он обеспечивает более широкий динамический диапазон и более эффективное энергопотребление.

В отличие от традиционных АЦП последовательного приближения, CM2431 интегрирует множество удобных функций, которые обеспечивают большую гибкость проектирования, решают прикладные задачи и помогают пользователям достичь более высокой производительности системы, одновременно упрощая конструкцию и снишая стоимость и энергопотребление.

1. Удобные функции обеспечивают упрощение проектирования

Предварительный драйвер входного сигнала упрощает интеграцию в систему

CM2431 использует технологию драйвера предварительного входа, которая уменьшает обратный сигнал, вызванный внутренней архитурой переключаемых конденсаторов в начале выборки, что значительно облегчает работу с АЦП и фундаментально упрощает проектирование системы. На рисунке 2 показано изменение аналогового входного тока CM2431 в зависимости от дифференциального входного напряжения при включенном и выключенном драйвере предварительного входа. Даже при выключенном драйвере низкий входной ток CM2431 уже делает его более простым в управлении по сравнению с традиционными АЦП последовательного приближения. При включении входной аналоговый ток снижается до уровня субмикроампер, обеспечивая превосходные характеристики управления. Эта технология была подана под патентную защиту на изобретение.

Моделировать дифференциальный входной ток

При включении входного драйвера предварительной зарядки пользователи могут напрямую подключать АЦП к прецизионным усилителям с низким энергопотреблением и низкой полосой пропускания, используя фильтры с более низкими частотами среза RC, без необходимости применения дорогостоящих специализированных высокоскоростных драйверов АЦП. Это упрощает проектирование периферийных цепей. В приложениях с высокой точностью и низкой полосой пропускания данный подход значительно снижает энергопотребление, габариты и общую стоимость системы.

Основные преимущества включают:

1. Снижение сложности входной части и значительное понижение требований к производительности внешних драйверных схем;

2. Снижение стоимости компонентов, уменьшение площади печатной платы и упрощение выбора компонентов и проектирования;

3. Сниженное энергопотребление и повышенная степень интеграции на уровне системных решений.

Кроме того, драйвер входного сигнала предварительной зарядки позволяет выбирать усилитель с передней панелью и RC-фильтр в зависимости от полосы частот сигнала, представляющего интерес, а не исходя из требований ко времени установления входов АЦП SAR с переключаемыми конденсаторами. Это также улучшает показатели коэффициента нелинейных искажений и снижает аналоговый входной ток для входных сигналов ниже 100 кГц.

Схема защиты с ограничителем упрощает проектирование драйвера

Встроенные диоды ограничения перенапряжения и режим сжатия диапазона дополнительно упрощают проектирование входного каскада. Ранее для достижения хорошей производительности драйверы АЦП часто требовали дополнительного отрицательного напряжения питания. В то же время положительная шина питания усилителя-драйвера зачастую превышала допустимые пределы напряжения SAR АЦП, что требовало установки дополнительной защитной схемы. CM2431 оснащена защитой с ограничением, расширенной на 0,4 В выше VREF, а её режим сжатия диапазона устраняет необходимость в отрицательном источнике питания при сохранении входного диапазона. Эти особенности значительно упрощают проектирование драйвера.

Кроме того, разработка цифрового интерфейса и отладка драйверов для высокоскоростных, высокоточных товары cM2431 Турбо режим увеличивает время передачи данных о результатах преобразования, позволяя использовать более низкие частоты тактирования SPI.

2. Высокий динамический диапазон для точного выделения слабых сигналов

CM2431 обеспечивает высокий динамический диапазон в 102 дБ, что позволяет точно различать слабые различия сигналов. В приложениях с чрезвычайно высокими требованиями к сбору данных — таких как обработка сигналов, медицинская визуализация, научные измерения и связь — данная возможность предоставляет очевидное преимущество. Более высокий динамический диапазон означает, что целостность сигнала может быть сохранена даже в условиях сложных шумовых воздействий, обеспечивая более надежную основу данных для системы.

Одновременно с этим частота выборки CM2431 до 1,8 MSPS позволяет точно захватывать высокочастотные сигналы и поддерживает режим апера-дискретизации. Отличная линейность (типичное значение INL в пределах ±2 МЗР) обеспечивает чрезвычайно высокий динамический диапазон системы после апера-дискретизации. Например, при апера-дискретизации 1024× динамический диапазон может быть увеличен до приблизительно 131 дБ, что позволяет системе одновременно захватывать как чрезвычайно слабые, так и сильные сигналы — достигая «отсутствия искажений слабых сигналов» и «отсутствия насыщения сигналов с большой амплитудой». Этот метод является ключевым в системах прецизионного сбора данных и широко применяется в приложениях с крайне жёсткими требованиями к соотношению сигнал/шум (SNR).

3. Высокая энергоэффективность для увеличения срока службы батареи и оптимизации тепловыделения

При сохранении высокой производительности CM2431 снижает энергопотребление на приблизительно 15 % по сравнению с конкурирующей моделью AD4020. В системах непрерывного сбора данных высокой точности суммарная экономия энергии оказывается значительной и может быть напрямую преобразована в увеличение срока службы батареи устройства, снижение нагрузки на тепловую конструкцию и повышение общей надежности системы.

Заключение

В итоге, с разрешением 20 бит и частотой выборки 1,8 MSPS, CM2431 обеспечивает высокую производительность в сочетании с упрощением на уровне системы, обеспечиваемым технологией Pre-Charge Input Driver, отличной линейностью, превосходным динамическим диапазоном и повышенной общей энергоэффективностью. Он предлагает высококонкурентное решение для систем высокоточного сбора данных.

Благодаря упрощенному дизайну и повышенной удобности интеграции, CM2431 помогает пользователям снизить энергопотребление и сложность проектирования системы, увеличить плотность каналов и поддерживать превосходные показатели общей производительности системы.