EN
20-bit 1,8 MSPS ADC CM2431 vs. AD4020: Dubbel säkerställning av hög prestanda och enkel användning
I högkvalitativa ansökan inom områden som industriell sensning, precisionssinstrumentering och medicinsk utrustning står datainsamlingssystem inför extremt stränga prestandskrav. Högprestandss SAR-adomvandlare (ADC) spelar en central roll i dessa system. Utöver yttersta prestand och långsiktig tillförlitlighet erbjuder en ADC som är genomtänkt för enkel användning—baserat på kundens designupplevelse—en starkare helhetskonkurrenskraft.
CM2431 är en 20-bit SAR-ad omvandlare med en samplingsfrekvens på upp till 1,8 MSPS. Jämfört med den internationella konkurrenten AD4020 erbjuder CM2431 nivåer av signal-till-brusförhållande och driftsäkerhet vid breda temperaturintervall som matchar branschstandard, samt utmärkt linjäritet med en integrerad icke-linjäritet så låg som ±1,5 ppm. Dessutom erbjuder den ett bredare dynamiskt omfång och mer effektiv effektförbrukning.
Till skillnad från traditionella SAR-adomvandlare integrerar CM2431 flera användarvänliga funktioner som ger större designflexibilitet, hanterar applikationsutmaningar och hjälper användare att uppnå högre systemprestanda samtidigt som designen förenklas och kostnaden samt effektförbrukningen minskas.
1. Användarvänliga funktioner möjliggör förenklad design
Förinkopplingsdrivrutin förenklar systemintegration
CM2431 använder en förinmatningsteknik (Pre-Input Driver) som minskar signalkickback orsakat av den interna switchade kondensatorarkitekturen vid början av sampling, vilket gör AD-omvandlaren avsevärt lättare att driva och i grunden förenklar systemdesignen. Figur 2 illustrerar variationen av CM2431:s analoga ingångsström i förhållande till differentiell ingångsspänning med för-laddningsingångsdrivare aktiverad respektive inaktiverad. Även när den är inaktiverad gör CM2431:s låga ingångsström det lättare att driva jämfört med traditionella SAR-AD-omvandlare. När den är aktiverad minskas den analoga ingångsströmmen till submikroampere-nivå, vilket möjliggör överlägsen drivprestanda. Denna teknik har ansökts om uppfinningspatent skydd för.
Simulera differentiell ingångsström med ingång
När för-laddningsindgangsstyraren är aktiverad kan användare direkt styra ADC:n med låg-effekt, låg-bandbredd precisionsförstärkare kombinerade med lägre RC-filterförgränsningsfrekvenser, utan behov av dyra specialbyggda höghastighets-ADC-styrare. Detta förenklar designen av periferiakretsen. I precisionstillämpningar med låg bandbredd minskar denna metod betydligt systemets effektförbrukning, storlek och totala kostnad.
Några av de viktigaste fördelarna inkluderar:
Minskad komplexitet i front-end och betydligt lägre prestandskrav för externa styrkretsar;
Lägre BOM-kostnad, minskat PCB-område och förenklad komponentval och design;
Lägre effektförbrukning och högre integrering för lösningar på systemnivå.
Dessutom gör Pre-Charge Input Driver att förstärkaren i framänden och RC-filtret kan väljas baserat på önskad signalbandbredd, snarare än att vara begränsade av uppnåendeav tidskraven hos omkopplande kapacitiva SAR-ADC-ingångar. Den förbättrar också THD-prestanda och minskar analog ingångsström för ingångssignaler under 100 kHz.
Klämningsskyddskrets förenklar drivrutinens design
Integrerade överspänningsklamppdioder och en komprimeringsläge för omfång ytterligare minskar svårigheten av framledes drivrutningsdesign. Tidigare krävde ADC-drivrutningar ofta en extra negativ förspänning för att uppnå god körningsprestanda. Samtidigt överskred den positiva förspänningsrailens på förstärkaren ofta spänningsgränserna för SAR ADC, vilket krävde extra skyddskretsar. CM2431 har klammskydd som sträcker sig 0,4 V utanför VREF, och dess komprimeringsläge eliminerar behovet av en negativ förspänning samtidigt som inomgångsområdet bibehålls. Dessa egenskaper förenklar drivrutningsdesignen avsevärt.
Dessutom har digitala gränssnittsdesign och drivrutningsfelsökning för höghastighets, högupplösta produkter cM2431:s Turbo-läge förlänger överföringstiden för konverteringsresultat, vilket tillåter användning av lägre SPI-klockfrekvenser.
2. Bättre dynamiskt omfång för exakt fångst av svaga signaler
CM2431 erbjuder ett högt dynamiskt omfång på 102 dB, vilket möjliggör fin urskiljning av svaga signaldifferenser. I tillämpningar med extremt krävande krav på datainsamling—såsom signalbehandling, medicinsk avbildning, vetenskaplig mätning och kommunikation—ger denna funktion en klar fördel. Ett högre dynamiskt omfång innebär att signalkvaliteten kan bibehållas även i komplexa brusmiljöer, vilket ger ett mer tillförlitligt datautbyte för systemet.
Samtidigt gör CM2431:s samplingsfrekvens på upp till 1,8 MSPS att högfrekventa signaler kan registreras med hög precision och stödjer översampling. Den utmärkta linjäriteten (typisk INL inom ±2 LSB) säkerställer att systemet kan uppnå en extremt hög dynamikomfång efter översampling. Till exempel kan dynamikomfånget öka till ungefär 131 dB vid 1024× översampling, vilket gör att systemet kan registrera både extremt svaga och starka signaler samtidigt – och därmed uppnå ”ingen förvrängning av svaga signaler” och ”ingen mättning av stora amplitudsignaler”. Denna teknik är en kärnmetod i högpresterande datainsamlingsystem och används brett inom tillämpningar med mycket stränga krav på signalmottagningsförhållande (SNR).
3. Utmärkt energieffektivitet för förlängd batteritid och förbättrad termisk prestanda
Samtidigt som det bibehåller hög prestanda minskar CM2431 strömförbrukningen med ungefär 15 % jämfört med konkurrenten AD4020. I system för kontinuerlig avkänning med hög precision är den ackumulerade energibesparingen betydande och kan direkt översättas till längre batterilektion, minskat termiskt designtryck och förbättrad helhetsprestanda.
Slutsats
Sammanfattningsvis levererar CM2431 tack vare sin upplösning på 20 bitar och en samplingshastighet på 1,8 MSPS hög prestanda kombinerat med förenklad systemnivå möjliggjord av Pre-Charge Input Driver-teknik, utmärkt linjäritet, överlägsen dynamiskt omfång och förbättrad total energieffektivitet. Det erbjuder en mycket konkurrenskraftig lösning för datainsamlingsystem med hög precision.
Med en förenklad design och större integrationskomfort hjälper CM2431 användare att minska strömförbrukningen och systemdesignens komplexitet, öka kanaldensiteten och bibehålla utmärkt helhetsprestanda.
