广告

面向高精度测量 如何实现节能模数转换

2022-12-26 15:41:32 ADI现场应用工程师Thomas Brand 阅读:
本文介绍了一种用于高精度测量应用的低功耗模数转换器(ADC)解决方案,即SAR-ADC或Σ-Δ ADC。因为在低功耗应用中,节省的每一毫瓦都将是有用的。

电气工程中的一个典型应用是通过传感器记录物理量并转发给微控制器进行深入处理。此过程需要使用ADC将模拟传感器输出信号转换为数字信号。ADI在本文介绍了一种用于高精度测量应用的低功耗模数转换器(ADC)解决方案,即SAR-ADC或Σ-Δ ADC。因为在低功耗应用中,节省的每一毫瓦都将是有用的。oC3ednc

使用Σ-Δ ADC进行信号转换

与SAR-ADC相比,Σ-Δ ADC有一些优势。首先,它们通常具有更高的分辨率。此外,它们通常与可编程增益放大器(PGA)和通用输入/输出(GPIO)集成。因此,Σ-Δ ADC非常适合直流和低频高精度信号调理和测量应用。但是,由于固定过采样速率较高,Σ-Δ ADC通常功耗更高,在电池供电的应用中,会导致使用寿命缩短。oC3ednc

如果输入电压很小(即在毫伏范围内),则必须先放大输入电压,以便ADC更轻松地进行管理。需要使用PGA模拟前端(AFE)连接小于10mV输出的电压。例如,为了将桥式电路的小电压连接到具有2.5V输入范围的Σ-Δ ADC,PGA必须具有250的增益。但是,由于噪声电压也被放大,这会导致ADC输入端的噪声变大。24位Σ-Δ ADC的有效分辨率因此被大幅降低到12位。不过,在某些情况下,无需使用ADC中的所有码值,有时进一步放大也无法再改善动态范围。Σ-Δ ADC的另一个缺点是,由于其内部复杂性,通常成本较高。oC3ednc

SAR-ADC与仪表放大器相结合的好处

一种同样准确但更经济和更高效的替代方案是将SAR-ADC与仪表放大器相结合,如图1所示。oC3ednc

oC3ednc

1.显示简化桥式测量电路与仪表放大器和SAR-ADC相结合的示意图oC3ednc

SAR-ADC的功能可分为两个阶段:数据采集阶段和转换阶段。基本上,在数据采集阶段,电流消耗很低。大多数SAR-ADC甚至会在转换间隙断电。转换阶段汲取的电流最多。功耗取决于转换率,并与采样速率成线性比例关系。对于针对慢速响应测量(即测量的量变化缓慢的测量,例如温度测量)的节能应用,应使用低转换率来保持电流汲取,从而降低损耗。图2显示了AD4003在不同采样速率下的功率损耗。在1kSPS时,功率损耗约为10µW;在1 MSPS时,已增加至10mW。oC3ednc

oC3ednc

2.AD4003中的功率损耗作为采样速率的一个函数oC3ednc

与这种慢速测量相比,Σ-Δ ADC具有过采样的优势,同时使用比输出速率高得多的内部振荡器频率。这使设计者能够将采样优化为速度较快、噪声性能较差;或者速度较低,而滤波、噪声整形(将噪声移至感兴趣测量区域之外的频带)及噪声性能较好。不过,这意味着与SAR-ADC相比,Σ-Δ ADC的功耗要高得多。许多Σ-Δ ADC的有效分辨率和无噪声分辨率均在其数据手册中有所提及,因此很容易比较权衡。oC3ednc

结论

Σ-Δ ADC与PGA的组合以及SAR-ADC与仪表放大器的组合都适用于高精度测量应用中的信号转换。这两种解决方案的准确性差不多。不过,对于节能或电池供电的测量应用,SAR-ADC与仪表放大器的组合更好,与由PGA和Σ-Δ ADC组成的解决方案相比,其功耗和成本更低。此外,具有高增益的PGA通常会限制性能,因为噪声也会被放大。本文仅介绍了一种适用于SAR-ADC的可行解决方案。还有更多的集成解决方案,例如AD7124-4/AD7124-8等集成PGA的Σ-Δ ADC。oC3ednc

# # #oC3ednc

关于ADI公司oC3ednc

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司,致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁,以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案,推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展,应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元,全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户,ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息,请访问www.analog.com/cnoC3ednc

关于作者oC3ednc

Thomas Brand于2015年加入德国慕尼黑的ADI公司,当时他还在攻读硕士。毕业后,他参加了ADI公司的培训生项目。2017年,他成为一名现场应用工程师。Thomas为中欧的大型工业客户提供支持,并专注于工业以太网领域。他毕业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业,之后在德国康斯坦茨应用科学大学获得国际销售硕士学位。oC3ednc

责编:Franklin
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 如何避免音频信号处理中的常见错误 音频信号处理产品的设计和编码软件有其独特的挑战。那么,开发人员最常犯的错误是什么?如何避免这些错误呢?
  • 出色的音频性能如何实现? 即插即用的数字D类放大器少 新一代即插即用的数字D类音频放大器的性能远远优于传统的模拟D类放大器。更重要的是,数字D类放大器还具有低功耗、低复杂性、低噪声和低成本的优势。
  • 苹果全方位布局VR/AR专利,头显设备未来可期 苹果近期不断更新的专利信息所涉及的AR/VR相关技术,透露出了苹果对首款头显产品的重视。
  • 简化嵌入式ADC的测试 几年前,我需要一个快速、低频而又失真极低的源来测试板载微控制器(MCU) ADC,看它是否具有数据手册中所说的有效位数(ENOB)和线性度。虽然可以构建分立式振荡器电路,但这种模拟方法很繁琐,绝不能实现快速设置。这让我开始思考专业音频分析仪如何实现它们的源。
  • 拆解:亚马逊第四代Echo Dot有哪些设计改进? 亚马逊推出第四代Echo Dot时专注于提高音频质量,因此我必须要为自己购买一个,专门用于拆解目的。我怀疑第四代Echo Dot的体积比其前身更大意味着扬声器后面有更大的声学悬架腔体,这是亚马逊声称以低音为中心的声波改进的根本原因。
  • 苹果自研“失败”,iphone15将继续使用高通5G基带 根据DigiTimes的一份报告,iPhone15系列将继续采用高通5G调制解调器,因为苹果仍在继续开发自家的定制芯片。
  • 误差矢量幅度(EVM)测量怎样提高系统级性能 大多数射频工程师都会接受有关大量射频性能参数的培训,例如噪声系数、三阶截取点和信噪比。了解这些性能参数对整体系统级性能的综合影响可能极具挑战性。EVM不评估多个单独的性能指标,而是反映整个系统的概况。在本文中,ADI将分析较低水平的性能参数如何影响EVM,并研究一些将EVM用于器件系统级性能优化的实际示例。同时展示如何实现比大多数通信标准目标低15dB之多的EVM。
  • 我国利用磁光力混合,实现可调谐微波—光波转换 据科技日报消息,中国科学技术大学郭光灿院士团队的董春华教授研究组将光力微腔与磁振子微腔直接接触,证明该混合系统支持磁子—声子—光子的相干耦合,进而实现了可调谐的微波—光波转换。
  • 数字电容器 IC 如何简化天线调谐? 天线调谐要求的源阻抗和负载阻抗共轭匹配,从无线技术诞生开始一直延续至今,而今已经演变成一种新的、更具挑战性的形式。
  • 如何在高压应用中利用反相降压-升压拓扑 对于需要生成负电压轨的应用,可以考虑多种拓扑结构,如“生成负电压的艺术”一文所述。但是,如果输入和/或输出端的绝对电压超过24V,并且所需的输出电流可以达到几安,则充电泵和LDO负压稳压器将会因其低电流能力被弃用,而其电磁组件的尺寸,会导致反激式和Ćuk转换器解决方案变得相当复杂。因此,在这种条件下,反相降压-升压拓扑能在高效率和小尺寸之间达成较好的折衷效果。
  • 利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器 当涉及到药品时,“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况,例如古老的CD4013B双D CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件,但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。
  • 意法半导体发布车规音频功放芯片,为紧急救援、远程信 FDA803S和FDA903S是意法半导体FDA(纯数字放大器)系列中最新的单通道全差分10W D类音频功率放大器。目标应用包括紧急道路救援、远程信息处理等需要音频通道产生最高10W标准输出功率的语音、音乐或提示消息的任何汽车系统。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了