全球热推荐:面向高精度测量 如何实现节能模数转换
作者:ADI现场应用工程师Thomas Brand
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。
使用Σ-Δ ADC进行信号转换
(资料图片)
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。
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。
将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。
图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
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。
图2.AD4003中的功率损耗作为采样速率的一个函数
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。
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。
关于ADI公司
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/cn。
关于作者
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。
您可能也感兴趣:
为您推荐
辽宁扩大缓缴社保费政策实施范围 补缴期间免收滞纳金
增额终身寿险成银保市场上的黑马 中途退保恐会损失保费
保险公司纷纷探索转型之路 聚焦细分业务、推出新产品
排行
最近更新
- 全球热推荐:面向高精度测量 如何实现节能模数转换
- 治疗白癜风的偏方有哪些?白斑用什么药膏最有效?
- 里程要任性,驾控要撒野,丰田双擎正是如你所愿的多能选择
- 淘米水洗脸有哪些好处?淘米水洗脸多久洗一次?
- 葵花籽仁的功效与作用有哪些?葵花籽吃了致癌是真的吗?
- 治疗脱发的偏方有哪些?脱发还能再长出来吗?
- 美容护肤小窍门有哪些?冬天不化妆用什么护肤品?
- 生南瓜子有什么功效?吃南瓜子能提高男性性功能吗?
- 胜牌——以创新型技术和产品驱动发展
- 鼎沙投资开发旗下占地934公顷新城——鼎沙湾项目破土动工
- 减肥蔬菜汁有哪些?晚上喝蔬菜汁可以减肥吗?
- 牙疼快速止疼偏方有哪些?晚上牙疼怎么止疼最快?
- 气管异物如何处理?支气管异物多久会引发炎症?
- 白醋洗头有哪些好处?盐水洗头发可以防脱发吗?
- 成年绵羊腿大概多少斤?
- 羊最瘦的部位?
- 羊肉哪个部位最嫩最好?
- 羊的步伐是怎样的?
- 滚动:羊肉前夹和羊背哪个好吃?
- 派盾:BitKeep钱包目前被盗资金价值达800万美元
- 多股涨停!酒店旅游强势崛起,嗅到了什么?A股整体上行,却有...
- 焦点关注:还在坚信“左眼跳财”“右眼跳灾”?眼皮频繁跳动...
- 全球热讯:年度"募资王"出炉,4家公司首发募资超百亿!今年IPO...
- 美白祛斑汤有哪些?什么中药可以淡化黑色素?
- 超5万部!杭州警方跨8省11市打掉一淫秽“黑色”产业链
- 今日要闻!重庆交巡警复工复产“七个办” 提档升温车驾管服务
- 侵财犯罪要警惕,安全防范别大意
- 环球热消息:“京东客服”喊你调利率?一男子被骗26万元
- 太子地产集团副总裁盛家谦当选柬埔寨中国江苏总商会副会长
- 世界快看点丨十年打造大型试验装置 哈工程让船海梦“飞天”...