德州仪器 (TI) 扩展了其高速数据转换器系列，新增了八个逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC) 系列，可在工业环境中实现高速数据采集。针对工业系统中的实时控制挑战，ADC3660 SAR ADC 具有 14 位、16 位和 18 位分辨率，采样速度范围为 10 到 125 MSPS，声称可将功耗降低 65%，将延迟降低 80%。竞争设备。

在新闻发布会上，TI 高速数据转换器产品线经理 Matt Hann 强调了工业系统对实时控制的需求，因此新 ADC3660 系列不仅在实时领域的重要性控制，而且在精度和高速方面。

到目前为止，设计工业系统的工程师不得不在噪声和低功耗方面的各种折衷方案之间做出选择——对于那些设计需要精确数据采集的电池供电设备的人来说，这是一个特别困难的决定。Hann 指出，ADC3660 系列旨在解决这些权衡和其他挑战，包括精度、尺寸和设计时间。

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“我们现在带来了以前没有的东西，是准确性、噪音、功率、尺寸和功能的结合，使这些设备很容易设计到系统中，”汉恩说。“市场上已经存在这种采样率的设备，但我们带来的是在该采样率和分辨率下更好的噪声性能，以及集成的数字功能和最低的功耗。”

实时数字控制

提高高速数据采集的准确性满足了对实时控制日益增长的工业需求。在这里，在高速数字控制环路中，ADC 在复杂系统中发挥作用，以响应快速的电压或电流变化，并有助于防止对电源管理系统中的关键组件造成代价高昂的损坏。

“当你谈论实时时，你会想到即时的东西，”汉恩说。因此，在实时控制系统中，在高精度和速度很重要的地方通常需要瞬时控制，例如热成像相机、网络基础设施、电能质量分析仪、等离子切割机和源测量单元，他补充说。

数字控制回路有四个关键部分，在高速环路 RX 中，有一个模拟信号链将数据带到 ADC，在这种情况下是ADC3664，由 FPGA、实时微控制器 (MCU) 甚至 DSP 处理，并且信息由 DAC 获取并转换回负载，Hann 说。“发生这种情况所需的总时间是通过我们所说的延迟来衡量的。因此，在过去，只有模拟控制环路才能实现低延迟，因为您不必受限于 ADC 的采样率，甚至是 ADC 的噪声进行精确测量，”Hann 说。

TI 的新型 ADC 提供纳秒级延迟，不仅提供实时控制，还提供设计灵活性。“使数字控制器具有灵活性的是 ADC3664 提供的可编程性，”Hann 说。

实时可调性和可编程性允许终端设计人员通过简单地更改软件中的一些参数来定制一个可以适应多种应用的系统，Hann 说。“这为最终设计带来了灵活性，并为最终客户节省了大量成本。”

SAR ADC

Hann 重点介绍了新系列 ADC 中的一些器件，其中包括 8 个采用单通道或双通道配置的引脚对引脚兼容器件，在 14 位、16 位和 18 位分辨率等级范围内从 10 到 125 MSPS . 根据器件的不同，该系列可以在最低功耗下提供高达 80% 的实时控制延迟和一流的动态范围，以及使设计变得非常容易的集成功能和高采样频率，他说。

一个例子是ADC3683，TI 声称它是业界最快的 18 位 ADC。“ADC3683 是一款 65MSPS、18 位双通道 ADC，它的采样速度是最接近的竞争 18 位器件的四倍，通道密度是其两倍，”Hann 说。“它提高了窄带频率应用中的噪声性能，例如便携式国防无线电，信噪比 (SNR) 为 84.2 dB，噪声频谱密度为 -160 dBFS/Hz。此外，它在每通道 94 mW 的情况下消耗更少的功率，并支持高精度数据采集系统，例如源测量单元和其他类型的手持仪器，”Hann 说。

125-MSPS、14 位、双通道 ADC3664(如前所述)是另一种变体，它提供低延迟(1 个时钟，8 ns)，有助于保护关键组件并提高半导体制造系统等应用中的工具精度。该器件的超低延迟使各种工业系统中的高速数字控制回路能够更准确地监控和响应电压和电流尖峰。

Hann 表示，这种特定变体的延迟降低了 80%，低于具有类似速度的竞争设备，包括 SAR 和流水线架构 ADC。

在低功耗方面，65-MSPS、16 位 ADC3660 以 82 dBFS SNR 提供超低噪声，提高了声纳应用中的图像分辨率，同时功耗(每通道 71 mW)比同等竞争设备低 65% ，汉恩说。

“对于像声纳这样功耗降低 65% 的应用来说，它是一款非常引人注目的设备，而且 65-MSPS、16 位双通道使其非常理想，并且由于功耗低，通常可以消除路径中的额外信号链组件消费，”他说。“消除信号链路径还可以降低整体系统功耗。”

降低设计复杂性

ADC3660 系列的高采样率和集成功能可帮助设计人员减少系统中的组件数量。例如，ADC3683 允许过采样，从而将谐波推离所需信号的距离更远。这使设计人员能够将抗混叠滤波器的复杂性和系统中的组件数量减少多达 75%。

降低设计复杂性的其他系列特性包括片上抽取选项，允许设计人员消除系统中不需要的噪声和谐波，并将 SNR 和无杂散动态范围提高多达 15 dB。这些抽取选项和 CMOS 接口允许设计人员将这些 ADC 与基于 Arm 的处理器或 DSP 一起使用，而不是 FPGA，这有助于降低系统成本。

“我们将计算功能从处理器引入 ADC，这通过基于 Arm 的处理器或 DSP 降低了系统成本，并且通过能够将处理器资源用于其他任务来增加系统功能，”Hann 说.

ADC3563、ADC3583、ADC3643、ADC3660、ADC3663、ADC3664 和 ADC3683 器件现已从 TI 提供，采用 5 × 5 毫米超薄方形扁平无引线 (WQFN) 封装。ADC3541 的预生产版本现已仅在 TI.com 上提供，预计将于 2022 年第一季度量产。TI 现已提供评估模块，价格为 249 美元。

关键词： 实时控制 设计人员 数字控制