24小時(shí)聯(lián)系電話:18217114652、13661815404
中文
技術(shù)專題
具有高ADC通道數(shù)的最佳傳感器集線器MCU選項(xiàng)
具有高ADC通道數(shù)的最佳傳感器集線器MCU選項(xiàng)
一位工業(yè)客戶要求我?guī)椭O(shè)計(jì)用于與大量傳感器接口的電路板的新版本。此處的目標(biāo)是將三個(gè)具有單獨(dú)功能和組件的板合并為一個(gè)板，以提供數(shù)據(jù)采集所需的所有接口。讓我開始思考一個(gè)傳感器集線器可能需要使用的MCU類型，以及單個(gè)MCU可以容納多少個(gè)通道。
事實(shí)證明，如果您購買了高性能MCU，則它們可以具有相當(dāng)數(shù)量的ADC，這些ADC具有相當(dāng)高的分辨率，是傳感器數(shù)據(jù)采集所需的。如果您不打算在非常低的信號電平和SNR值下構(gòu)建用于相干光學(xué)測量的控制板，則主要制造商將為您提供大量具有高I / O計(jì)數(shù)和高ADC通道數(shù)的MCU板的選擇。您可以在下一個(gè)傳感器集線器板或類似產(chǎn)品中使用以下選項(xiàng)。
傳感器MCU中的ADC通道數(shù)很高
模擬世界和數(shù)字世界之間的接口需要傳感器，而這些傳感器需要某種方式與板中的處理器接口。輸入一個(gè)多通道ADC，它將為您提供多個(gè)通道來收集和處理數(shù)據(jù)。如果您需要構(gòu)建占用空間小的系統(tǒng)，則可以使用帶有集成ADC的MCU。盡管在計(jì)算能力方面不是最強(qiáng)大的，但許多MCU都包含許多與其他數(shù)字組件和模擬傳感器接口所需的外圍設(shè)備。
具有大量ADC通道數(shù)的MCU在許多混合信號系統(tǒng)中為您提供了特殊的優(yōu)勢。而不是使用的外部多通道ADC，這里可能是您想使用的MCU具有高通道數(shù)的一些原因：
中等時(shí)鐘速率：具有高通道數(shù)ACD的MCU往往也具有較高的時(shí)鐘速率以提供所需的采樣率，因此它們還可以使用中等復(fù)雜的算法快速處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。
采樣率： ADC通道數(shù)較高的大多數(shù)16位或32位MCU仍提供?Msps采樣率。這樣可以精確感應(yīng)高達(dá)?MHz頻率的模擬信號。
外圍設(shè)備和接口：如果您的傳感器不需要直接連接到ADC，則MCU提供標(biāo)準(zhǔn)的低速接口來從其他外圍設(shè)備收集數(shù)據(jù)。
除了低速和高速接口，ADC通道數(shù)和時(shí)鐘/采樣率外，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要規(guī)范包括板載存儲(chǔ)器和功耗。對于功耗，您需要具有睡眠模式和條件喚醒控制的組件，因?yàn)檫@將有助于節(jié)省功耗。
最后，具有較高ADC通道數(shù)的MCU有時(shí)會(huì)將這些擴(kuò)展通道分布在多個(gè)并行運(yùn)行的ADC上，而不是具有所有可用通道的單個(gè)ADC。使用多個(gè)ADC可以實(shí)現(xiàn)交織，其中通過在每個(gè)ADC的輸出上施加相移來提高采樣率。換句話說，如果組件包含N個(gè)ADC，則交織可以使采樣率增加N倍。
一些ADC通道數(shù)較高的MCU
Microchip，PIC32MZ系列
Microchip的PIC32MZ系列MCU是該公司的嵌入式連接（EC）系列的一部分。這些組件最多可提供48個(gè)具有10位分辨率，1 MSPS的模擬通道以及獨(dú)立的外部ADC觸發(fā)源。32位ARM Cortex M4內(nèi)核的最高工作頻率為200 MHz。不同的封裝包含用于與外圍設(shè)備接口的范圍不同的I / O數(shù)量，以及標(biāo)準(zhǔn)接口（I2C / SPI / I2S）和EBI或PMP圖形接口。高速接口包括一個(gè)USB 2.0控制器以及帶有MII和RMII接口的10/100以太網(wǎng)MAC。
PIC32MZ系列內(nèi)核框圖。
STMicroelectronics，STM32F405xx和STM32F407xx
STMicroelectronics的STM32系列32位MCU可以說是市場上最受歡迎的MCU，僅次于Atmel MCU（以Arduino聞名）。STM32F405xx和STM32F407xx MCU包含3個(gè)嵌入式ADC，每個(gè)ADC具有16個(gè)通道和12位分辨率。在VDD = 3.0至3.6 V（60 MHz全功率時(shí)鐘速率）的情況下，采樣速率高達(dá)2.4 Msps和30 MHz閃存訪問。此外，這些組件中的ADC可以在交錯(cuò)模式下以7.2 Msps的速率運(yùn)行，具有24個(gè)通道。這兩個(gè)組件包含許多標(biāo)準(zhǔn)接口（SPI / I2C / UART），多達(dá)140個(gè)I / O，USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。
德州儀器（TI），TM4C123x系列
德州儀器（TI）的TM4C123x系列MCU包括多達(dá)24個(gè)ADC通道，具有12位分辨率，采樣率高達(dá)2 Msps。該組件運(yùn)行在ARM Cortex M4F內(nèi)核（時(shí)鐘頻率為120 MHz）上，具有高達(dá)1 MB的閃存和256 KB的內(nèi)部RAM。為了訪問外設(shè)和其他傳感器，其他接口包括UART，I2C，SPI和CAN以及40個(gè)PWM輸出。其中包括一個(gè)USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。該系列MCU的高采樣率，分辨率和ADC通道數(shù)使其成為車輛，工業(yè)設(shè)置，機(jī)器人技術(shù)和人機(jī)界面中傳感器節(jié)點(diǎn)的絕佳選擇。下面的TM4C123x系列框圖中顯示了功能的完整列表。
TM4C123x框圖。摘自TM4C123x MCU數(shù)據(jù)表勘誤表。
傳感器集線器設(shè)計(jì)的其他組件
除了實(shí)際的傳感器之外，您還需要在設(shè)計(jì)中使用其他組件來提供多個(gè)傳感器的穩(wěn)定感測。無線連接和網(wǎng)絡(luò)/計(jì)算接口也非常重要，因?yàn)閭鞲衅骷€器需要集成到更大的生態(tài)系統(tǒng)中。此外，您可以使用一些信號采集和調(diào)節(jié)組件來確保準(zhǔn)確的采集。
無線收發(fā)器（WiFi，藍(lán)牙等）
開關(guān)穩(wěn)壓器或LDO
用于低電平信號的放大器IC
MCU驅(qū)動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)包含廣泛的組件，您可以使用Octopart中的高級搜索和過濾功能來查找所需的零件。使用Octopart的電子搜索引擎時(shí)，您將可以訪問分銷商數(shù)據(jù)和零件規(guī)格，并且都可以在用戶友好的界面中免費(fèi)訪問它們。查看我們的線性集成電路頁面，找到您需要的組件。