（赵法彬/数字通信世界）为了减小印刷电路板的尺寸并降低物料清单成本，设计人员希望使用数字逻辑/知识产权（IP）替换模拟电路，具有集成式数字滤波功能的高速SAR数据转换器非常适合各种各样的工业应用。日前，德州仪器（TI）扩充了其高速数据转换器产品系列，推出了一系列全新的逐次逼近寄存器（SAR）模数转换器（ADC），它们可在工业设计中实现高精度数据采集。

TI高速数据转换器产品线经理Matthew Hann
 

当今工业系统需要实时控制

TI高速数据转换器产品线经理Matthew Hann表示，实时控制在工业系统的应用非常重要，因为它可以让人们在第一时间有效地知道运行中的工业设备现在到底发生了什么状况，从而及时作出保护措施，避免伤害的产生。热像仪、电网基础设施、电能质量分析监测、切割机以及源测量单元等应用都需要实时的控制。实时控制在热像仪中可以监控过热事件，并对其作出响应；在电网基础设施中，可以防止负载的电网系统出现故障；在电能质量分析仪中，可以通过过流保护防止受损；在等离子切割机中，可以实现快速控制和调整来提高蚀刻精度；在源测量单元中，可以实现快速、高精度的测量来进行精确测试，等等。

那么，如何实现实时控制呢？Matthew Hann认为超低延迟可以实现高速数字控制环路，而通过数字控制环路就可以实现实时控制。他进一步解释说，数字控制环路就是把外界的物理量（光、热等信号），通过LNA放大器进到ADC做很精准且很快速的取样，然后到DSP做一些数字控制。如今工业系统有很多需要实时监控和反应的情况，就要求机器既快又准，这是一个非常大的挑战。TI ADC3664可以做到高精度、高安全、高可靠与高效率，而且它在工作时功耗是相对比较低的，再加上它快速的控制，可以让机器及时地反应。提高高速数据采集精度满足了工业系统对实时控制日益增长的需求。在高速数字控制环路中，ADC在复杂系统中监控电压或电流的快速变化并对其作出响应，有助于防止电源管理系统中的关键元件受损而浪费成本。随着工业系统中数据密集型任务数量的增加，系统需要通过快速决策来防止出现系统故障，这增加了对更快速度和更高精度的需求。

如今，工业设计过程中面临的挑战越来越多而且复杂：在准确度方面，系统需要能够准确监控电压和电流的快速变化并对其作出响应；在噪声方面，更高的动态范围使系统能够检测低电平信号，从而提高信号采集的精度；在功耗方面，改善噪声性能通常伴随着功耗增加；在尺寸方面，系统尺寸越来越小，设计人员需要将更多的通道和功能集成到更小的布板空间内；在设计时间方面，处理器配置和滤波器设计会增加系统成本，并需要数周的开发时间。

Matthew Hann说，工业系统未来是往便携式、微型化以及节能省电的方向发展。产品的功耗小，其待机使用时间就变长，使得产品更有竞争力；器件尺寸做得越小，在应用上面就越方便设计；器件功能强大且完美，可以帮助缩短客户的开发时间，等等，都是我们需要考虑的问题。在许多工业应用中，高精度和高速度非常重要，全新ADC系列可以实现的一个关键特性是通过数字控制环路进行实时控制。在监控过电压和过电流的闭环系统中，实时控制允许系统在故障条件发生时通过关闭系统来快速响应。这不仅可以保护系统，还可防止对昂贵部件的损坏。与此特别相关的一些应用包括热像仪、电网基础设施、电能质量分析仪、等离子切割器和源测量单元。TI提供完整的引脚兼容ADC系列，使设计人员可以更容易地根据最佳噪声性能、分辨率、采样速率、延迟和功耗选择器件，规格的组合取决于应用。

 

全新SAR ADC系列满足需求

TI本次推出的全新SAR ADC系列可在工业设计中实现高精度数据采集。Matthew Hann表示，TI新的产品ADC3660系列可以克服前面提到的挑战。该产品包含8款采用单通道和双通道配置，具有14、16和18位分辨率的10-125 MSPS的引脚对引脚兼容器件。这可以给予工程师非常大的灵活度，可以根据目前所面临到的挑战与需要处理的问题来选择最适当的器件去应用在设计上。设计结束后不用再重新改变本来的线路图，只需要更换不同性能的IC，相同或类似相同等级的器件就可以解决当下要处理的问题。所以设计可以变简单，并且相融性会更好，同时还可以缩短开发时间。当然，这也搭配上我们的ADC3660实时控制的特性，使得延迟非常短。总之，可以达到非常低的延迟、低功耗以及低动态范围。

全新SAR ADC系列具有三大特性：一是在数字控制环路中通过更快的响应时间保护工业系统。ADC3660系列在类似速度下的延迟比同类器件低80%。例如，系统设计人员使用125MSPS、14位、双通道ADC3664，可实现一个时钟（8ns）的ADC延迟。该系列的超低延迟使各种工业系统中的高速数字控制环路能够更准确地监控电压和电流峰值并对其作出响应，从而提高在半导体制造等应用场景中的工具精度。二是在超低功耗下实现业界先进的噪声性能。ADC3683（业界超快的18位、65MSPS ADC）可提高便携式国防无线电等窄带频率应用的噪声性能，它可提供84.2dB的信噪比（SNR）和-160dBFS/Hz的噪声频谱密度，同时保持每通道94mW的低功耗。10MSPS、14位ADC3541的总功耗为36mW，可简化热管理并延长GPS接收器或手持电子设备等功率敏感型应用的电池寿命。65MSPS、16位ADC3660可提供82dBFS SNR，从而提高声纳应用中的图像分辨率，而且功耗比同类器件低65%（每通道71mW）。三是利用集成特性和高采样频率降低设计复杂性。ADC3660系列的高采样速度和集成特性可帮助设计人员减少其系统中的元件数量。可降低设计复杂性的其他系列特性包括片上抽取选项，设计人员可通过该选项轻松去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至15dB。此外，带有复杂数控振荡器的集成数字降压转换器可减少所需的处理器资源。

Matthew Hann强调，我们在定义一个新的产品时，需要倾听客户的心声，了解客户的需求是什么。ADC3660的工作温度介于-40°C至105°C之间。此外，在高噪声环境中（例如使用开关电源），设计人员可以选择SLVDS接口，该接口的鲁棒性更佳，不受噪声尖峰的影响，而且ADC本身的输入为全差分输入，更容易抑制和过滤所需输入信号中的外部噪声。

ADC3660系列同时具备了高精准度和低噪声、及时性与低功耗，可以让工程师非常方便自由地去针对应用及困难，选择一颗适合的物料，在设计上可能只需要做稍微修改，就可以让产品更快投产，并使产品的性能在业界领先。Matthew Hann说，工程师需要知道在设计产品时如何使用器件、如何缩短开发时间、简单方便而且灵活地去开发。我们产品的功能特殊之处就是，可以把想要处理的数据送到后端的FPGA处理器或者DSP，这样就可以大大降低后端的处理时间、降低频宽。从而让设计者在进行数据处理方面有更多灵活性，更容易去找到想要的结果与目标。同时因为我们集成了很多功能在里面，可以降低产品开发成本，大大提升竞争力。TI本次推出的系列产品可以达到高稳定性，ADC分辨率可以做到32位，也有一些产品ADC和DAC可以应用在医疗领域，或者是一些需要高度集成的场景与应用。总之，TI在数模/模数转换器的产品布局是非常完整的，而且性能上是非常有竞争力的，可以帮助业界解决遇到的难题。