智能工業(yè)促使芯片變革

　　高精度需要重新定義

　　對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，其實(shí)高精度不僅僅是采樣速度非?？?，數(shù)據(jù)分辨率越來(lái)越高，這兩個(gè)的確是個(gè)非常重要的指標(biāo)，但實(shí)際還有很多其他的指標(biāo)來(lái)代表ADC的高精度，例如高精度還體現(xiàn)在直接對(duì)電感信號(hào)的測(cè)量。TI中國(guó)區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理宋浩然介紹說(shuō)，TI首款電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器LDC1000，以及在LDC1000之后的LDC1041、LDC1051等產(chǎn)品，特點(diǎn)是直接把電感轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，完成中間沒(méi)有轉(zhuǎn)換動(dòng)作的產(chǎn)生，這樣從速度、精度、可靠性上大幅度提升。

　　TI還有超小型12V SAR ADC——DS7042，看起來(lái)好像只有12位，速度似乎也不是很快，但其賣(mài)點(diǎn)是超小型，另外一個(gè)賣(mài)點(diǎn)是功耗非常低，應(yīng)該是整個(gè)業(yè)界功耗最低的一款12位的ADC。

　　因?yàn)樽罱K產(chǎn)品考量的是綜合性指標(biāo)，要想綜合性指標(biāo)達(dá)到非常高的水平，其實(shí)是非常難的。例如TI最新的ADC3k以及ADS8688，拿出某個(gè)單一指標(biāo)，并不是行業(yè)最高的，但看綜合性指標(biāo)，比如ADC3k速度只有160MHz，業(yè)界上GHz采樣率的產(chǎn)品都有，但看它綜合性指標(biāo)，比如位數(shù)最高可以到14位;它的體積最小是7×7mm，通道只有200mA/通道，綜合去看這個(gè)芯片的指標(biāo)就會(huì)提高很多。

　　ADS8688速度不快，只有500k SPS采樣率，精度16位，這兩個(gè)指標(biāo)在TI現(xiàn)有產(chǎn)品里不是最高的，TI最高有18位ADC，也有上MSPS的ADC。但ADS8688的賣(mài)點(diǎn)，可以用單5V電源，從而可以把±15V的雙電源省掉，包括直流指標(biāo)、交流指標(biāo)、溫漂都已經(jīng)達(dá)到行業(yè)最高點(diǎn)，這放在ADC去看的話，它的位置馬上就會(huì)提高很多。

　　因此，不能追求某個(gè)單一的極高指標(biāo)數(shù)字，而要追求整體性能的提高。

　　分立ADC器件vs帶ADC功能的MCU

　　另外，現(xiàn)在一個(gè)趨勢(shì)是：越來(lái)越多的MCU和SoC里也集成了ADC，位數(shù)和速度越來(lái)越高。它們能否代替分立ADC器件?宋浩然承認(rèn)，的確，包括TI的很多MCU也集成了比特?cái)?shù)、速度越來(lái)越高的ADC。

　　不過(guò)，現(xiàn)在MCU里集成ADC可能是16位，SAR ADC可以達(dá)到1MSPS或幾百kSPS，它的效果達(dá)到的是什么呢?可能是分辨率。在業(yè)內(nèi)，分辨率和精度這兩個(gè)指標(biāo)經(jīng)常容易弄混，包括16位、14位，這些都是分辨率，也就是ADC可以分辨的最小刻度，所以MCU里集成了16位甚至24位。比如Resolution(分辨率)是16位。而客戶關(guān)注的是工業(yè)指標(biāo)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和工業(yè)儀器關(guān)注的指標(biāo)是我整個(gè)占系統(tǒng)千分之一或萬(wàn)分之五。那么，是不是所有的工業(yè)客戶都在用10位的ADC?沒(méi)有，整個(gè)行業(yè)典型應(yīng)用也沒(méi)有用10位的ADC，說(shuō)我為了達(dá)到千分之一的精度。所以Resolution和精度是完全不同的概念。精度是從輸入到輸出，MCU采樣，其間所有誤差的累計(jì)，從最小信號(hào)到最大信號(hào)，不管輸入什么信號(hào)，我測(cè)試的線路所有加起來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)的效果是千分之一，這是精度的概念。因此，并不是說(shuō)ADC的精度越高，將來(lái)系統(tǒng)的精度越高。即使你用16位甚至24位ADC，如果前端不好(例如運(yùn)放誤差較大)，中間電路設(shè)計(jì)不合理，可能連1/10都達(dá)不到。

　　集成是把雙刃劍

　　未來(lái)幫助客戶設(shè)計(jì)，TI還提供整套的工具，例如基于ADC3k的評(píng)估板ADC34J22，可與Altera FPGA對(duì)接。并針對(duì)PLC等應(yīng)用，TI專門(mén)做了參考性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合了IEC-61000標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試。當(dāng)然今后，TI會(huì)把更多的有源器件集成在同一器件里。不過(guò)，集成也是一把雙刃劍，集成也會(huì)帶來(lái)其他的問(wèn)題，例如ADS8688在集成了眾多器件之后更加針對(duì)PLC應(yīng)用，但可能它的應(yīng)用覆蓋面沒(méi)有原來(lái)那么寬了。

　　現(xiàn)在，一些芯片廠商可以直接做出解決方案、甚至是產(chǎn)品。但宋浩然稱，TI Design的出發(fā)點(diǎn)不是做一個(gè)解決方案，而是一個(gè)參考，TI只是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)。雖然TI做最終的產(chǎn)品也可以符合IEC-61000標(biāo)準(zhǔn)，客戶用這些標(biāo)準(zhǔn)去生產(chǎn)沒(méi)有問(wèn)題，但TI還是希望通過(guò)參考性設(shè)計(jì)給客戶一些靈感或設(shè)計(jì)理念。

　　把PLC模擬集成

　　可編程邏輯控制器(PLC)是控制并協(xié)調(diào)整個(gè)工廠傳感器和機(jī)器的核心模塊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因工廠維護(hù)及相應(yīng)的生產(chǎn)損失造成的費(fèi)用高達(dá)8千億美元。隨著智能工業(yè)的出現(xiàn)，PLC也在改變連接方式，傳統(tǒng)的中央控制改為分布式控制。因中央控制方式不夠靈活，而且引線長(zhǎng)，可靠性不高。

　　為了適應(yīng)分布式控制，Maxim Integrated采取了把更多的模擬與數(shù)模混合器件集于一身的策略，公司工業(yè)與醫(yī)療方案事業(yè)部的高級(jí)副總裁Chris Neil展示了微型PLC(見(jiàn)照片2)，尺寸比標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品縮小10倍，功耗降低50%以上、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)加快70倍。不僅如此，該控制器集成了Maxim 30多個(gè)不同的產(chǎn)品，包括其中數(shù)字I/O卡、模擬卡、單元卡等，并提供5種參考設(shè)計(jì)，不同的卡展示不同的功能。

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