提及智能化或工業(yè)自動(dòng)化，我們的第一反應(yīng)往往是APP很強(qiáng)大、人機(jī)界面很炫或是主控芯片性能很高……但是，在這些看得到、感受得到的技術(shù)背后，模擬技術(shù)的作用其實(shí)是巨大的，它像一個(gè)低調(diào)的巨人，默默地支撐著智能化、自動(dòng)化這些光鮮的技術(shù)應(yīng)用從無(wú)到有、從基礎(chǔ)到強(qiáng)大。

在可預(yù)見的未來，智能化也好，工業(yè)4.0也好，都對(duì)模擬技術(shù)提出了更高的需求。首先是高精度，為了保證工廠自動(dòng)化以及控制自動(dòng)化的質(zhì)量及人身安全，對(duì)于模擬芯片的精度要求未來將會(huì)繼續(xù)提升。其次是高速采集需求，在向全自動(dòng)化的發(fā)展過程中，工廠需要十倍甚至百倍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此對(duì)信號(hào)的高速和實(shí)時(shí)采集也是必不可少的要求，對(duì)模擬芯片特別模擬信號(hào)輸入芯片的精度提出了更高的要求。此外，小型化是未來的必然趨勢(shì)，因此也要求芯片持續(xù)向小型化、集成化的方向發(fā)展。

24位遭遇瓶頸，32位Δ-ΣADC應(yīng)時(shí)而生

那么，在目前的模擬數(shù)據(jù)采集芯片和解決方案方面，有哪些已經(jīng)出現(xiàn)或者將要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)呢？

德州儀器(TI)半導(dǎo)體事業(yè)部中國(guó)區(qū)模擬業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理朱文斌介紹，目前24位ADC(模數(shù)變換器)在工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)遇到瓶頸。以可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)為例，其中的ADC位數(shù)從10位-20位不等，24位已經(jīng)是最高的位數(shù)了。但是對(duì)于石油勘探等對(duì)溫度控制要求很高的客戶來說，他們?cè)谌珳囟确秶鷥?nèi)都要求更高的分辨率，24位往往不夠用。由于性價(jià)比比較高的芯片全是24位Δ-ΣADC，因此許多客戶首先提出了更高精度的需求。此外，對(duì)于工業(yè)用高精度天平來說，也需要高于24位ADC的應(yīng)用。24位的ADC市場(chǎng)已經(jīng)基本處于飽和狀態(tài)，亟需在本身的架構(gòu)、精度上尋求突破。而除了高精度，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的各種采集板卡、系統(tǒng)來說，都要求溫度和系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性，因此要求IC器件具有低溫漂漂移的特性。

順應(yīng)上述市場(chǎng)需求，TI在實(shí)時(shí)性、高速、高精度以及小型化等方向綜合考量，推出了ADS1262/1263兩款32位增量-累加模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Δ-ΣADC），這兩款器件將高分辨率、低噪聲和集成故障檢測(cè)組合在一起，成功解決了過去在器件評(píng)估和選型時(shí)，所需的性能和特性無(wú)法兼得的問題。

ADS1262/1263在2.5SPS采樣率情況下，還能采到7nVRms均值信號(hào)的水平，這點(diǎn)對(duì)于輸入信號(hào)為10mV以下或者更小的電橋應(yīng)用是必不可少的。它們的偏移誤差漂移也比同類解決方案低80%，從而確保了整個(gè)溫度范圍內(nèi)的測(cè)量穩(wěn)定性。38kSPS的最大輸出數(shù)據(jù)速率使得它們特別適用于高數(shù)據(jù)吞吐量工業(yè)應(yīng)用中。

朱文斌進(jìn)一步介紹，過去系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員如果需要高分辨率ADC，則必須在其它技術(shù)規(guī)格方面做出讓步，諸如低噪聲、低漂移，或其它集成特性。而ADS1262/1263不僅可提供32位高分辨率，還具有快速數(shù)據(jù)速率和寬溫度范圍特性，以及高集成和故障檢測(cè)功能，因此很好地解決了這些問題，從而能夠幫助設(shè)計(jì)人員最大限度地提升PLC、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備以及傳感器測(cè)量應(yīng)用的性能。

ADS1262集成了一個(gè)可編程增益放大器(PGA)、2.5V基準(zhǔn)、振蕩器、電平移位器、溫度傳感器、雙激勵(lì)電流源(IDAC)以及8個(gè)通用輸入/輸出(GPIO)引腳。而ADS1263與ADS1262最大的區(qū)別在于，它在需要并行主通道轉(zhuǎn)換、傳感器溫度補(bǔ)償或傳感器診斷的系統(tǒng)中增加了一個(gè)輔助24位Δ-ΣADC。朱文斌解釋，之所以增加這樣一個(gè)ADC，主要是在做熱電偶測(cè)量時(shí)，需要兩個(gè)通道的ADC，一個(gè)通道用來測(cè)量熱電偶，另一個(gè)通道做冷節(jié)點(diǎn)的參考，目前高精度的熱電偶方案多數(shù)采用了兩個(gè)24位ADC，而ADS1263單顆芯片就可以完成。

Δ-ΣADC的精度提升難點(diǎn)在哪里？

為什么市面上24位ADC的使用比較廣泛，而32位的產(chǎn)品并不多見呢？ADC精度的提升難點(diǎn)在哪里？

朱文斌認(rèn)為不同種類的ADC面臨不同的難度，以SARADC和Δ-ΣADC為例，提高精度有著不同的發(fā)力方向。SARADC是逐次遞進(jìn)型的，是真正的模擬芯片，現(xiàn)在市面上的SARADC做到18位已經(jīng)很了不起了，它最大的局限是工藝。而對(duì)于Δ-ΣADC來說，朱文斌認(rèn)為它更像數(shù)字芯片，因?yàn)樗蓛刹糠纸M成，第一部分是調(diào)制器，調(diào)制出來PWM碼流再給后面的數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，它比較受局限的正是后面的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。而數(shù)字濾波器理論上來講二階、三階最穩(wěn)定，如果做到四階、五階它的穩(wěn)定性就會(huì)出問題。所以，32位ADC需要在數(shù)字濾波器上做更多的優(yōu)化。

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