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TI数据转换器总经理谈小尺寸、高精度和低功耗的趋势

—— 访TI(德州仪器)数据转换器产品业务部副总裁兼总经理Karthik Vasanth
作者:王莹时间:2018-12-05来源:电子产品世界收藏

  当、汽车离我们越来越近时,也需要越来越多的传感器。数据转换器作为模拟和数据转换之间的桥梁,也在不断演进——集成度更高、尺寸更小、功耗更低,此外,数据转换器的通用性也很重要,以适合多样化的应用,从而可以批量生产、降低单位器件的成本。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201812/395282.htm

  

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  自动化驱动数据转换器的发展

  2018年12月初,(德州仪器)数据转换器产品业务部副总裁兼总经理Karthik Vasanth来京,向电子产品世界等媒体介绍了其数据转换器的趋势,及其刚刚推出的小尺寸DAC和ADC,主要针对工业和汽车领域。

  据悉,在数据转换器发展中,尺寸和性能方面的下降趋势,以高度精度数据转换器演进为例(如下图),可见自2000年以来的近二十年,数据转换器的尺寸不断变小;另一方面单位性能却在不断提升。与此相对应的是,客户的产品,例如光通信模块,尺寸也在不断缩小,数据传输率提高了40倍,功耗下降了2倍。

0QQ截图20181206113558.png  图:高精度数据转换器尺寸演进图

  观察当今市场的趋势,可用自动化来表述,需要分布式传感、更高性能和更高密度。

  具体地,在工厂、汽车和消费电子等领域的驱动下,需要体积更小的传感器。例如工业4.0、智能工厂需要更多的传感器,例如马达控制时,需要知道位置信息和保障安全,因此需要更多、体积更小、精度更高的传感器及数据转换器。在通讯领域,比4G的数据传输率要求更高,但设备的外形体积不变,因此需要性能更高、体积更小的数据转换器。个人穿戴设备诸如手表和手环等,对器件的低功耗和体积大小的要求非常严苛。汽车领域,例如车道偏离、防碰撞检测等也需要高性能和低功耗的器件。

  TI数据转换器的核心投资领域

  为此,TI数据转换器主要有两个投资方向:高精度和高速度。高精度方面,继续向小体积、低功耗、高精度、高吞吐量等方向继续投入。高速方面,关注超高速和低功耗。例如已有超高速产品ADC12DJ3200,用于射频千兆采样。

0QQ截图20181206113830.png  如何减小芯片的体积?TI有丰富的IC设计工程师,他们都具有二十年多年的经验,对架构进行了优化。2.工艺,大部分采用TI专有的CMOS工艺,超高速产品会用到外部的制程。3.封装方面,采用更小的封装。值得说明的是,由于芯片体积越来越小,对于客户的SMT(表面贴装技术)生产制造提出了挑战,因此TI在发布产品的同时,往往有较小尺寸和较大尺寸多种封装方案。此外,为了方便客户选型何设计,例如设计的PCB(印制电路板)布局,需要考虑电源、散热等布局,为此TI网站提供了丰富的工具和参考设计。

  现在,很多数据转换器中内置振荡器,好处有三:1.简化了外部器件,易于设计;2.减少了外部干扰,例如减少电网50 Hz或60 Hz(美国等西方电网)工频的干扰;3.使系统方案的体积更小、功耗更低。

  四个鲜活的案例,就是TI此次推出的DAC和ADC了。

  16位和14位DAC:面向光通讯和PLC等应用

  12月初,TI推出了集高性能与高可靠性于一体的业界最小的DAC(数模转换器)。型号为DAC80508与DAC70508,均是八通道高精度数模转换器(DAC),分别提供真正的16位和14位分辨率。不仅在紧凑空间内实现高性能,还有增强的可靠性,可以保证在恶劣条件下通讯。具体特点如下。

  •减小系统尺寸。这两款DAC都包括一个2.5 V,5 ppm/°C内部基准,从而不再需要外部精度基准。供应2.4 mm x 2.4 mm晶粒尺寸型球栅阵列封装(DSBGA)或晶圆级封装(WCSP),及3 mm x 3 mm四方扁平无引脚(QFN)-16封装,这些设备最多可比竞争对手产品小36%。新DAC使得设计人员不必在高性能与小尺寸之间艰难取舍,便于工程师实现最佳系统精度、减小板尺寸或增加通道密度。

  •高系统精度与更高可靠性。除紧凑尺寸外,DAC80508和DAC70508提供真正的1位最低有效位(LSB)积分非线性,因此能够实现16位和14位分辨率水平上的最高精度——与竞争对手产品相比,线性度高出66%。它们全部都具有从-40°C到+125°C的更大温度范围,提供如循环冗余校验(CRC)等特性,进而可提高系统可靠性。

  二款DAC的参考设计如下图所示,用于激光通讯方面的一种典型应用。激光通讯模块分为二部分:高速和低速。该参考设计的目的是提供稳定的偏置电流。如下图可见,由于有了CRC,还有两级放大器可提供偏置电流,以提供精确、稳定的电流给激光发光二极管。

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  两款24位ADC:面向高精度工业应用

  TI还发布了两款高精度Δ-Σ ADC(模数转换器),亮点是尺寸小,只有3 mm x 3 mm,有24位高精度和高集成度,有增强的可靠性。

  型号为ADS122C04和ADS122U04,分别提供双线I2C兼容接口及双线UART兼容接口,其中C代表I2C接口,U代表UART接口。特点归纳如下。

  • 小体积。这些微型24位精度ADC供应3 mm x 3 mm特薄QFN (WQFN)-16和5 mm x 4.4 mm超薄紧缩小型封装(TSSOP)-16选项。较之串行外围接口(SPI),双线接口只需少量数字隔离通道,这降低了隔离系统的总成本。这些高精度ADC使得设计人员可以利用集成灵活的输入多路复用器、低噪声可编程增益放大器(PGA)、两个可编程励磁电流源、一个振荡器和一个高精度温度传感器,舍弃外部电路。

  • 改进性能。这两款设备都具有低漂移2.048 V,5 ppm/°C内部基准。它们的内置2%精度振荡器,有助设计人员改进电源线循环噪声抑制,在嘈杂环境中实现更高精度。设备的增益值为1到128,噪声则低至100 nV,故设计人员可测量小信号传感器,以及因采用一个ADC而形成的宽信号输入范围。此设备系列还供应引脚到引脚兼容的16位选项,这让设计人员只需调高或调低性能,便可灵活地满足各种系统要求。

  应用案例是供热表设计(如下图)。该电路主要用于检测温度,以此决定向用户收费多少钱。该电路主要是读取RTD(热电阻)的信号,然后供给MCU(注:本例中是TI MSP430FR6047)计算,由于牵扯到收费,因此对检测精度要求很高,且功耗极低,支持电池工作五到十年。

0QQ截图20181206113003.png  小结

  数据转换器性能越来越高、尺寸越来越小、功耗越来越低,同时尽量具有通用性,以具有成本竞争力。

【德州仪器新闻图片20181204】德州仪器推出最小巧的数据转换器具备高集成度与高性能.jpg

  图:TI此次新的数据转换器海报



关键词: TI 物联网 自动驾驶 5G

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