외부 ADC의 사용 사례

대부분의 마이크로 컨트롤러 (uC)에는 주변 장치 세트의 일부로 ADC (Analog to Digital Converter)가 있으며 이는 두 개의 구성 요소를 단일 패키지로 통합하기 때문에 놀랍습니다. 이 ADC는 일반적으로 레지스터 매핑되기 때문에 데이터를 빠르고 쉽게 추출 할 수 있습니다.

이러한 긴밀한 통합에도 불구하고 여전히 외부 ADC를 구입할 수 있습니다. 이러한 경우에 대한 몇 가지 사례를 볼 수 있습니다.

• ADC는 uC와 분리되어야합니다.
• ADC 샘플의 비트 깊이는 uC의 ADC보다 높아야합니다.
• 감지 할 전압이 마이크로 컨트롤러와 거리가 멀고 긴 아날로그 라인은 허용되지 않습니다.
• 감지 전압은 uC에 적합하지 않은 열악한 환경에 있습니다.
• 외부 ADC는 uC의 ADC보다 훨씬 빠릅니다.
• 일부 샘플의 기준 전압은 다른 샘플과는 다르므로 여러 Vref 핀 (따라서 여러 외부 ADC)이 필요합니다.
• 현재의 uC는 충분한 ADC 채널을 가지고 있지 않으며 새로운 uC를 넣는 비용은 엄청납니다.
• 외부 ADC는 uC의 ADC보다 적은 전력을 소비합니다 (믿기 위해서는 예가 필요합니다).
• ADC 채널은 동시에 샘플링해야합니다 (드문 시나리오).
• 제조시 펌웨어 프로그래밍 비용이 더 비싼 ADC 부품의 비용을 능가합니다.
• PCB에는 공간 제약이 있으며 uC를 맞출 수 없습니다.

이것은 모두 좋고 훌륭하지만, 이상한 점은 외부 ADC가 일반적으로 uC에 비해 상당히 비싸지 만 동등한 기능을 제공한다는 것입니다. 예를 들어 12bit 1Msps ADC (내부 기준)가 약 1 달러 인 EFM32Z 부품을 구매하거나 약 $ 3.50 (동일한 속도 (ish), 비교적 동일한 전력 번호 등)에 해당하는 12bit 200ksps ADC를 구매할 수 있습니다. 동일한 작업을 수행합니다 (ADC 데이터 추출).

문제는 엔지니어가 동일한 기능을 수행 할 수있을 때 엔지니어가 uC의 ADC보다 외부 ADC를 선호하는 강력한 이유가 있는가하는 것이다.

마이크로 컨트롤러의 내부 ADC가 필요로하는 작업을 수행하면 외부 ADC가 필요하지 않습니다. 그러나 그것은 그들이 목표로하는 사람이 아닙니다.

외부 ADC에 대한 대부분의 이유를 다루었지만 몇 가지가 더 있으며 내 의견으로는 가장 중요한 이유 중 하나입니다.

1. 내부 ADC가 SAR과 같은 다른 샘플링 기술이 필요하지만 델타 시그마를 수행해야합니다.
2. 내부 ADC는 내부 MCU이며 메인 MCU와 동일한 다이를 공유하므로 나머지 MCU의 노이즈로부터 100 % 자유로울 수 없으므로 외부 ADC는 초 저잡음을 만들 수 있습니다.
3. 선택한 마이크로 컨트롤러 / SoC / FPGA에는 ADC가 없습니다. 후자의 두 가지가 가장 가능성이 높습니다. 가장 일반적인 SoC 및 FPGA에는 ADC가 전혀 없습니다. 그렇습니다. 할 수는 있지만 얻을 수없는 것은 많이 있습니다. 따라서 외부를 추가하십시오.

포인트 3의 경우, 예를 들어 Raspberry Pi를 사용하십시오. ADC를 전혀 사용할 수 없으므로 아날로그 작업을 수행하려면 외부 ADC를 추가해야합니다.

외부 ADC를 선호하는 또 다른 몇 가지 이유 :

1. 많은 외부 ADC 부품에는 차동 입력이 포함되어 있지만 마이크로 컨트롤러의 내장 컨버터는 그렇지 않습니다. 입력에 공통 모드 노이즈가 많은 경우 매우 중요 할 수 있습니다.

2. 많은 외부 ADC 부품은 컨버터 자체 앞에 앰프 단을 포함하므로 컨버터가 고 임피던스 신호를 직접 측정 할 수 있습니다. 많은 마이크로 컨트롤러에서 입력 신호를 샘플링하면 방해가 될 수 있습니다. 입력 신호의 특성에 따라 정확한 측정에 필요한 획득 시간이 크게 증가 할 수 있습니다.

3. 내부 ADC의 너비가 12 비트 인 경우에도 일반적으로 4096에서 한 부분을 정확하게 판독해야한다는 의미는 아닙니다. 일반적인 외부 ADC는 둘 다 동일한 광고 된 비트 깊이를 가진 경우에도 내부 ADC보다 더 나은 사양을 갖습니다.

마이크로 컨트롤러에 ADC를 통합하는 것은 쉽다. 좋은 ADC를 통합하는 것은 훨씬 어렵습니다. 더 일반적인 것 같아요.

일부 외부 ADC가 존재하는 또 다른 이유는 내부 ADC가있는 마이크로보다 훨씬 오래 지속되어 많은 제품으로 설계되었습니다. 20 년에서 30 년 더 길어질 수 있습니다. (SOIC 부품이 링크 된 경우는 아니지만 클래식 부품의 현대화 된 다이 수축 변형 일 수 있음)

ADC에 뛰어난 해상도, 정확도 또는 속도가 없지만 프리미엄 가격을 요구하는 경우 이것이 바로 그 이유 일 수 있습니다.

새로운 설계의 경우에도 새로운 부품을 재 설계하지 않고 잘 작동하는 블록을 재사용하는 것이 바람직 할 수 있습니다 (결과 통합으로 BOM 비용이 감소하더라도). 리엔지니어링은 비쌀 수 있습니다. 테스트 및 규제 승인 프로세스

이제 처음부터 시작하고 선택한 마이크로 컨트롤러에 요구 사항을 충족하는 충분한 ADC 채널이있는 경우 위의 어느 것도 적용되지 않습니다.

나는 이것이 매우 오래된 질문이라는 것을 알고 있지만 우리가 내부적으로 자주 논의하는 질문입니다.

맞습니다. 외부 버전이 정확히 기능적으로 동일한 경우 외부 ADC를 선택하는 것은 드문 일 입니다. 그러나 저의 경험에 따르면 저렴한 마이크로는 일반적으로 온도 드리프트, 낮은 비트 수 (10-12 비트) 및 VCC 노이즈 (어떤 경우에는 +/- 20mV)를 갖는 상당히 거친 ADC를 가지고 있습니다. .. 오버 샘플링하고 노이즈가있는 경우 S / N을 향상시킬 수 있습니다. 우리의 제품 개발 활동에서, 우리가 선택한 MCU를 ADC의 품질에 기반을 둔 것은 드 rare니다. 일반적으로 툴체인, 비용, 기존 펌웨어 등에 관한 것입니다. 내부 ADC는 일반적으로 배터리 전압 읽기와 같은 중요하지 않은 작업으로 제한됩니다.

다양한 마이크로를 사용하면 빠른 샘플링 시간 동안 독점해야하는 공유 타이머에 문제가있을 수 있지만 MCU에 대해 MCU에 독점 될 때 MCU의 다른 항목 (소프트웨어 직렬 포트, ISR 등)을 방해 할 수 있습니다.

또한 VREF 란 무엇입니까? 펌웨어에서 VCC를 참조로 사용하는 경우 "실제"VCC로 교정하더라도 해당 값은 작동 중에 상당히 크게 변동될 수 있습니다. 과도 전류 사용량이 많은 온보드 고전류 장치 (라디오, Wi-Fi, MCU 등)가있는 경우 전송 중에 VCC가 4.8V로 떨어질 수 있으며 해당 창에서 샘플이 발생하면 0-1023을 순진하게 변환합니다. ADC_VAL / 1023 * 5.0으로 전압에 대한 ADC 읽기 값-200mV의 정밀도를 잃었습니다. 또는 다른 전원 모드 (USB, Wall wart, 배터리)가있는 경우 MCU의 VCC가 변경 될 수 있습니다 (특히 USB 사용). 비트 수가 동일하더라도 외부 ADC는 변동하는 VCC 조건에서 견고한 내부 외부 참조를 제공 할 수 있습니다.

해상도는 매우 중요합니다. 나는 10-12 비트의 해상도에 (실제 세계에서) 어떤 용도가 있다고 생각하지만 모든 종류의 실제 응용 프로그램 (가스 감지, 음향 측정, 가속도계 측정, 정밀 온도 측정 등)에는 16 비트가 일반적입니다. 적절한 신호 대 잡음 및 분해능 특성을 달성하기위한 최소 분해능. Atmel의 SAMD와 같은 정말 멋진 32 비트 MCU조차도 12 비트 내부 ADC로 제한됩니다.

클럭 지터도 문제이며 12 비트 폭의 판독 값을 제공하기 위해 다른 8 비트 마이크로가 필요하고 12 비트 값을 조작하기 위해 최소 2 클럭 사이클이 필요한 경우 고유 한 부정확성이 있습니다. 외부 오실레이터가 있기 때문에 외부 ADC를 사용합니다.

트랜스 듀서에 물리적으로 근접하고 MCU와의 절연이 중요한 경우도 있습니다. 매우 민감한 일부 트랜스 듀서에는 자체 조절 식 전력, 격리 된 접지면 및 0.01 % 패시브가있는 매우 민감한 트랜스 임피던스 초퍼 증폭기가 필요합니다.

때로는 내부 ADC를 사용해야하는 강력한 이유가 있습니다. DMA는 한 가지 이유입니다. 샘플링 속도는 또 다른 것입니다. 오버 샘플링의 용이성은 또 다른 것입니다. 높은 데이터 속도로 외부 ADC를 인터페이스하면 많은 귀중한 멀티플렉싱 I / O 핀을 소비하고보다 복잡한 디자인을 만들 수 있습니다. 또한, 우리가 사용한 많은 ADC는 I2C 기반이므로 샘플링 속도는 I2C 버스 속도에 의해 매우 제한됩니다. 1mbits / sec에서도 16 비트 읽기에는 시간이 오래 걸립니다.