智能工業(yè)促使芯片變革

　　高精度需要重新定義

　　對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來說，其實高精度不僅僅是采樣速度非?？欤瑪?shù)據(jù)分辨率越來越高，這兩個的確是個非常重要的指標，但實際還有很多其他的指標來代表ADC的高精度，例如高精度還體現(xiàn)在直接對電感信號的測量。TI中國區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務發(fā)展經(jīng)理宋浩然介紹說，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，特點是直接把電感轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，完成中間沒有轉(zhuǎn)換動作的產(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，看起來好像只有12位，速度似乎也不是很快，但其賣點是超小型，另外一個賣點是功耗非常低，應該是整個業(yè)界功耗最低的一款12位的ADC。

　　因為最終產(chǎn)品考量的是綜合性指標，要想綜合性指標達到非常高的水平，其實是非常難的。例如TI最新的ADC3k以及ADS8688，拿出某個單一指標，并不是行業(yè)最高的，但看綜合性指標，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，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，綜合去看這個芯片的指標就會提高很多。

　　ADS8688速度不快，只有500k SPS采樣率，精度16位，這兩個指標在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的賣點，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、交流指標、溫漂都已經(jīng)達到行業(yè)最高點，這放在ADC去看的話，它的位置馬上就會提高很多。

　　因此，不能追求某個單一的極高指標數(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)在一個趨勢是：越來越多的MCU和SoC里也集成了ADC，位數(shù)和速度越來越高。它們能否代替分立ADC器件?宋浩然承認，的確，包括TI的很多MCU也集成了比特數(shù)、速度越來越高的ADC。

　　不過，現(xiàn)在MCU里集成ADC可能是16位，SAR ADC可以達到1MSPS或幾百kSPS，它的效果達到的是什么呢?可能是分辨率。在業(yè)內(nèi)，分辨率和精度這兩個指標經(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，工業(yè)現(xiàn)場和工業(yè)儀器關(guān)注的指標是我整個占系統(tǒng)千分之一或萬分之五。那么，是不是所有的工業(yè)客戶都在用10位的ADC?沒有，整個行業(yè)典型應用也沒有用10位的ADC，說我為了達到千分之一的精度。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，從最小信號到最大信號，不管輸入什么信號，我測試的線路所有加起來能夠?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ADC的精度越高，將來系統(tǒng)的精度越高。即使你用16位甚至24位ADC，如果前端不好(例如運放誤差較大)，中間電路設計不合理，可能連1/10都達不到。

　　集成是把雙刃劍

　　未來幫助客戶設計，TI還提供整套的工具，例如基于ADC3k的評估板ADC34J22，可與Altera FPGA對接。并針對PLC等應用，TI專門做了參考性設計，設計符合了IEC-61000標準的測試。當然今后，TI會把更多的有源器件集成在同一器件里。不過，集成也是一把雙刃劍，集成也會帶來其他的問題，例如ADS8688在集成了眾多器件之后更加針對PLC應用，但可能它的應用覆蓋面沒有原來那么寬了。

　　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)點不是做一個解決方案，而是一個參考，TI只是針對一個系統(tǒng)。雖然TI做最終的產(chǎn)品也可以符合IEC-61000標準，客戶用這些標準去生產(chǎn)沒有問題，但TI還是希望通過參考性設計給客戶一些靈感或設計理念。

　　把PLC模擬集成

　　可編程邏輯控制器(PLC)是控制并協(xié)調(diào)整個工廠傳感器和機器的核心模塊。據(jù)統(tǒng)計，每年因工廠維護及相應的生產(chǎn)損失造成的費用高達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，可靠性不高。

　　為了適應分布式控制，Maxim Integrated采取了把更多的模擬與數(shù)?；旌掀骷谝簧淼牟呗?，公司工業(yè)與醫(yī)療方案事業(yè)部的高級副總裁Chris Neil展示了微型PLC(見照片2)，尺寸比標準產(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種參考設計，不同的卡展示不同的功能。

　　參考文獻：
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