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技術(shù)專題
具有高ADC通道數(shù)的最佳傳感器集線器MCU選項
具有高ADC通道數(shù)的最佳傳感器集線器MCU選項
一位工業(yè)客戶要求我?guī)椭O(shè)計用于與大量傳感器接口的電路板的新版本。此處的目標(biāo)是將三個具有單獨功能和組件的板合并為一個板，以提供數(shù)據(jù)采集所需的所有接口。讓我開始思考一個傳感器集線器可能需要使用的MCU類型，以及單個MCU可以容納多少個通道。
事實證明，如果您購買了高性能MCU，則它們可以具有相當(dāng)數(shù)量的ADC，這些ADC具有相當(dāng)高的分辨率，是傳感器數(shù)據(jù)采集所需的。如果您不打算在非常低的信號電平和SNR值下構(gòu)建用于相干光學(xué)測量的控制板，則主要制造商將為您提供大量具有高I / O計數(shù)和高ADC通道數(shù)的MCU板的選擇。您可以在下一個傳感器集線器板或類似產(chǎn)品中使用以下選項。
傳感器MCU中的ADC通道數(shù)很高
模擬世界和數(shù)字世界之間的接口需要傳感器，而這些傳感器需要某種方式與板中的處理器接口。輸入一個多通道ADC，它將為您提供多個通道來收集和處理數(shù)據(jù)。如果您需要構(gòu)建占用空間小的系統(tǒng)，則可以使用帶有集成ADC的MCU。盡管在計算能力方面不是最強大的，但許多MCU都包含許多與其他數(shù)字組件和模擬傳感器接口所需的外圍設(shè)備。
具有大量ADC通道數(shù)的MCU在許多混合信號系統(tǒng)中為您提供了特殊的優(yōu)勢。而不是使用的外部多通道ADC，這里可能是您想使用的MCU具有高通道數(shù)的一些原因：
中等時鐘速率：具有高通道數(shù)ACD的MCU往往也具有較高的時鐘速率以提供所需的采樣率，因此它們還可以使用中等復(fù)雜的算法快速處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。
采樣率： ADC通道數(shù)較高的大多數(shù)16位或32位MCU仍提供?Msps采樣率。這樣可以精確感應(yīng)高達(dá)?MHz頻率的模擬信號。
外圍設(shè)備和接口：如果您的傳感器不需要直接連接到ADC，則MCU提供標(biāo)準(zhǔn)的低速接口來從其他外圍設(shè)備收集數(shù)據(jù)。
除了低速和高速接口，ADC通道數(shù)和時鐘/采樣率外，傳感器節(jié)點設(shè)計的兩個重要規(guī)范包括板載存儲器和功耗。對于功耗，您需要具有睡眠模式和條件喚醒控制的組件，因為這將有助于節(jié)省功耗。
最后，具有較高ADC通道數(shù)的MCU有時會將這些擴(kuò)展通道分布在多個并行運行的ADC上，而不是具有所有可用通道的單個ADC。使用多個ADC可以實現(xiàn)交織，其中通過在每個ADC的輸出上施加相移來提高采樣率。換句話說，如果組件包含N個ADC，則交織可以使采樣率增加N倍。
一些ADC通道數(shù)較高的MCU
Microchip，PIC32MZ系列
Microchip的PIC32MZ系列MCU是該公司的嵌入式連接（EC）系列的一部分。這些組件最多可提供48個具有10位分辨率，1 MSPS的模擬通道以及獨立的外部ADC觸發(fā)源。32位ARM Cortex M4內(nèi)核的最高工作頻率為200 MHz。不同的封裝包含用于與外圍設(shè)備接口的范圍不同的I / O數(shù)量，以及標(biāo)準(zhǔn)接口（I2C / SPI / I2S）和EBI或PMP圖形接口。高速接口包括一個USB 2.0控制器以及帶有MII和RMII接口的10/100以太網(wǎng)MAC。
PIC32MZ系列內(nèi)核框圖。
STMicroelectronics，STM32F405xx和STM32F407xx
STMicroelectronics的STM32系列32位MCU可以說是市場上最受歡迎的MCU，僅次于Atmel MCU（以Arduino聞名）。STM32F405xx和STM32F407xx MCU包含3個嵌入式ADC，每個ADC具有16個通道和12位分辨率。在VDD = 3.0至3.6 V（60 MHz全功率時鐘速率）的情況下，采樣速率高達(dá)2.4 Msps和30 MHz閃存訪問。此外，這些組件中的ADC可以在交錯模式下以7.2 Msps的速率運行，具有24個通道。這兩個組件包含許多標(biāo)準(zhǔn)接口（SPI / I2C / UART），多達(dá)140個I / O，USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。
德州儀器（TI），TM4C123x系列
德州儀器（TI）的TM4C123x系列MCU包括多達(dá)24個ADC通道，具有12位分辨率，采樣率高達(dá)2 Msps。該組件運行在ARM Cortex M4F內(nèi)核（時鐘頻率為120 MHz）上，具有高達(dá)1 MB的閃存和256 KB的內(nèi)部RAM。為了訪問外設(shè)和其他傳感器，其他接口包括UART，I2C，SPI和CAN以及40個PWM輸出。其中包括一個USB 2.0 PHY和10/100以太網(wǎng)MAC。該系列MCU的高采樣率，分辨率和ADC通道數(shù)使其成為車輛，工業(yè)設(shè)置，機(jī)器人技術(shù)和人機(jī)界面中傳感器節(jié)點的絕佳選擇。下面的TM4C123x系列框圖中顯示了功能的完整列表。
TM4C123x框圖。摘自TM4C123x MCU數(shù)據(jù)表勘誤表。
傳感器集線器設(shè)計的其他組件
除了實際的傳感器之外，您還需要在設(shè)計中使用其他組件來提供多個傳感器的穩(wěn)定感測。無線連接和網(wǎng)絡(luò)/計算接口也非常重要，因為傳感器集線器需要集成到更大的生態(tài)系統(tǒng)中。此外，您可以使用一些信號采集和調(diào)節(jié)組件來確保準(zhǔn)確的采集。
無線收發(fā)器（WiFi，藍(lán)牙等）
開關(guān)穩(wěn)壓器或LDO
用于低電平信號的放大器IC
MCU驅(qū)動的傳感器節(jié)點包含廣泛的組件，您可以使用Octopart中的高級搜索和過濾功能來查找所需的零件。使用Octopart的電子搜索引擎時，您將可以訪問分銷商數(shù)據(jù)和零件規(guī)格，并且都可以在用戶友好的界面中免費訪問它們。查看我們的線性集成電路頁面，找到您需要的組件。