具有(yǒu)高ADC通道数的最佳传感器集線(xiàn)器MCU选项

2021-05-17

具有(yǒu)高ADC通道数的最佳传感器集線(xiàn)器MCU选项

一位工业客户要求我帮助设计用(yòng)于与大量传感器接口的電(diàn)路板的新(xīn)版本。此处的目标是将三个具有(yǒu)单独功能(néng)和组件的板合并為(wèi)一个板，以提供数据采集所需的所有(yǒu)接口。让我开始思考一个传感器集線(xiàn)器可(kě)能(néng)需要使用(yòng)的MCU类型，以及单个MCU可(kě)以容纳多(duō)少个通道。

事实证明，如果您購(gòu)买了高性能(néng)MCU，则它们可(kě)以具有(yǒu)相当数量的ADC，这些ADC具有(yǒu)相当高的分(fēn)辨率，是传感器数据采集所需的。如果您不打算在非常低的信号電(diàn)平和SNR值下构建用(yòng)于相干光學(xué)测量的控制板，则主要制造商(shāng)将為(wèi)您提供大量具有(yǒu)高I / O计数和高ADC通道数的MCU板的选择。您可(kě)以在下一个传感器集線(xiàn)器板或类似产品中使用(yòng)以下选项。

传感器MCU中的ADC通道数很(hěn)高

模拟世界和数字世界之间的接口需要传感器，而这些传感器需要某种方式与板中的处理(lǐ)器接口。输入一个多(duō)通道ADC，它将為(wèi)您提供多(duō)个通道来收集和处理(lǐ)数据。如果您需要构建占用(yòng)空间小(xiǎo)的系统，则可(kě)以使用(yòng)带有(yǒu)集成ADC的MCU。尽管在计算能(néng)力方面不是最强大的，但许多(duō)MCU都包含许多(duō)与其他(tā)数字组件和模拟传感器接口所需的外围设备。

具有(yǒu)大量ADC通道数的MCU在许多(duō)混合信号系统中為(wèi)您提供了特殊的优势。而不是使用(yòng)的外部多(duō)通道ADC，这里可(kě)能(néng)是您想使用(yòng)的MCU具有(yǒu)高通道数的一些原因：

中等时钟速率：具有(yǒu)高通道数ACD的MCU往往也具有(yǒu)较高的时钟速率以提供所需的采样率，因此它们还可(kě)以使用(yòng)中等复杂的算法快速处理(lǐ)转换后的数据。

采样率： ADC通道数较高的大多(duō)数16位或32位MCU仍提供〜Msps采样率。这样可(kě)以精确感应高达〜MHz频率的模拟信号。

外围设备和接口：如果您的传感器不需要直接连接到ADC，则MCU提供标准的低速接口来从其他(tā)外围设备收集数据。

除了低速和高速接口，ADC通道数和时钟/采样率外，传感器节点设计的两个重要规范包括板载存储器和功耗。对于功耗，您需要具有(yǒu)睡眠模式和条件唤醒控制的组件，因為(wèi)这将有(yǒu)助于节省功耗。

最后，具有(yǒu)较高ADC通道数的MCU有(yǒu)时会将这些扩展通道分(fēn)布在多(duō)个并行运行的ADC上，而不是具有(yǒu)所有(yǒu)可(kě)用(yòng)通道的单个ADC。使用(yòng)多(duō)个ADC可(kě)以实现交织，其中通过在每个ADC的输出上施加相移来提高采样率。换句话说，如果组件包含N个ADC，则交织可(kě)以使采样率增加N倍。

一些ADC通道数较高的MCU

Microchip，PIC32MZ系列

Microchip的PIC32MZ系列MCU是该公司的嵌入式连接（EC）系列的一部分(fēn)。这些组件最多(duō)可(kě)提供48个具有(yǒu)10位分(fēn)辨率，1 MSPS的模拟通道以及独立的外部ADC触发源。32位ARM Cortex M4内核的最高工作频率為(wèi)200 MHz。不同的封装包含用(yòng)于与外围设备接口的范围不同的I / O数量，以及标准接口（I2C / SPI / I2S）和EBI或PMP图形接口。高速接口包括一个USB 2.0控制器以及带有(yǒu)MII和RMII接口的10/100以太网MAC。

PIC32MZ系列内核框图。

STMicroelectronics，STM32F405xx和STM32F407xx

STMicroelectronics的STM32系列32位MCU可(kě)以说是市场上最受欢迎的MCU，仅次于Atmel MCU（以Arduino闻名）。STM32F405xx和STM32F407xx MCU包含3个嵌入式ADC，每个ADC具有(yǒu)16个通道和12位分(fēn)辨率。在VDD = 3.0至3.6 V（60 MHz全功率时钟速率）的情况下，采样速率高达2.4 Msps和30 MHz闪存访问。此外，这些组件中的ADC可(kě)以在交错模式下以7.2 Msps的速率运行，具有(yǒu)24个通道。这两个组件包含许多(duō)标准接口（SPI / I2C / UART），多(duō)达140个I / O，USB 2.0 PHY和10/100以太网MAC。

德州仪器（TI），TM4C123x系列

德州仪器（TI）的TM4C123x系列MCU包括多(duō)达24个ADC通道，具有(yǒu)12位分(fēn)辨率，采样率高达2 Msps。该组件运行在ARM Cortex M4F内核（时钟频率為(wèi)120 MHz）上，具有(yǒu)高达1 MB的闪存和256 KB的内部RAM。為(wèi)了访问外设和其他(tā)传感器，其他(tā)接口包括UART，I2C，SPI和CAN以及40个PWM输出。其中包括一个USB 2.0 PHY和10/100以太网MAC。该系列MCU的高采样率，分(fēn)辨率和ADC通道数使其成為(wèi)車(chē)辆，工业设置，机器人技术和人机界面中传感器节点的绝佳选择。下面的TM4C123x系列框图中显示了功能(néng)的完整列表。

TM4C123x框图。摘自TM4C123x MCU数据表勘误表。

传感器集線(xiàn)器设计的其他(tā)组件

除了实际的传感器之外，您还需要在设计中使用(yòng)其他(tā)组件来提供多(duō)个传感器的稳定感测。无線(xiàn)连接和网络/计算接口也非常重要，因為(wèi)传感器集線(xiàn)器需要集成到更大的生态系统中。此外，您可(kě)以使用(yòng)一些信号采集和调节组件来确保准确的采集。

无線(xiàn)收发器（WiFi，蓝牙等）

开关稳压器或LDO

用(yòng)于低電(diàn)平信号的放大器IC

MCU驱动的传感器节点包含广泛的组件，您可(kě)以使用(yòng)Octopart中的高级搜索和过滤功能(néng)来查找所需的零件。使用(yòng)Octopart的電(diàn)子搜索引擎时，您将可(kě)以访问分(fēn)销商(shāng)数据和零件规格，并且都可(kě)以在用(yòng)户友好的界面中免费访问它们。查看我们的線(xiàn)性集成電(diàn)路页面，找到您需要的组件。