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技術專題
具有高ADC通道數的最佳傳感器集線器MCU選項
具有高ADC通道數的最佳傳感器集線器MCU選項
一位工業客戶要求我幫助設計用于與大量傳感器接口的電路板的新版本。此處的目標是將三個具有單獨功能和組件的板合并為一個板，以提供數據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數量的ADC，這些ADC具有相當高的分辨率，是傳感器數據采集所需的。如果您不打算在非常低的信號電平和SNR值下構建用于相干光學測量的控制板，則主要制造商將為您提供大量具有高I / O計數和高ADC通道數的MCU板的選擇。您可以在下一個傳感器集線器板或類似產品中使用以下選項。
傳感器MCU中的ADC通道數很高
模擬世界和數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據。如果您需要構建占用空間小的系統，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字組件和模擬傳感器接口所需的外圍設備。
具有大量ADC通道數的MCU在許多混合信號系統中為您提供了特殊的優勢。而不是使用的外部多通道ADC，這里可能是您想使用的MCU具有高通道數的一些原因：
中等時鐘速率：具有高通道數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雜的算法快速處理轉換后的數據。
采樣率： ADC通道數較高的大多數16位或32位MCU仍提供?Msps采樣率。這樣可以精確感應高達?MHz頻率的模擬信號。
外圍設備和接口：如果您的傳感器不需要直接連接到ADC，則MCU提供標準的低速接口來從其他外圍設備收集數據。
除了低速和高速接口，ADC通道數和時鐘/采樣率外，傳感器節點設計的兩個重要規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，因為這將有助于節省功耗。
最后，具有較高ADC通道數的MCU有時會將這些擴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觸發源。32位ARM Cortex M4內核的最高工作頻率為200 MHz。不同的封裝包含用于與外圍設備接口的范圍不同的I / O數量，以及標準接口（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MAC。
PIC32MZ系列內核框圖。
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準接口（SPI / I2C / UART），多達140個I / O，USB 2.0 PHY和10/100以太網MAC。
德州儀器（TI），TM4C123x系列
德州儀器（TI）的TM4C123x系列MCU包括多達24個ADC通道，具有12位分辨率，采樣率高達2 Msps。該組件運行在ARM Cortex M4F內核（時鐘頻率為120 MHz）上，具有高達1 MB的閃存和256 KB的內部RAM。為了訪問外設和其他傳感器，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MAC。該系列MCU的高采樣率，分辨率和ADC通道數使其成為車輛，工業設置，機器人技術和人機界面中傳感器節點的絕佳選擇。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數據表勘誤表。
傳感器集線器設計的其他組件
除了實際的傳感器之外，您還需要在設計中使用其他組件來提供多個傳感器的穩定感測。無線連接和網絡/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系統中。此外，您可以使用一些信號采集和調節組件來確保準確的采集。
無線收發器（WiFi，藍牙等）
開關穩壓器或LDO
用于低電平信號的放大器IC
MCU驅動的傳感器節點包含廣泛的組件，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據和零件規格，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。