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ADC a basso consumo

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 26 novembre 2012

Le richieste del mercato in materia di ADC possono essere riassunte con una manciata di importanti requisiti: dissipazione di potenza minima, rumore minimo, distorsione minima, massima risoluzione, interfacce seriali, maggiore integrazione di canali e larghezze di banda più ampie.

Una bassa dissipazione di potenza non è importante solo nei sistemi sempre attivi (es. stazioni base), ma anche negli involucri piccoli dove il flusso d’aria è limitato o del tutto assente e, naturalmente, nelle applicazioni portatili. Il consumo energetico può essere ulteriormente ridotto con le modalità ‘nap’ e spegnimento. A un certo punto un abbassamento della potenza nell’ADC comporta una riduzione del rendimento, dove il driver consuma più dell’ADC stesso. Linear Technology ha sviluppato nuove tecniche che possono essere usate per abbassare la potenza di tutta la catena del segnale.

Ad esempio, l’estensione del tempo di acquisizione in un ADC SAR consente di usare driver con consumi più bassi e un tempo di assestamento più lento. Un’altra tecnica prevista solo dagli ADC SAR di Linear Technology è la compressione del guadagno digitale (DGC, Digital Gain Compression) che elimina l’alimentazione negativa dell’amplificatore del driver e mantiene la completa risoluzione dell’ADC. L’eliminazione del rail negativo riduce il consumo energetico totale della catena del segnale e semplifica il progetto.

A causa della funzione di auto-spegnimento nell’architettura dell’ADC SAR di Linear Technology, la potenza varia linearmente con la frequenza di campionamento, quindi più i campioni del dispositivo sono lenti, meno energia si consuma. Con un ADC SAR senza latenza che non prevede un requisito minimo per la frequenza di campionamento si può utilizzare il campionamento ‘one-shot’ per ridurre la dissipazione di potenza e consentire all’ADC di effettuare misurazioni precise dopo lunghi periodi di inattività.
Anche ridurre il range d’ingresso gestito dal driver dell’ADC può contribuire a diminuire il consumo nella catena del segnale. Raddoppiando il range di ingresso, la cifra di rumore aumenta di 6dB e la potenza necessaria nell’amplificatore quadruplica. Per un determinato driver un range di ingresso dell’ADC più contenuto comporta prodotti con una distorsione di intermodulazione (IMD) inferiore.

Per ottenere un rapporto segnale-rumore più elevato nell’ADC vengono usati range di ingresso più ampi che, tuttavia, non comportano necessariamente un rumore riferito all’ingresso migliore, aspetto importante nelle applicazioni a basso consumo e alta precisione, come l’imaging a infrarossi e a raggi x e i cell sorter. Un basso rumore riferito all’ingresso è consigliabile perchè garantisce una risoluzione effettiva nettamente migliore o una risoluzione libera da rumore all’applicazione. Confrontando il rumore riferito all’ingresso di un ADC SAR a 10 Msps e 16 bit con un range di ingresso di 8 Vp-p con un ADC ‘pipelined’ a 20 Msps e 16 bit con un range di ingresso di 2,1 Vp-p di Linear Technology si nota che quest’ultimo ha un rumore riferito all’ingresso di appena 46 µVrms (rispetto a 75 µVrms), con almeno metà del consumo energetico di un ADC SAR.
Gli ADC a basso consumo e le relative funzioni che riducono la potenza totale consumata nella catena del segnale hanno fornito a molti prodotti portatili un vantaggio competitivo, oltre a una maggiore durata delle batterie tra una ricarica e l’altra. Molto applicazioni passano a risoluzioni più elevate e dispositivi di campionamento più rapidi, riducendo al contempo il consumo totale nel sistema.

Questo semplifica il design front-end, con meno stadi di guadagno e meno filtraggio. Anche la supercampionatura può rivelare dettagli che ADC a velocità inferiori possono non indicare, come la sovrapposizione o gli impulsi deformi. Tra le applicazioni che godono già di questo incremento delle prestazioni figurano strumenti di analisi portatili, imaging medicale, spettroscopia, litografia, anemometri, illuminazione a stato solido, sensori industriali, misurazione dei consumi e controller a logica programmabile, tanto per citarne alcune. Per maggiori informazioni sugli ADC a basso consumo di Linear Technology: http://www.linear.com/saradcs e http://www.linear.com/hsadc

Nella foto: Alison Steer, mixed signal product marketing manager di Linear Technology Corp.

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