支持现场仪表和工厂自动化的创新低功耗解决方案

亚德诺半导体 2023-04-20 18:03

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ADI公司深耕电子行业五十多年，一直走在精密信号链模拟构建模块开发的前沿。ADI产品因其出色的准确度、稳定性和线性度享有盛名，而如何在保持原有优异性能的情况下进一步降低运行功耗，是过去数十年里的常见议题，近十年的相关需求更是愈发强烈。

ADI最新发布的精密低功耗信号链系列产品出色地整合了这些特性，可为工厂自动化和工业过程控制相关的仪器仪表等应用提供完整的超低功耗测量解决方案。

节省空间和功耗

现代工厂或加工厂的正常运行离不开工厂“大脑”（一个极其复杂的控制系统）的协调和规范。而这个处于工厂核心地位的“大脑”又依赖于大量的远程传感器来扮演工厂的“眼睛”和“耳朵”，帮助监控工厂中各种运行过程的状态。这些传感器常用于测量压力、温度或流速等参数。在支持状态监控(CbM)等功能的最新人工智能(AI)系统中，传感器可以监测振动或声音，以便在机械故障发生之前检测到相关迹象。

这些传感器模块通常为远程部署的分立式单元，需要通过通信接口与主控制系统通信。有些现场仪表距离电源电缆过于遥远，因此需使用电池供电。为了延长运行时间，减少更换仪表电池的次数，低功耗运行就变得至关重要。这也能直接减少维护工作量并降低成本，而成本也正是提高工厂生产率的关键。即使在环路供电的4-20mA解决方案中，开发能够在有限功耗内高效运行的系统也面临很大的挑战。

另外，现场仪表往往勉强挤在管道、阀门和其他基础设施之间，体积一般较小。

适应性强的集成信号链平台

对功耗和空间优化的要求也促使ADI创造出了精密低功耗信号链（见图1）。信号链价值的关键是集成、功耗优化和适应能力。位于其核心的是新款高集成度、超低功耗的24位Σ-Δ ADC AD4130-8，此器件可为许多常见的传感器类型（例如压力和温度传感器）提供偏置和激励，以及对滤波后的模拟信号进行高分辨率数字化处理。片内FIFO缓冲器有助于降低主机微控制器的处理成本，集成诊断功能可检测传感器输入是否不存在或出现故障。

将这些功能集成到精密多路复用ADC中可减少总元件数，并帮助现场仪表的开发人员实现更紧凑的设计。

同时，基于AD4130-8的精密低功耗信号链可以部署各种功耗优化技术（例如占空比控制），帮助更大限度地降低系统功耗。

基于AD4130-8的功耗和密度优化信号链具有超强适应性，以便仪表制造商可以轻松地重新配置/调整其解决方案来构建一系列产品，从而减少开发时间并简化库存管理和生产流程。多通道AD4130-8的内部传感器偏置和接口功能可直接连接传感器的不同测量模式（例如温度、负载和压力），以便轻松获取相关参数的数据。

通过添加少数几个的外部元件，该器件还可以支持流量等其他测量模式，因此可作为适应性强的基础设计，为各种不同传感器类型和应用提供支持。精密低功耗信号链还需包含适当的电源管理器件，以保持超低功耗和高准确度。

图1-可配置的集成式功耗和密度优化信号链

支持工具生态系统

如果现场仪器均基于精密低功耗信号链而构建，则开发人员还可以充分体验为其量身定制的一系列工具和支持服务。其中包括ADI Precision Studio新发布的噪声和交流仿真工具。该工具可以对电路的交流和噪声性能快速进行仿真，并实时显示结果，还能根据用户输入（例如增益、电平转换和3dB频率）生成原理图模块。原理图的构建和仿真完成后，便可将其导出到LTspice®仿真软件，进行后续的微调。此工具是Precision Studio如何通过支持快速迭代以满足特定应用的要求来缩短优化电路设计时间的一个例子。

我们还针对精密低功耗信号链专门设计了EngineerZone页面，以便为系统设计人员可能遇到的任何问题提供支持。

单通道和多通道信号链选择

新款AD4130-8 ADC是功耗和密度优化的精密信号链的基础。ADI公司还提供其他精密低功耗信号链选择，以便适用于仅需要单通道测量，或有其他优化需求（例如针对噪声或生物电信号处理）的应用。

广泛的低功耗信号链设计均享有由ADI工具、文档和评估软件提供的支持，以便低功耗检测系统的设计人员轻松获得所需的全部资源，从而快速完善基础设计，针对个别条件进行调整，并创建解决方案。

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