고속 디지털 제어 루프로 최대의 동적 범위와 극히 낮은 지연시간으로 전력 소모 65%까지 감소

 
2021년06월10일

텍사스 인스트루먼트(TI)(나스닥: TXN)는 자사의 고속 데이터 컨버터 제품 포트폴리오를 산업용 디자인에서 정밀한 데이터 수집을 가능하게 하는 새로운 연속 근사 [1]레지스터[2](SAR) ADC 제품군으로 확장한다고 밝혔다. ADC3660 제품군은 극히 낮은 전력 소모로 동급 최상의 동적 범위를 제공하며, 14비트, 16비트, 18비트 분해능[3]에 10~125MSPS의 샘플링 속도로 8개의 연속 근사 레지스터(SAR) ADC 제품을 포함한다. 이들 ADC 제품을 사용함으로써 신호 분해능을 높이고, 배터리 수명 연장은 물론 시스템 보호를 강화할 수 있다. ADC3660 제품군에 관한 추가 정보는 www.ti.com/ADC3660family-pr에서 확인할 수 있다.

ADC제품군은 고속 데이터 수집의 정밀도를 높임으로써 산업용 시스템에서 필요로 하는 실시간 제어 기능을 더욱 잘 충족시킬 수 있다. 특히, 고속 디지털 제어 루프[4]에서 ADC 제품은 복잡한 시스템에서 작동하여 역동적으로 변화하는 전압이나 전류에 빠르게 응답할 수 있으므로 전원 관리 시스템으로 인해 주요 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 산업용 시스템에서 데이터 중심의 작업이 늘어나면서, 시스템 결함을 방지하기 위해서 신속한 의사결정의 중요성이 커지고 있다. 따라서, 갈수록 더욱 빠른 속도와 더 높은 정밀도가 요구되고 있다.

디지털 제어 루프로 재빨리 응답함으로써 산업용 시스템 보호

ADC3660 제품군은 비슷한 속도의 동급 디바이스보다 지연시간이 최대 80% 더 짧다. 예를 들어서 시스템 디자이너는 125MSPS 14비트 듀얼 채널 ADC3664를 사용해서 단일 클록[5](8ns) ADC 지연시간을 달성할 수 있다. 이 제품군의 극히 낮은 지연시간에 힘입어 다양한 산업용 시스템 내에서의 고속 디지털 제어 루프가 전압 및 전류 스파이크를 더 정확하게 모니터링하고 빠르게   응답할 수 있다. 이를 통해, 반도체 제조 시스템 같은 애플리케이션에서 장비의 정밀도를 높일 수 있다.

극히 낮은 전력 소모로 업계를 선도하는 잡음 방지 성능

지금까지는 산업용 시스템을 설계하는 엔지니어들이 우수한 잡음 방지 성능과 낮은 전력 소모 사이에서 선택을 해야 했다. 이것은 배터리 구동 디바이스로 정밀한 데이터 수집을 필요로 하는 경우에 특히 더 어려운 결정이다. ADC3660은 이러한 절충을 필요로 하지 않는다. ADC3683은 65MSPS로 업계에서 가장 빠른 18비트 ADC로서, 방위용 휴대 무선 장비 같은 협대역 [6]애플리케이션으로 잡음 방지 성능을 향상시킨다. 84.2dB의 신호대 잡음 비[7](SNR)와 -160dBFS/Hz의 잡음 스펙트럼 밀도를 달성하면서 채널당 전력 소모는 94mW로 낮다. 총 36mW를 소모하는 10MSPS 14비트 ADC3541은 GPS 리시버나 휴대 전자기기 같이 전력에 민감한 애플리케이션으로 열 관리를 간소화하고 배터리 시간을 연장한다. 65MSPS 16비트 ADC3660은 82dBFS SNR을 달성하므로 소나(sonar) 애플리케이션으로 이미지 해상도를 향상시키면서 경쟁 디바이스와 비교했을 때 채널당 71mW로 65% 더 적은 전력을 소모한다. 기술 비디오 “산업용 애플리케이션에서 신호 탐지 능력 향상시키기”에서는 이 제품군의 우수한 잡음 방지 성능이 어떻게 더 높은 정확도와 더 우수한 이미지 해상도를 달성할 수 있도록 하는지 설명하고 있다.

기능 통합과 높은 샘플링 주파수로 설계 간소화

ADC3660 제품군은 높은 샘플링 속도와 기능 통합으로 시스템이 필요로 하는 부품 수를 줄이도록 한다. 예를 들어서 ADC3683은 가장 비슷한 동급의 18비트 디바이스와 비교했을 때, 두 배의 채널 밀도로 4배 더 빠르게 샘플링을 하므로 오버샘플링[8]을 가능하게 한다.

오버샘플링은 고조파를 원하는 신호로부터 멀리 떨어트림으로써, 엔지니어들이 에일리어싱[9] 방지 필터의 복잡성을 낮추고 시스템 부품 수를 75%까지 줄일 수 있도록 한다.

설계 복잡성을 낮추는 또 다른 특징으로서 온칩 데시메이션[10] 기능이 있는데 이는 시스템에서 원치 않는 잡음과 고조파를 손쉽게 제거하고 신호대 잡음 비(SNR)와 스퓨리어스[11] 없는 동적 범위(SFDR)를15dB까지 향상시킨다. 이러한 데시메이션 기능에 CMOS 인터페이스까지 제공하므로, 이들 ADC 제품을 FPGA가 아니라 Arm® 기반 프로세서나 디지털 신호 프로세서와 함께 사용할 수 있기에 시스템 비용을 절감할 수 있다.

뿐만 아니라 복합적 수치 제어 발진기를 사용한 디지털 다운컨버터[12]를 통합함으로써 필요한 프로세서 자원의 양을 절감할 수 있다. 이와 관련하여 기술 기고 “디지털 필터를 통합한 고속 ADC는 어떻게 AFE 필터링을 간소화하는가?”에서 확인할 수 있다.

패키지, 공급, 가격

ADC3563, ADC3583, ADC3643, ADC3660, ADC3663, ADC3664, ADC3683은 5mm x 5mm WQFN 패키지로 제공된다. 현재 TI.com에서 ADC3541의 양산 전 평가 모듈 버전을 구입할 수 있으며, 양산은 2022년 1분기에 시작될 예정이다. 가격은 1천개 단위로 249달러이다. TI.com에서 빠르고 신뢰할 수 있는 다양한 결제 수단 및 운송 옵션을 선택할 수 있다.

제품

샘플 레이트

분해능

채널

패키지

지금 바로 구입 가능

가격(1 수량일 )

평가 모듈

ADC3541

10 MSPS

14 bit

1

WQFN (5mm x 5mm)

ADC3541

US$14.50

2021년 4분기에 제공 예정

ADC3563

65 MSPS

16 bit

1

ADC3563

US$46.50

ADC3663EVM

ADC3663

65 MSPS

16 bit

2

ADC3663

US$64.50

ADC3583

65 MSPS

18 bit

1

ADC3583

US$71.50

ADC3683EVM

ADC3683

65 MSPS

18 bit

2

ADC3683

US$99.50

ADC3643

65 MSPS

14 bit

2

ADC3643

US$37.00

ADC3643EVM

ADC3660

65 MSPS

16 bit

2

ADC3660

US$46.50

ADC3660EVM

ADC3664

125 MSPS

14 bit

2

ADC3664

US$61.50

ADC3664EVM


[1]연속 근사: 각 이산 코사인 변환 계수의 최상위 비트를 우선 전송하고, 이후의 주사(走査)에서 계속되는 하위의 비트를 1비트씩 차례대로 부호화 하는 방식

[2] 레지스터: 특정한 목적으로 외부 정보를 일시적으로 기억하는 장치. 데이터를 읽고 쓰는 기능이 매우 빠르며, 중앙 처리 장치 안에 사용됨

[3] 분해능: 신호 측정 방법 또는 장치의 한계 성능을 나타내는 지표로써, 구별해낼 수 있는 가장 미세한 신호차이

[4] 제어루프: 폐쇄 시스템(closed system)의 주류를 이루는 것으로, 자동 제어 방식이라고도 함. 입력된 정보를 처리하고 그 결과를 출력할뿐만 아니라 최종 조건이 충족될 때까지 반드시 그 출력의 일부를 어떤 방법으로든 재차 입력측에 되돌려 같은 처리를 하는 제어 방식

[5] 클록: 데이터를 읽고 쓰는 기능이 매우 빠르며, 중앙 처리 장치 안에 사용

[6] 협대역: 데이터 통신에 사용되는 주파수 대역 중에서 음성 신호에 비해 대역폭이 좁은 대역. 소량의 데이터만 전송 가능

[7] 신호대 잡음 비: 정보를 지닌 신호의 세기를 잡음의 세기로서 나눈 값

[8] 오버샘플링: 두 배 이상의 대역폭, 또는 샘플링할 수 있는 최고의 샘플링 주파수로 신호를 샘플링하는 과정

[9] 에일리어싱: 아날로그 신호의 표본화 시 표본화 주파수가 신호의 최대 주파수의 2배보다 작거나 필터링이 부적절하여 인접한 스펙트럼들이 서로 겹쳐 생기는 신호 왜곡 현상

[10] 데시메이션: 혼신없는 대역폭 축소, 디지털 신호처리에서 레이트를 줄이는 과정

[11] 스퓨리어스: 무선송신기로 목적하는 주파수 이외의 불필요한 고조파 ·저조파를 비롯하여, 정해진 대역(帶域) 밖에 나오는 신호 성분

[12] 다운컨버터: 출력 주파수가 입력 주파수보다 낮은 주파수 변환기