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具有高ADC通道数的最佳传感器集线器MCU选项
具有高ADC通道数的最佳传感器集线器MCU选项
一位工业客户要求我帮助设计用于与大量传感器接口的电路板的新版本。此处的目标是将三个具有单独功能和组件的板合并为一个板，以提供数据采集所需的所有接口。让我开始思考一个传感器集线器可能需要使用的MCU类型，以及单个MCU可以容纳多少个通道。
事实证明，如果您购买了高性能MCU，则它们可以具有相当数量的ADC，这些ADC具有相当高的分辨率，是传感器数据采集所需的。如果您不打算在非常低的信号电平和SNR值下构建用于相干光学测量的控制板，则主要制造商将为您提供大量具有高I / O计数和高ADC通道数的MCU板的选择。您可以在下一个传感器集线器板或类似产品中使用以下选项。
传感器MCU中的ADC通道数很高
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器接口。输入一个多通道ADC，它将为您提供多个通道来收集和处理数据。如果您需要构建占用空间小的系统，则可以使用带有集成ADC的MCU。尽管在计算能力方面不是最强大的，但许多MCU都包含许多与其他数字组件和模拟传感器接口所需的外围设备。
具有大量ADC通道数的MCU在许多混合信号系统中为您提供了特殊的优势。而不是使用的外部多通道ADC，这里可能是您想使用的MCU具有高通道数的一些原因：
中等时钟速率：具有高通道数ACD的MCU往往也具有较高的时钟速率以提供所需的采样率，因此它们还可以使用中等复杂的算法快速处理转换后的数据。
采样率： ADC通道数较高的大多数16位或32位MCU仍提供〜Msps采样率。这样可以精确感应高达〜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，您需要具有睡眠模式和条件唤醒控制的组件，因为这将有助于节省功耗。
最后，具有较高ADC通道数的MCU有时会将这些扩展通道分布在多个并行运行的ADC上，而不是具有所有可用通道的单个ADC。使用多个ADC可以实现交织，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。这些组件最多可提供48个具有10位分辨率，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为200 MHz。不同的封装包含用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16个通道和12位分辨率。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可以在交错模式下以7.2 Msps的速率运行，具有24个通道。这两个组件包含许多标准接口（SPI / I2C / UART），多达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包括多达24个ADC通道，具有12位分辨率，采样率高达2 Msps。该组件运行在ARM Cortex M4F内核（时钟频率为120 MHz）上，具有高达1 MB的闪存和256 KB的内部RAM。为了访问外设和其他传感器，其他接口包括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，分辨率和ADC通道数使其成为车辆，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的完整列表。
TM4C123x框图。摘自TM4C123x MCU数据表勘误表。
传感器集线器设计的其他组件
除了实际的传感器之外，您还需要在设计中使用其他组件来提供多个传感器的稳定感测。无线连接和网络/计算接口也非常重要，因为传感器集线器需要集成到更大的生态系统中。此外，您可以使用一些信号采集和调节组件来确保准确的采集。
无线收发器（WiFi，蓝牙等）
开关稳压器或LDO
用于低电平信号的放大器IC
MCU驱动的传感器节点包含广泛的组件，您可以使用Octopart中的高级搜索和过滤功能来查找所需的零件。使用Octopart的电子搜索引擎时，您将可以访问分销商数据和零件规格，并且都可以在用户友好的界面中免费访问它们。查看我们的线性集成电路页面，找到您需要的组件。