Analog/Digital-Wandler
Immer den richtigen Wandler wählen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Delta-Sigma-A/D-Wandler
Medizinische Geräte revolutionieren heute den Markt für die medizinische Versorgung zu Hause, da Patienten dadurch eine Vielzahl von Diagnosen selbst durchführen können, ohne ihre Wohnung verlassen zu müssen. So lassen sich wichtige Daten wie Blutdruck, Blutzucker und Körpertemperatur überwachen. Diese medizinischen Geräte müssen jedoch schnell, effizient und zuverlässig arbeiten. Da tragbare medizinische Sensoren sich weiterentwickeln, werden eine lange Batteriebetriebszeit und kleine Ausmaße immer wichtigere Faktoren für die nichtinvasive medizinische Vorsorge.
Einige medizinische Messungen erfordern, dass die analogen Schaltungen kontinuierlich arbeiten, und Tausende, wenn nicht gar Millionen Messungen pro Sekunde ausführen. Andere Applikationen erfordern nur eine einzige Messung am Tag.
Für diese gelegentlichen Tests muss die analoge Schaltung nur einmal einschalten, die Messung durchführen und dann für den Rest des Tages wieder in den Bereitschaftsbetrieb übergehen und in diesem stromsparenden Schlafmodus verharren.Derartige Schlaf- oder Ruhezustände müssen auf dem IC verfügbar sein, um eine sehr geringe Verlustleistung während der inaktiven Perioden zu gewährleisten.
Linear Technology offeriert eine Familie von 16-Bit-Delta-Sigma-A/D-Wandlern für portable Anwendungen (Bild 1), wie am Patienten getragene EKG-Geräte mit drahtlosen Schnittstellen oder Temperatur- und Glukose-Überwachungsgeräte.
Die »LTC2470«-Familie hat Ausgangsraten von bis zu 1 kBit/s - garantiert ohne Codefehler in den 16-Bit-, SPI- oder I2C-Schnittstellen - und enthält eine interne Referenz mit einer Temperaturgenauigkeit von 10 ppm/K, um die optimalen Ausmaße der Lösung sicherzustellen.
Schnelle A/D-Wandler
Medizinische Bildverarbeitungsapplikationen verwenden eine Vielzahl von Hochleistungs-Datenwandlern. Ultraschall, PET/SPECT, magnetische Kernspintomografie (MRI, magnetic resonance imaging) und Röntgengeräte benutzen alle Mehrkanal-Abtastsysteme, um die Daten zu sammeln.
Da diese Anwendungen einen sehr großen Dynamikbereich benötigen, ist die dynamische Leistung des A/D-Wandlers hier besonders wichtig. Hohe Werte für SINAD (signal-to-noise and distortion) und SFDR (spurious free dynamic range) werden benötigt, um die optimale Leistung zu erzielen. Zusätzlich ist in Applikationen wie der MRI, in denen Unterabtastungstechniken verwendet werden, eine große Bandbreite des Abtast-und-Halteverstärkers (Sample and Hold) wichtig.
Linear Technology hat eine Produktlinie an verlustleistungsarmen, mehrkanaligen Hochleistungs-12-Bit- und 14-Bit-A/D-Wandler für Bildverarbeitungsapplikationen entwickelt. Diese Pin-kompatible Familie von simultan abtastenden Vierfach-Bausteinen der Serie »LTC2175« und von Zweifach-Bausteinen der »LTC2268«-Reihe haben Abtastraten von 25 MSample/s bis 125 MSample/s und verbrauchen bei der höchsten Abtastrate 140 mW pro Kanal (Bild 2).
Die Schlüsseleigenschaften sind ein SNR von 73,1 dB und ein SFDR von 88 dB bei 14 Bit Datenbreite, 800 MHz Bandbreite und voller Leistung, serielle LVDS-Ausgänge und stromsparende Schlaf- und Ruhe-Zustände. Für Anwendungen, die eine höhere Auflösung benötigen, bietet die neue Familie von ein- und zweikanaligen 16-Bit-A/D-Wandlern mit flexiblen digitalen Ausgängen einen SNR von über 76,8 dB und ein SFDR von über 90 dB.
Die einkanalige »LTC2165«- und die zweikanalige »LTC2185«-Familie besitzen eine Auswahl an digitalen Ausgängen mit voller CMOS-Datenrate oder doppelter Datenrate (DDR) mit CMOS/LVDS. Die »LTC2195«-Familie besteht aus zwei simultan abtastenden A/D-Wandlern mit seriellen LVDS-Ausgängen.
Bei 125 MSample/s Abtastrate verbrauchen diese Wandler 185 mW pro Kanal an einer 1,8-V-Stromversorgung (Bild 3), und etwa 1,5 mW pro Kanal bei jeder Geschwindigkeitsstufe (speed grade). Über eine SPI-Schnittstelle können Anwender das Timing der digitalen Ausgänge, des LVDS-Ausgangsstroms und optional den Abschluss des LVDS-Ausgangs programmieren.
| Parameter | LTC2383-16 | LTC2382-16 | LTC2381-16 |
|---|---|---|---|
| Auflösung |
16 Bit |
16 Bit |
16 Bit |
| Geschwindigkeit |
1 MSample/s |
500 kSample/s |
256 kSample/s |
| Verlustleistung |
13 mW |
6,5 mW |
3,25 mW |
| Gehäuse |
4 mm x 3 mm DFN-16, 16-Lead-MSOP |
4 mm x 3 mm DFN-16, 16-Lead-MSOP |
4 mm x 3 mm DFN-16, 16-Lead-MSOP |
Tabelle 1: Die verlustleistungsarmen, seriellen SAR-A/D-Wandler der »LTC238x«- Familie von Linear Technology mit speziellen Busy- und Chain-Pins
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