最佳传感器集线器MCU选项，具有高ADC通道数量

已创建：五月 14, 2021
已更新：July 1, 2024

最近，一位工业客户请我帮助设计一个新版本的电路板，用于与大量传感器接口。这里的目标是将三个具有不同功能和组件的电路板合并为一个单一的电路板，提供数据采集所需的所有接口。这让我开始思考，对于传感器集线器来说，可能需要使用哪种类型的MCU，以及你可以在单个MCU中安装多少个通道。

事实证明，如果你购买一个高性能的MCU，它们可以拥有相当多的ADC，具有合理的高分辨率，这是你进行传感器数据采集所需的。如果你不是为了进行非常低信号水平和信噪比值的相干光测量而构建控制板，主要制造商将为你提供具有高I/O计数和高ADC通道计数的MCU板的众多选项。以下是你在下一个传感器集线器板或类似产品中可以使用的一些选项。

在你的传感器MCU中实现高ADC通道计数

在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你的电路板中的处理器接口。引入多通道ADC，它为你提供多个通道来收集和处理数据。如果你需要构建一个占地面积小的系统，你可以使用集成了ADC的MCU。虽然在计算能力方面可能不是最强大的，但许多MCU包括了大量的外设，需要与其他数字组件和模拟传感器接口。

具有高ADC通道计数的MCU在许多混合信号系统中为你提供了特定的优势。与使用外部多通道ADC相比，以下是你可能想要使用具有高通道计数的MCU的一些原因：

适度的时钟频率：具有高通道计数ACD的MCU也倾向于具有高时钟频率，以提供所需的采样率，因此它们也可以使用适度复杂的算法快速处理转换后的数据。
采样率：大多数16位或32位具有高ADC通道计数的MCU仍然提供~Msps的采样率。这提供了对~MHz频率的模拟信号的准确感知。
外设和接口：如果你的传感器不需要直接连接到你的ADC，MCU提供标准的低速接口，用于从其他外设收集数据。

除了低速和高速接口、ADC通道计数以及时钟/采样率之外，传感器节点设计的两个重要规格包括板载内存和功耗。对于功耗，你会希望选择一个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电力。

最终，具有高ADC通道数量的MCU有时会将这些通道分布在多个并行运行的ADC上，而不是一个具有所有可用通道的单个ADC。使用多个ADC可以实现交错采样，通过对每个ADC的输出应用相位移动来增加采样率。换句话说，如果组件包含N个ADC，那么交错采样允许采样率增加N倍。

一些高ADC通道数量的MCU

Microchip, PIC32MZ系列

Microchip的PIC32MZ系列MCU是公司的嵌入式连接（EC）家族的一部分。这些组件提供多达48个模拟通道，具有10位分辨率，1 MSPS，和独立的外部ADC触发源。32位ARM Cortex M4核心的运行速度高达200 MHz。不同的封装包含不同的I/O数量以与外设接口，以及标准接口（I2C/SPI/I2S）和EBI或PMP图形接口。高速接口包括USB 2.0控制器和带MII和RMII接口的10/100以太网MAC。

PIC32MZ系列核心框图。来自PIC32MZ系列MCU数据手册。

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之一，仅次于Atmel的MCU（Arduino名声）。STM32F405xx和STM32F407xxMCU包括3个嵌入式ADC，每个具有16个通道和12位分辨率。提供的采样率高达2.4 Msps，30 MHz Flash访问，VDD = 3.0至3.6 V（60 MHz全功率时钟速率）。此外，这些组件中的ADC可以在交错模式下以7.2 Msps的速率操作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。

Texas Instruments, TM4C123x系列

Texas Instruments的TM4C123x系列MCU包括多达24个ADC通道，具有12位分辨率，最高2 Msps采样率。该组件运行在ARM Cortex M4F核心上（120 MHz时钟速率），具有高达1 MB Flash和256 KB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。包括USB 2.0 PHY和10/100以太网MAC。这一系列MCU中的高采样率、分辨率和ADC通道数量使它们成为车辆、工业环境、机器人和人机界面中传感器节点的绝佳选择。下面显示了TM4C123x系列框图中的完整功能列表。