Tại sao các bộ vi điều khiển thường không có bộ vi xử lý trên chip?

Trong câu trả lời này, tôi đọc được rằng các bộ vi điều khiển thường không có bộ xử lý tín hiệu, trong khi chúng có ADC. Tại sao vậy?

chỉnh sửa
Tôi đánh giá cao việc tích hợp các điện trở như trong R-2R DAC rất tốn kém về mặt bất động sản (cảm ơn Mike, vì câu trả lời của bạn), nhưng tôi nghĩ rằng các bộ chuyển đổi hiện tại có thể được chế tạo rất nhỏ vì chúng chỉ cần một số bóng bán dẫn.

Đầu tiên, một số bộ vi điều khiển DO có bộ chuyển đổi D / A. Tuy nhiên, những thứ này ít phổ biến hơn nhiều so với bộ chuyển đổi A / D.

Bên cạnh các vấn đề kỹ thuật, lý do chính là nhu cầu thị trường. Hãy suy nghĩ về nó. Loại ứng dụng nào sẽ yêu cầu D / A thực sự? Rất hiếm khi muốn một micro tạo ra tín hiệu tương tự tốc độ cao hợp lý trừ khi điểm đó là xử lý tín hiệu. Tuy nhiên, thị trường chính cho âm thanh đó và cần độ phân giải cao hơn nhiều so với bạn có thể xây dựng với cùng một quy trình được sử dụng để tạo ra vi điều khiển kỹ thuật số. Vì vậy, âm thanh sẽ sử dụng A / Ds và D / As bên ngoài. DSP dành cho các ứng dụng như vậy có phần cứng giao tiếp được tích hợp để nói chuyện với các thiết bị bên ngoài như I2S.

Mặt khác, đối với các ứng dụng điều khiển thông thường, chiến lược là chuyển đổi sang kỹ thuật số ngay từ đầu trong quy trình và sau đó giữ mọi thứ kỹ thuật số. Điều này lập luận cho A / D, nhưng D / As là vô dụng vì bạn không muốn quay lại analog.

Những thứ mà vi điều khiển thường điều khiển được điều khiển bằng PWM (Điều chế PulseWidth). Chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng và âm thanh lớp D vốn đã hoạt động trên các xung. Điều khiển động cơ, điều khiển điện từ, vv, tất cả đều được thực hiện với các xung cho hiệu quả. Bạn muốn phần tử pass hoàn toàn bật hoặc tắt hoàn toàn vì một công tắc lý tưởng không thể tiêu tan bất kỳ nguồn điện nào. Trong các hệ thống lớn hoặc nơi nguồn điện đầu vào khan hiếm hoặc đắt tiền (như hoạt động của pin), hiệu quả của các hệ thống chuyển mạch là rất quan trọng. Trong rất nhiều trường hợp trung bình, tổng công suất sử dụng không phải là vấn đề, nhưng loại bỏ năng lượng lãng phí như nhiệt. Một mạch chuyển đổi tiêu tan 1 W thay vì 10 W có thể tốn kém hơn một chút ở các bộ phận điện tử so với mạch tuyến tính 10 W, nhưng nhìn chung rẻ hơn rất nhiều vì bạn không cần tản nhiệt với kích thước và trọng lượng liên quan,

Lưu ý rằng các đầu ra PWM, rất phổ biến trong các bộ vi điều khiển, có thể được sử dụng để tạo tín hiệu tương tự trong các trường hợp bất thường khi bạn cần chúng. Lọc thông thấp đầu ra PWM là cách dễ nhất và tốt nhất để tạo tín hiệu tương tự từ vi mô miễn là bạn có đủ độ phân giải * sản phẩm tốc độ. Các đầu ra PWM được lọc rất đơn điệu và có tính tuyến tính cao, và độ phân giải so với tốc độ đánh đổi có thể hữu ích.

Bạn có bất cứ điều gì cụ thể trong tâm trí mà bạn muốn một micro có bộ chuyển đổi D / A không? Rất có thể điều này có thể được giải quyết với PWM được lọc thông thấp hoặc sẽ cần D / A bên ngoài để có độ phân giải * tốc độ cao hơn. Khoảng cách giữa bộ lọc PWM và bên ngoài khá hẹp và loại ứng dụng thực sự cần tín hiệu như vậy cũng hẹp.

Các bộ xử lý tương đối đắt tiền trong khu vực silicon. Ít ứng dụng hơn cần đầu ra tương tự so với đầu vào và chức năng DAC cần thiết cho một tỷ lệ lớn các ứng dụng có thể đạt được rẻ hơn bằng cách sử dụng PWM và một lượng nhỏ bộ lọc bên ngoài.

Hai vấn đề nữa, chưa được đề cập:

• Có nhiều trường hợp một bộ phận sẽ cần có thể đo điện áp trên nhiều chân, nhưng không đồng thời. Có thể sử dụng một ADC đơn cùng với một cổng cho mỗi pin để thực hiện việc này. Ngược lại, hầu hết các bộ phận cần nhiều đầu ra DAC sẽ cần chúng cùng một lúc.

• Mạch có giao diện ADC với thế giới bên ngoài chỉ có thể truyền đủ dòng điện để sạc hoặc xả bất kỳ điện dung cố ý hoặc ký sinh nào trên mạch đầu vào của ADC. Không chỉ là một lượng khá nhỏ hiện tại, mà về cơ bản nó độc lập với ứng dụng. Diện tích bổ sung cần thiết để xử lý các yêu cầu xử lý hiện tại "trong trường hợp xấu nhất" sẽ không đáng kể so với yêu cầu đối với một thứ có thể hoạt động trong các trường hợp ứng dụng thuận lợi. Ngược lại, các ứng dụng DAC khác nhau sẽ có các yêu cầu tìm nguồn cung ứng hoặc chìm hiện tại khác nhau và diện tích chip cần thiết để xử lý các yêu cầu đó sẽ rất khác nhau. Chi 20% diện tích chip của một người cho một vài bộ xử lý phù hợp chính xác với yêu cầu của ứng dụng sẽ là điều hợp lý,

Ngẫu nhiên, một kỹ thuật mà tôi chưa từng thấy được sử dụng nhiều là kết hợp một bộ xử lý tín hiệu với một bộ điều khiển. Khi sử dụng một R / 2R DAC, thật dễ dàng để thêm một đầu vào bổ sung có trọng lượng tương đương với LSB (ví dụ: một DAC 3 + 1 đầu vào sẽ có các trọng số 1/2, 1/4, 1/8 và 1/8). Sử dụng bộ xử lý 8 bit và thêm tín hiệu PWM vào nó có thể mang lại kết quả 12 bit với 1/128 tiếng ồn của bộ xử lý 12 bit, nhưng với chi phí thấp hơn so với sử dụng bộ xử lý tuyến tính 12 bit có độ tương đương.

Như Olin đã nói, một số MCU có bộ xử lý tín hiệu. Hãy nhìn vào Cypress PSoC3 và PSoC5. Chúng chứa tối đa hai DAC. Đây có thể là cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng cảm biến tương tự đòi hỏi một điện áp cắt trước khi khuếch đại.

Ví dụ, chúng tôi đã sử dụng một để đo đầu ra của cảm biến áp suất. Mỗi chip cảm biến áp suất có một điện áp bù ngẫu nhiên. Khi MCU đặt lại, nó đặt điện áp DAC chỉ nhỏ hơn đầu ra của cảm biến. Sau đó khuếch đại sự khác biệt giữa các điện áp này.

Thật tuyệt khi có thể có tất cả ADC, DAC, Opamp và MCU trong một chip.

Xem lại điều này vào năm 2017, hiện tại có một số họ vi điều khiển bao gồm các bộ xử lý tín hiệu (ngoài Cypress PSOC và PIC được liệt kê ở trên):

• Thiết bị tương tự ADuC70xx
• Atmel AVR XMEGA (một số bộ phận)
• Infineon XMC4100 / XMC4200
• Loạt NXP Kinetis, những người khác
• Renesas H8, R8, những người khác
• Phòng thí nghiệm Silicon
• STMicroelectronics một số dòng STM32
• TI, một số dòng MSP430, cũng là một số dòng C2000
• Zilog (với bộ xử lý Z8)

Tìm kiếm trên Chỉ mục sản phẩm Digikey > Mạch tích hợp (IC)> Nhúng - Vi điều khiển đưa ra một danh sách, với một trong các cột có nhãn "Bộ chuyển đổi dữ liệu"