數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：模擬與數(shù)字世界的橋梁

　　摘要：數(shù)字化需求的不斷增長(zhǎng)，對(duì)模擬技術(shù)——特別是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的需求變得更為重要。數(shù)字技術(shù)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)的要求越來(lái)越高，本文介紹了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器;ADC;DAC;SAR;Σ～Δ

　　隨著電子技術(shù)水平的不斷發(fā)展，作為從聯(lián)系真實(shí)自然界采集或傳遞感官信息與數(shù)字處理、存儲(chǔ)和傳輸所必備的橋梁紐帶，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(Data Converter—ADC/DAC)起著至關(guān)重要的作用，也正是因?yàn)閿?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，尤其是ADC的廣泛應(yīng)用，大大推動(dòng)了數(shù)字世界的長(zhǎng)足發(fā)展和進(jìn)步。半導(dǎo)體供應(yīng)商也一直在不斷加大對(duì)此的投入和技術(shù)創(chuàng)新。另外，與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能、集成度甚至成本息息相關(guān)的芯片工藝技術(shù)水平也在不段進(jìn)步。而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能決定了信號(hào)轉(zhuǎn)換效果的優(yōu)劣，且在很大程度上決定了當(dāng)今數(shù)字設(shè)備的性能。

　　市場(chǎng)年增9%

　　隨著人們對(duì)信號(hào)捕捉能力的要求逐步提升，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，Gartner預(yù)測(cè)，獨(dú)立的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品收入將達(dá)到8.9%的年均增長(zhǎng)率，營(yíng)收從2009年25.67億美元增長(zhǎng)至2014年39.37億美元。增長(zhǎng)點(diǎn)主要包

　　括高端醫(yī)療/工業(yè)和測(cè)量應(yīng)用(高平均售價(jià))和低端消費(fèi)類音頻產(chǎn)品(量大)，在醫(yī)療/工業(yè)應(yīng)用的年均增長(zhǎng)率為10.2%，消費(fèi)類電子應(yīng)用則為9.2%。市場(chǎng)調(diào)查公司Databeans預(yù)測(cè)，2010年數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的營(yíng)收將有望比2009年增長(zhǎng)20%以上。從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，Databeans預(yù)計(jì)到2015年，轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)會(huì)繼續(xù)保持9%的年均增長(zhǎng)率。

　　市場(chǎng)表現(xiàn)方面，ADI是世界上最大的獨(dú)立的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IC供應(yīng)商，德州儀器(TI)緊隨其后，Maxim位列第三，Linear Technology公司(凌力爾特)位居第四。歐勝微電子則是音頻編解碼器的最大供應(yīng)商，不過(guò)面臨來(lái)自Cirrus Logic公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

　　高性能多通道轉(zhuǎn)換器是未來(lái)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的大趨勢(shì)，同時(shí)要滿足不同差異化的應(yīng)用需求。“ADI的市場(chǎng)策略是基于現(xiàn)今社會(huì)對(duì)信號(hào)處理的實(shí)際要求，用先進(jìn)的轉(zhuǎn)換器技術(shù)及產(chǎn)品來(lái)為主要客戶提升系統(tǒng)性能。這就是ADI能夠遠(yuǎn)超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并占據(jù)46%的市場(chǎng)份額的原因”，ADI公司轉(zhuǎn)換器部門副總裁Dick Meaney指出。

　　Gartner 模擬半導(dǎo)體研究總監(jiān)Stephan Ohr認(rèn)為，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)對(duì)性能的要求越來(lái)越嚴(yán)格，并滿足一些特殊性要求。傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的需求是轉(zhuǎn)換速率和精度。速率以采樣率為單位，精度則體現(xiàn)在位分辨率。原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能每年都在不斷提高;而對(duì)更高精度和采樣率以及更高帶寬的需求在2011年將繼續(xù)存在。這些數(shù)值若能達(dá)到優(yōu)良值就能夠幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師減小系統(tǒng)體積，降低復(fù)雜程度和信號(hào)鏈的能耗。當(dāng)然，與高速和高分辨率一樣，低功耗和更高集成度一直是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的必然要求。在消費(fèi)電子領(lǐng)域主要是音頻編/解碼器，競(jìng)爭(zhēng)集中在將 A / D轉(zhuǎn)換器和立體聲的D / A轉(zhuǎn)換器集成在單芯片以及芯片成本上。盡管價(jià)格壓力很大，不過(guò)，現(xiàn)在的音頻編解碼器通常還是包括一個(gè)耳機(jī)放大器，電源管理器件和一個(gè)基于DSP的音頻增強(qiáng)處理器、3D音效擴(kuò)展或噪音消除。基于Flash(快閃)和Pipeline(流水線)技術(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器同樣在諸如高清視頻播放器等便攜產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

　　帶有更大ASSP(專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)的集成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在成本和性能方面的優(yōu)勢(shì)仍在被激烈地爭(zhēng)論。許多手機(jī)應(yīng)用相同的穩(wěn)壓器芯片將立體聲音頻編解碼器與電源管理集成到一起，分立編解碼器供應(yīng)商會(huì)說(shuō)這是一種嚴(yán)重的音質(zhì)妥協(xié)，因?yàn)榫幗獯a器容易受到開關(guān)噪聲的干擾;但從市場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看，越來(lái)越多的專門數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將逐漸轉(zhuǎn)化為一個(gè)更加綜合應(yīng)用的特定部分。

　　高分辨率ADC概覽

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一個(gè)重要的應(yīng)用是信號(hào)的采集和傳輸，這在通信應(yīng)用中表現(xiàn)得極為明顯。在通信基礎(chǔ)設(shè)施方面，電信網(wǎng)絡(luò)(包括3G和4G)承載的數(shù)據(jù)量日益增長(zhǎng)，正考驗(yàn)著中國(guó)通信基礎(chǔ)設(shè)施的能力。這正是當(dāng)今DAC和ADC技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。ADI 公司中國(guó)技術(shù)支持中心經(jīng)理聶海霞指出，在所有類型的基站和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施(WIFR)系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，極高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)都是占據(jù)主導(dǎo)地位的信號(hào)發(fā)生器?，F(xiàn)在它們還能執(zhí)行某些功能，以降低基帶處理器的負(fù)荷。這為設(shè)計(jì)人員提供了靈活度，使他們?cè)诟纳菩盘?hào)質(zhì)量的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、更低的成本以及更低的功耗。這也意味著，設(shè)計(jì)人員越來(lái)越多地要求DAC不僅能支持傳統(tǒng)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，例如GSM、WCDMA、TD–SCDMA、CDMA2000、WiMAX和LTE等，還要能滿足多標(biāo)準(zhǔn)蜂窩基站和其它一些應(yīng)用的需求，這些應(yīng)用采用了借助寬信號(hào)帶寬的復(fù)雜DPD(數(shù)字預(yù)失真)技術(shù)。DAC需要兼具性能和靈活性，特別是對(duì)于支持4至6載波GSM傳輸規(guī)范或其它通信標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。汽車、能源和航空電子系統(tǒng)也存在高性能挑戰(zhàn)，在這些應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換器的可靠性是最重要特性之一。轉(zhuǎn)換器必須達(dá)到特定的行業(yè)規(guī)格，并具備很長(zhǎng)的生命周期。