數據轉換器：模擬與數字世界的橋梁

　　摘要：數字化需求的不斷增長(cháng)，對模擬技術(shù)——特別是數據轉換器技術(shù)的需求變得更為重要。數字技術(shù)對信號轉換技術(shù)的要求越來(lái)越高，本文介紹了數據轉換器技術(shù)的發(fā)展和現狀。

　　關(guān)鍵詞：數據轉換器;ADC;DAC;SAR;Σ～Δ

　　隨著(zhù)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字處理、存儲和傳輸所必備的橋梁紐帶，數據轉換器(Data Converter—ADC/DAC)起著(zhù)至關(guān)重要的作用，也正是因為數據轉換器，尤其是ADC的廣泛應用，大大推動(dòng)了數字世界的長(cháng)足發(fā)展和進(jìn)步。半導體供應商也一直在不斷加大對此的投入和技術(shù)創(chuàng )新。另外，與數據轉換器性能、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。而數據轉換器的性能決定了信號轉換效果的優(yōu)劣，且在很大程度上決定了當今數字設備的性能。

　　市場(chǎng)年增9%

　　隨著(zhù)人們對信號捕捉能力的要求逐步提升，數據轉換器的應用變得越來(lái)越廣泛，Gartner預測，獨立的數據轉換器產(chǎn)品收入將達到8.9%的年均增長(cháng)率，營(yíng)收從2009年25.67億美元增長(cháng)至2014年39.37億美元。增長(cháng)點(diǎn)主要包

　　括高端醫療/工業(yè)和測量應用(高平均售價(jià))和低端消費類(lèi)音頻產(chǎn)品(量大)，在醫療/工業(yè)應用的年均增長(cháng)率為10.2%，消費類(lèi)電子應用則為9.2%。市場(chǎng)調查公司Databeans預測，2010年數據轉換器的營(yíng)收將有望比2009年增長(cháng)20%以上。從長(cháng)期發(fā)展來(lái)看，Databeans預計到2015年，轉換器市場(chǎng)會(huì )繼續保持9%的年均增長(cháng)率。

　　市場(chǎng)表現方面，ADI是世界上最大的獨立的數據轉換器IC供應商，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商，不過(guò)面臨來(lái)自Cirrus Logic公司的激烈競爭。

　　高性能多通道轉換器是未來(lái)轉換器技術(shù)的大趨勢，同時(shí)要滿(mǎn)足不同差異化的應用需求。“ADI的市場(chǎng)策略是基于現今社會(huì )對信號處理的實(shí)際要求，用先進(jìn)的轉換器技術(shù)及產(chǎn)品來(lái)為主要客戶(hù)提升系統性能。這就是ADI能夠遠超競爭對手并占據46%的市場(chǎng)份額的原因”，ADI公司轉換器部門(mén)副總裁Dick Meaney指出。

　　Gartner 模擬半導體研究總監Stephan Ohr認為，數據轉換器市場(chǎng)對性能的要求越來(lái)越嚴格，并滿(mǎn)足一些特殊性要求。傳統上，數據轉換器應用的需求是轉換速率和精度。速率以采樣率為單位，精度則體現在位分辨率。原始數據轉換器的性能每年都在不斷提高;而對更高精度和采樣率以及更高帶寬的需求在2011年將繼續存在。這些數值若能達到優(yōu)良值就能夠幫助系統設計師減小系統體積，降低復雜程度和信號鏈的能耗。當然，與高速和高分辨率一樣，低功耗和更高集成度一直是數據轉換器產(chǎn)品的必然要求。在消費電子領(lǐng)域主要是音頻編/解碼器，競爭集中在將 A / D轉換器和立體聲的D / A轉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)，現在的音頻編解碼器通常還是包括一個(gè)耳機放大器，電源管理器件和一個(gè)基于DSP的音頻增強處理器、3D音效擴展或噪音消除?；贔lash(快閃)和Pipeline(流水線(xiàn))技術(shù)的數據轉換器同樣在諸如高清視頻播放器等便攜產(chǎn)品中得到廣泛應用。

　　帶有更大ASSP(專(zhuān)用標準產(chǎn)品)的集成數據轉換器在成本和性能方面的優(yōu)勢仍在被激烈地爭論。許多手機應用相同的穩壓器芯片將立體聲音頻編解碼器與電源管理集成到一起，分立編解碼器供應商會(huì )說(shuō)這是一種嚴重的音質(zhì)妥協(xié)，因為編解碼器容易受到開(kāi)關(guān)噪聲的干擾;但從市場(chǎng)反應來(lái)看，越來(lái)越多的專(zhuān)門(mén)數據轉換器將逐漸轉化為一個(gè)更加綜合應用的特定部分。

　　高分辨率ADC概覽

　　數據轉換器一個(gè)重要的應用是信號的采集和傳輸，這在通信應用中表現得極為明顯。在通信基礎設施方面，電信網(wǎng)絡(luò )(包括3G和4G)承載的數據量日益增長(cháng)，正考驗著(zhù)中國通信基礎設施的能力。這正是當今DAC和ADC技術(shù)面臨的主要挑戰之一。ADI 公司中國技術(shù)支持中心經(jīng)理聶海霞指出，在所有類(lèi)型的基站和無(wú)線(xiàn)基礎設施(WIFR)系統的現代設計中，極高速數模轉換器(DAC)都是占據主導地位的信號發(fā)生器?，F在它們還能執行某些功能，以降低基帶處理器的負荷。這為設計人員提供了靈活度，使他們在改善信號質(zhì)量的同時(shí)，能夠實(shí)現更簡(jiǎn)單的設計、更低的成本以及更低的功耗。這也意味著(zhù)，設計人員越來(lái)越多地要求DAC不僅能支持傳統的無(wú)線(xiàn)通信標準，例如GSM、WCDMA、TD–SCDMA、CDMA2000、WiMAX和LTE等，還要能滿(mǎn)足多標準蜂窩基站和其它一些應用的需求，這些應用采用了借助寬信號帶寬的復雜DPD(數字預失真)技術(shù)。DAC需要兼具性能和靈活性，特別是對于支持4至6載波GSM傳輸規范或其它通信標準的系統。汽車(chē)、能源和航空電子系統也存在高性能挑戰，在這些應用中，轉換器的可靠性是最重要特性之一。轉換器必須達到特定的行業(yè)規格，并具備很長(cháng)的生命周期。