分立信号链与数据转换单芯片集成方案

电子发烧友网报道(文/李宁远)单一的模数转换器和数模转换器在控制系统中有广泛的应用，但分立式的配置并不能解决在集成趋势下控制器设计的缺点。传统的分立式配置在这么多年的发展下，其实已经称得上优秀与高效，但控制产品变体太多，分立式配置远不够称得上“敏捷”。

集成仍然是最关键的概念，通过集成简化控制系统通道设计、减小尺寸并提高性能，例如在工业机器人末端的夹具上，就有很多ADC/DAC的集成式应用。这种集成式的模数和数模转换器往往会与其他技术结合，提供全面的功能集合。不论在可配置性、可靠性或是可检测性上往往比分立式的配置表现得更好。

ADC/DAC高密度集成

整个器件高度集成的系统且不说各元件性能指标如何，往往都能大幅减少组件数量简化整个系统的设计，而且通常都能在尺寸上符合空间受限应用的要求。一个多通道模数转换器、一个多通道具有可编程输出范围的数模转换器、多个GPIO、一个内部基准电压以及一个本地温感传感器通道，像这样高密度集成方案(通道数、分辨率可选)，可以组合出很多种完备的模拟监视和控制系列。

这里我们挑选TI的AMC7836为例。其单调性12位DAC电压可选范围覆盖±10V，电流驱动能力最高可达±15mA并搭配自动范围检测。集成的ADC为12位的SAR型ADC，21个外部模拟输入中有16个为双极输入，剩余5个为高精度输入。TI作为数据转换器头部厂商，选取的ADC与DAC本身性能就已经足够强大，做这种高密度的模数/数模转换集成注定离不开深厚的技术积累。

高密度集成的器件可以适配尺寸要求严苛的多通道应用，组件数量减少的同时简化了闭环系统设计，极宽的工作温度也让器件能适应更多工业级场合。在封装上，耐热增强型的薄封装也让该IC大大拓宽了其工作温度。

上述这种高密度集成在多通道射频通信系统中，不仅可以应用与功率放大器的一体化还能应用于低成本偏置控制电路。同时，凭借灵活的DAC输出范围，该器件可适用于多种晶体管技术的偏置解决方案以及通用监视器和控制系统。

分立信号链与数据转换单芯片集成

信号链技术大成者与数据转换器头部厂商无疑就是ADI了，ADI在ADC与DAC的组合上兼顾了通用性和灵活性，以及最有特色的软件可配置I/O。在工业机器人末端执行器和模块化控制器应用上非常经典的AD74413R就是软件可配置的四通道输入/输出数据转换器组合，它能够在任何引脚上实现各种功能。

AD74413R包括一个16位Σ-Δ模数转换器和四个可配置的13位数模转换器，可提供四个可配置的输入/输出通道和一套诊断功能。AD74413R可提供多种模式，电压输出、电流输出、电压输入、外部供电的电流输入、环路供电的电流输入、外部RTD测量、数字输入逻辑和环路供电的数字输入，同时内部包含一个高精度2.5 V基准电压源，用于驱动DAC和ADC。

16位Σ-Δ模数转换器具有可选的50Hz和60Hz抑制性能，DAC则是13位的单调DAC，器件可以实现真正零电压输出的电荷泵。AD74413R四个软件可配置的通道与分立实现的方法不同，这种集成且可配置的I/O可以快速迭代，缩短开发时间。硬件和软件设计均从资源密集型、冗长、多产品变体开发转向通过单一设计来满足众多需求，这样可减少研发时间和成本，同时保持成熟架构的高可靠性和稳健性。集成式的配置设计能达到我们上面所说的“能够在任何引脚上实现各种功能”这种效果。

另外，由于元器件数量减少，PCB尺寸可减小多达40%，生产中的贴装成本也会降低。此外，由于软件可配置I/O支持设计重用，控制器制造商将需要更多同类型的PCB。对于整体成本来说似乎也是一个更优的选择。

小结

这种将分立信号链集成在单个芯片中的高度集成ADC/DAC组合，在市场上并不算多见。但其高超的技术性带来的是器件从性能到成本的大提升。在其推动下，不仅是控制系统，很多自动化应用都变得更加“敏捷”。

原文标题：分立很难，集成更难!数据转换器集成式技术玩法

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审核编辑：汤梓红