最新ADI数据转换器基础知识精华集锦

　　电子发烧友网核心提示：10月24日下午，电子发烧友网参加了亚德诺半导体技术公司（Analog Device Inc.，以下简称ADI）在深圳国际商会中心举办了媒体培训交流会（第二季）。为给电子发烧友网工程师读者全面回顾这次技术研讨会，特别是关于ADI数据转换器的全面介绍，电子发烧友网编辑故整理成文，以飨读者。文章后面还提供了全文PPT下载资料。

      本文是关于ADI数据转换器基础知识精华集锦，其中阐述了逐次逼近模数转换器的基本原理、算法及优缺点；ADC和DAC的直流规格和交流规格分析；DAC数模转换器详解及应用举例。

ADI深圳媒体培训交流会留影

　　一、逐次逼近型模数转换器

　　1.基本逐次逼近模数转换器

　　（1）转换技术类似于利用一个天平将一个样本与一系列重量经过校准的测试样本进行比较。

　　（2）增减测试样本，利用分辨率误差最小并轻于样本的测试样本来估算样本的重量。

　　（3）未知模拟输入信号 （VIN） 与高分辨率DAC输出（测试样本重量）进行比较。

　　（4）按顺序从最大值的MSB开始，开关各DAC位。

　　（5）重复到转换周期完成为止。

　　2.二进制权重逐次逼近模数转换器算法

　　3.逐次逼近的工作原理

　　例如：模拟输入信号=6.428V，基准电压（满量程）=10.000V。

 

 

　　4.逐次逼近型寄存器ADC的特点（优缺点）

　　（1）逐次逼近型寄存器ADC结构简单：它使用低压CMOS （《3V），支持低功耗工作；

　　（2）常用于商业/工业及相关应用：中等分辨率（12 至16 位）、中等速度（100 kHz 至1 MHz）；

　　（3）ADC 线性度高度依赖于内部DAC 的精度：如果内部DAC 不是单调递增，那么ADC本身就会存在失码。

　　二、了解转换器高级规格

　　模数转换？数模转换？两者本质相同，只不过方向不同。

　　1.ADC和DAC的重要直流规格

　　ADC和DAC具有下列共同的直流规格：分辨率、增益误差、失调误差、微分非线性（DNL）和失码。

　　（1）分辨率

　　ADC和DAC的分辨率

注：对于2.2ｋ? 电阻（25 ℃ 10kHz 带宽），600nV热噪声是适当的。

　　（2）增益误差和失调误差

　　增益误差和失调误差类似于运算放大器误差，失调误差会引起输入/输出关系在水平方向发生偏移；增益误差会引起输入/输出关系发生旋转偏移。此外，失调误差和增益误差均可消除。

　　（3）微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）

　　在分析微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）之前，首先需要理解以下内容：影响ADC性能的因素以及相关的解决方法。

　　影响ADC性能的因素：直流偏移和增益误差

　　双极性ADC直流偏移校正方法1

　　双极性ADC直流偏移校正方法2

 

　　双极性ADC直流偏移校正

　　直流指标（理想）

　　直流指标（微分非线性误差DNL）

　　直流指标（积分非线性误差INL）

　　积分非线性：积分非线性（INL）等同于相对精度，类似于运算放大器非线性。

 

　　单极性和双极性转换器的码制

　　对于理想转换器，码跃迁宽度为1LSB；实际情况下；由于存在调整误差，跃迁大于或小于1LSB；这就是DNL。ADC也称有“失码”。

　　（4）失码

　　2.ADC 和DAC的重要交流规格

　　（1）快速傅立叶变换

　　（2）奈斯特带宽和混叠

　　（3）信纳比，有效位数和信噪比

　　（4）无杂散自由动态范围，总谐波失真和信噪比

　　（5）量化ADC动态性能

 

　　三、DAC 数模转换器

　　1.数模转换器（DAC）

　　又称数模转换器、DA转换器或DAC。其输入信号为数字信号，输出信号为连续的模拟信号。

　　以基准电压为标准，产生与数字输入字相等的模拟输出值。N 位DAC 提供2N 型模拟输出值。

　　四开关DAC模块与外部电阻网络：“Quad Switch” DAC Building Block with External Thin Film Resistor Network

　　2.DAC-80 12位DAC的发展史

　　3.DAC 架构（电压输出型）

　　基本构建模块包括基准电压源、电阻网络、SW和放大器。

　　有一种DAC 是“电流输出型”，而不是电压输出型。许多DAC利用反相运算放大器将电流转换成电压，一部分极高速电流输出型DAC使用下图所示的连接。

　　4.“乘法”DAC

　　“乘法”DAC可以接受零至满量程的交流信号作为基准输入。输入频率为10～100kHz（商用），～1MHz（视频高速应用等）。

　　5.DAC 类型

　　按分辨率：有8、12、14、16位产品可用；

　　按输入接口：串行接口和并行接口；

　　按封装：单通道、双通道、四通道、八通道、16通道、32通道；

　　按输出波形：电压输出和电流输出（高速DAC）；

　　按基准电压：有些使用内部基准电压，有些必须提供外部基准电压；

　　按电源电压：有双电源型和单电源型。

　　6.DAC 用于何处？

　　（1）DAC 的应用

　　CD 播放器：用于音频回放的 DAC 称为音频 DAC；

　　DVD 播放机的数字视频回放部分：用于从数字视频信号回放图像的 DAC 称为视频编码器；

　　蜂窝电话基站发射机：使用高速 DAC。

　　（2）DAC 应用产品DDS（直接数字频率合成器）

 

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