ADC及DAC的历史进程概况

2011-05-16 18:28:16来源: 互联网

本文以ADC的分辨率及采样频率,超高速、高性能DAC,便携式的需要,AV系统中的ADC及DAC及微系统这几个方面介绍ADC及DAC的一些发展概况,并介绍TI公司、ADI公司及MAXIM公司的一些ADC及DAC新器件。

ADC 及DAC器件的发展与广泛的应用是与数字技术发展分不开的; 另外,与微处理器(μP)、数字信号处理器DSP)及PC的发展、普及及应用有极大的关系。过去,ADC及DAC主要应用于数据采集系统、工业过程控 制、测量及分析等领域。近年来,数字技术进入音频及视频领域,特别是CD、VCD、DVD及家庭影院进入百姓家,各种便携式播放机(MP3、MD)更为年 轻人青睐;无线数字通信(如手机)发展神速,数码相机有取代传统相机的趋势,车载数字音响也不断增加。总之,数字技术的快速发展和应用领域越来越宽,使 ADC及DAC器件也相应获得较快的发展与进步。这体现在性能不断提高、满足便携式的需要及价位不断降低。另外,ADC的集成度越来越高,已开发出高性能 的智能ADC。

ADC的分辨率及采样频率
ADC的性能参数较多,但其中最主要的是分辨率及采样频率。近年来,各生产厂家不断地为提高这些性能参数而努力,现在采样频率上有较大的提高。表1列出了目前主要应用的ADC能达到的分辨率(用位来表示)及采样频率。
与2000 年的同样参数比较:逐次逼近型ADC的分辨率由16位上升到18位,采样频率也由几百Ksps上升到几Msps;Σ~Δ型虽然在分辨率没有提高,但在采样 频率上有较高的增长。据资料介绍,在2000年的Σ~Δ型的采样频率为几~几十Ksps,而2004年的Σ~Δ型在20位分辨率时其采样频率已达到 2.5Msps。
分辨率与采样频率之间是一对矛盾,要提高采样频率往往要降低分辨率。例如,Σ~Δ型高速ADC可达5Msps,但其分辨率仅16位;Σ~Δ型可做到分辨率为24位,但其采样频率一般不到200Ksps。这里介绍四种高速ADC的新产品,可了解目前高速ADC的水平。

1. AD7641(ADI公司)
AD7641 是18位分辨率、2Msps采样频率的逐次逼近型(SAR)ADC。其主要特点:18位无失码分辨率;无流水线延迟; 差动输入范围到±VREF(VREF=2.5V);INL±2LSB(典型值);在100kHz时S/(N+D)为93dB(典型值);在100kHz 时,THD为-100dB(典型值);数据输出速度最大值2Msps;并行口(18、16或8位总线);串行5V、3.3V、2.5V接口; SPI/QSPI/DSP兼容;片内有带缓冲器的低漂移基准电压源,并有温度传感器;单电源2.5V供电;在2Msps速度时功耗典型值为100mW;有 掸电模式(Power-down Mode);48引脚LQFP封装
该器件主要应用于医疗仪器、高动态数据采集、光谱分析及自动测试测仪器(ATE)等。

2. AD7760(ADI公司)
AD7760 是一种20位分辨率、2.5Msps采样频率的Σ~Δ型ADC。其主要特点:在78kHz数据输出速率时,SNR为118dB;在2.5MHz数据输出速 率时,SNR为100dB;可编程过采样速率(8X~256X);灵活的并行口;全差动调制器输入;芯片上有用于信号缓冲的差动放大器;有用户可编程的低 通FIR滤波器;有过量程报警位;有数字失调及增益校正寄存器;有滤波器旁路模式;低功耗、并有掉电模式;借助于SYNC端可实现多个器件同步;64管脚 TQFP封装及48管脚CSP封装;工作温度范围~40℃~+85℃。
该ADC主要应用于数据采集系统、振动分折、测试系统等。

3. MAX1209(MAXIM公司)
MAX1209 是12位分辨率、80Msps采样频率的流水线型(Pipeline)或称为分级型ADC。其主要特点:直接中频(IF)采样至400MHz;极好的动态 性能:在FIN=70MHz/175 MHz时,SNR为68.0dB/66.5dB;在FIN=70MHz/175 MHz时,SFDR(无杂散动态范围)为85.1dBc/85.5 dBc;3.3V低电源电压工作时,功耗为366mW(单端时钟模式),393mW(差动时钟模式),3μW(掉电模式);差动或单端时钟;全差动或单端 模拟输入;可调节全量程模拟输入范围:±0.35~±1.15V;共模基准;CMOS兼容输出为两部分或格雷码;数据有效指示器简化了数字设计;有数据输 出指示器;40引脚薄形QFN封装。
该ADC主要应用于IF通信接收机、蜂窝电话、起声波及医学上的成像、便携式仪器及低功耗数据采集等。

4. MAX1274/75(MAXIM公司)
MAX1274/75 是12位、1.8Msps采样频率的低功耗ADC。其主要特点:高速SPI兼容,3线串行接口;输入频率为525kHz时,S/(N+D)为70dB;内 有真差分跟踪/保持器;无流水线延迟;功耗典型值45mW;关闭时最大耗电1μA;小尺寸12引脚TQFN封装。
---该ADC主要应用于数据采集、马达控制、通信及便携式仪器。MAX1274与MAX1275的差别是前者输入是单极性,后者是双极性。

超高速、高性能DAC
DAC的转换速度一般用建立时间来表达(用μs或ns),也有的与ADC一样用采样速率来表达(用Ksps、Msps或Gsps)。超高速的DAC建立时间<50ns;而用采样速率表达时,其采样速率>1Gsps。
ADI公司在2004年上半年发布了一种超高速、高性能的DAC新器件AD9736。这是一种14位分辨率、1.2Gsps采样速率DAC ,并且具有超低噪声、超低功耗及极佳的动态性能。
该DAC采用一种双倍数据速率(DDR)方式以及快速LVDS输入接口,使在宽带下提供高转换速度,并在高速接收数据的同时保持低的失真及低的噪声。
AD9736 的主要性能:14位分辨率;1.2Gsps采样速率;互调失真(IMD)优于65dBc(在输出频率为600MHz时);微分线性误码差(DNL)为± 1.0LSB;积分线性误码差(INL)为±2.0LSB;无杂散动态范围(SFDR)在300MHz输出频率时为63dBc,在600MHz输出频率时 为53dBc;工作电压1.8~3.3V;功耗典型值380mW,内插式滤波器的功耗在内时为550 mW;具有低压差分信号(LVDS)数字接口;集成的2倍内插带通滤波器;输出电流10~30mA范围内可编程。
由于它具有上述性能,它非常适合处理高频和宽带频率合成信号。这些应用包括:宽带测试的测量仪器和仪表、自动测试设备(ATE)、雷达、航空电子设备、宽带通信系统;蜂窝基站、点到点无线通信系统及本地多点分配业务(LMDS)等。

满足便携式的需要
便携式个人医疗仪 器、随身听(CD、MP3、MD)、手机、PDA及数码相机等大量上市,它要求小尺寸封装(减小PCB的面积)、低工作电压(减少电池数)及低功耗或微功 耗(延长电池的寿命)的ADC及DAC。为满足这些需要,各公司开发出不少适用于便携式的新器件。这里简单地介绍一些例子。

1. ADS1100(TI公司)
ADS1100 是一种16位、内有PGA、I2C串行接口、低噪声的ADC。经采用SOT~23~6的小尺寸封装、工作电压2.7~5.5V、工作电流90μA。其他特 点有:低噪声(<1LSB);可编程数据速率可达240sps;I2C串行口可提供8个地址;内有VREF的精度2.048V±0.05%,漂移5 ×10-6/℃。
该ADC主要应用于便携式仪表、手持式医疗设备、智能型发射机,也适用工业过程控制。

2. PCM1770/1771(TI公司)
PCM1770/1771 是一种低电压、低功耗、小尺寸封装的立体声DAC。它最低工作电压为1.6V,在VHP=2.4V时,功耗为9.6mW,采用小尺寸VQFN封装 (4.2mm×4.2mm)。其他特点有:动态范围96dB(典型值);THD+N为0.032%(典型值);输出功率(16Ω)为10mW(立体声)、 20mW(单声道);采样频率5kHz~50kHz;数字衰减:4.41kHz数字去加重、数字静音控制、无爆破声电路。
该DAC主要应用于便携式播放机、手机、PDA、数码相机、便携式CD播放机及自动选曲机等。、

3. AD5060及AD5660(ADI公司)
AD5060 及AD5660是两种8引脚SOT~23封装(2.9mm×2.8mm)的DAC。与同类产品相比较,其面积约小了45%。AD5060的特点是 14~16位分辨率;INL最大值为1LSB;内有输出缓冲放大器。AD 5660的特点是有12、14、16位分辨率;内有输出缓冲放大器及温漂最大值为10×10-6/℃的电压基准。
该DAC适用于模拟输入输出卡、数据采集卡、测试设备及工业控制系统等。

4. MAX5521(MAXIM公司)
MAX5521 是低电压、超低功耗、小尺寸封装的10位电压输出DAC。其主要特点:最低工作电压1.8V;工作电流仅需6μA;有关闭模式,在此模式时耗电最大值 0.18μA;小尺寸12引脚QFN封装(4mm×4mm);内有输出满幅值的缓冲器;内有可输出8mA的基准电压源;快速16MHz三线 SPI/QSPI/MICRWIRE兼容串行接口;带有滞后的TTL及CMOS兼容的数字输入;在上电时无尖脉冲输出。

该DAC适用于各种电池供电的便携式仪器、仪表。
这里要指出的是,器件的功耗与其功能、性能有关,要比较其功耗的大小,必须在功能、性能相似或在同样工作电压条件下(若以工作电流表示其功耗大小时)相比较才有意义。

AV系统中的ADC及DAC



CD、 VCD、DVD及家庭影院的发展、便携式随身听(MP3、MD)的普及及微型组合音响和车载音频系统都采用高性能的数字式,ADC及DAC在现代音频系统 中的应用如图1所示,为满足这些产品要求开发出许多新型ADC及DAC,其中DAC占大多数。这里介绍TI公司一些典型DAC。它们有高的分辨率(24 位)以获得宽的动态范围,并且有高的SNR及低的THD。有一些24位的低价DAC主要应用于数字音量控制。

1. DSD1608(TI公司)
DSD1608 是一种低价位、八通道PCM/DSD兼容型DAC。其主要特点:数据字长为16/18/20/24位(PCM),直接流(DSD);采样率(fs)高达 192kHz(PCM格式)/2.8224MHz(DSD格式);八通道单端电压输出;系统时钟:128/192/256/384/512/768fs (DSD);模拟性能(Vcc=5V、PCM/DSD模式):DYR为105dB;THD+N为0.002%;全标度输出:4.0Vp-p;内置8倍过采 样数字滤波器(仅PCM格式);52引脚TQFP封装。
该DAC主要应用于通用AV播放机,超级音频播放机。

2.PCM1738(TI公司)
PCM1738 是一种高性能立体声DAC,采用新开发的高级段DAC架构,具有极佳的动态性能并提高对时钟抖动的容限。主要特点:24位分辨率;采样频率192kHz; THD+N=0.0004%;DYR/SNR为117dB;差分电流输出(±2.5mA);有192kHz的8倍过采样数字滤波器;系统时钟: 128/192/256/384/512/768fs自动检测;具有DF直流模式,具有DSD模式;双3.3V电源(数字用)、5V(模拟用);28引脚 SSOP封装。
该DAC主要应用于AV接收机、超级音频CD播放机、DVD播放机等。

2. PCM1753/54/55(TI公司)
PCM1753/54/55 是一种立体声192kHz、24位DAC。其主要特点:DYR为106dB;THD+N为0.002%;4倍/8倍过采样数字滤波器;阻带衰减为- 50dB;陡滚降/慢滚降可选;系统时钟12V 256/384/512/768fs自动检测;PCM1753、PC1755为软件控制,PCM1754为硬件控制;16引脚SSOP小外形封装。
该DAC主要应用于AV接收机、汽车音响系统,个人音频应用等。

3. TLV320AIC26(TI公司)
TLV320AIC26 是具有头戴式耳机/扬声机放大器和12位电池/温度/辅助ADC的高性能、低功耗音频编解器。其主要特点:立体声音频DAC和单声道音频DAC支持 48Ksps的速率;高品质97dB立体声音频重放;传声器前置放大器和硬件自动增益控制;可为8Ω负载提供330mW输出功率,并可供立体声头戴耳机; 低功耗(11mW);可编程数字音频低音/高音/均衡/去加重处理;输入电压可达6V;有片上温度和辅助输入测量。
该器件主要应用于蜂窝电话和智能型电话、PDA、MP3播放机、数码相机及数字摄像机等。

微系统
微系统(Micro System)或称为片内系统(System on chip)是一种把许多外围器件(模拟器件和数字器件)集成在ADC芯片上。这不仅减少外围元器件的数量、减小印制板的空间、提高可靠性,并且可缩短系统 开发时间、简化接口,容易满足用户的特定要求。
微系统芯片上可集成的模拟器件 有:ADC、DAC、多路转换器、可选缓冲输入、补偿DAC、PGA、基准电压源、片上温度传感器、电压检测及复位器等;集成的数字器件有:微处理器 (μP)、数字信号处理器(DSP)、闪存、SRAM、累加器/移相器、定时器/计数器、SPI、I2C及看门狗定时器等。由于它功能强、性能好,也有人 称它为智能ADC。
TI公司的MSC1211就是一种微系统ADC芯片。它具有快闪存储器、增强型 8501μP内核及集成了多路转换开关、PGA、精密基准电压源(VREF)、32位累加器、多路16位DAC、I2C接口。
该ADC 的噪声性能优于同类产品,VREF的精度及漂移也要比同类产品高出若干个数量级。其主要特点:24位(无漏失码);22位有效分辨率;八个差分/单端模拟 输入;与8051内核兼容;运行速度高达6MIPS;闪存容量32KB;32位累加器;可编程放大器(PGA)增益1~128;四路16位DAC;多主控 器I2C;64引脚TQFP封装。
该器件主要应用于便携式仪表、智能传感器、液相/汽相色谱分析仪、衡量及远程数据采集系统等。
公司生产的微系统如表2所示。

关键字:概况

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0516/article_8591.html
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