无论从日常生活中的通讯、工作甚至是旅行方式哪个角度来看，“数字革命”都正在改变我们的生活。现在，整个世界好像都可以随我们的手指按动而发生变化。但是，必须清楚的意识到，先进的数字技术所带来的种种优势或者便利，必须以同样先进的模拟技术为基础，因为只有模拟技术才能将数字世界中的“1”或“0”转换为我们真正能听到、看到、感受到、观察到的模拟信号。市场调研公司DataBeans预计：电子终端产品设计中附加的每1个美元的数字内容，都要求伴随1.4美元的模拟技术。这样看来，模拟技术与数字技术休戚相关。在这种情况下，两者之间数据转换器的重要性，当然就不言而喻。下面，我们主要以美国模拟器件公司(ADI)的数据转换器为例，对数据转换器的分类、性能衡量标准以及不同领域的应用等情况进行讨论，并主要关注数据转换器中最常见的两类，即模拟-数字转换器(ADC)和数字-模拟转换器(DAC)。

      ADI已有40多年的发展历史，作为产品线之一的高性能数据转换器主要包括三大类：高速数据转换器、高分辨率数据转换器和通用数据转换器。三种产品主要按照采样速率和分辨率进行区分：高速数据转换器的采样速率高于10MSPS(每秒百万次采样)，分辨率从8位到16位，主要应用于通信、仪器仪表和图像处理系统中；高分辨率数据转换器的分辨率大于或等于16位，用于要求分辨非常小的信号变化的场合；通用数据转换器则指分辨率为8到14位、采样速率低于10MSPS的数据转换器，主要应用于测试和测量、工控、军事和航天航空领域。

      目前，ADI公司的ADC产品主要采用三种架构，分别是Σ-Δ型、流水线型(pipeline)以及逐次逼近型(SAR)等；而在DAC方面，则主要使用电流输出方式。

      数据转换器性能的衡量标准

      一直以来，分辨率和转换速度是衡量数据转换器性能的两大标准。但是现在，随着应用的进一步细分，“单一的标准并不能满足不同领域的需求，分辨率和转换速度虽然仍然重要，但是已经不再是选择器件的唯一标准，有时甚至不是主要的指标，”ADI精密转换器产品线总监Patrick O' Doherty在北京的ADI媒体日上表示，“在选择合适数据转换器的时候，首先要按照不同的应用综合考虑转换器的性能指标，这其中主要包括速度、精度、动态性能以及功耗等。”

      这里的速度指转换速度或采样速度，决定采样速度最重要的是所要采样信号的带宽(或速度)。根据奈奎斯特采样定律，通常采样速率至少应当是信号中的最高频率分量的两倍。“而以高出信号频率许多倍的速度进行‘过采样’，在使用过程中能够降低量化噪声，并简化最终系统的设计。”ADI高速转换器产品副总裁John Hussey分析到。

      第二个性能指标是精度。在这里有一个很重要的指标：直流精度。直流精度包括差分非线性(DNL)和积分非线性(INL)指标，这两个指标都会以LSB(数据转换器的最小比特分辨率)为单位。“工程师在选择数据转换器的时候应特别注意，分辨率并不等同于精度，分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值；而精度则指转换器实际值与理论值之间的偏差。也就是说，同样分辨率的转换器精度是不一样的。以一个12位分辨率ADC为例，如果它的DNL/INL是2LSB，则精度为10位；而如果是0.125LSB，则精度可以达到14位。因此工程师在做选择的时候，除了考虑分辨率，还要考虑直流精度指标，”Hussey给出了详细的分析，“选择精度很重要的一点就是结合应用进行选择，比如开环控制系统和闭环控制系统的要求和选择就是不一样的，开环对DNL和INL的要求都很高，但是闭环只要选择较高的DNL就可以了。”

      第三个指标是动态性能。数据转换器在频域上的指标称为其动态性能。在动态性能中，工程师主要应该关注三个指标，那就是：SNR，即信噪比；SFDR，既无杂散动态范围，决定了所能检测到的最小信号；还有一个是ENOB，指有效位数。“对于一个9位的转换器，其ENOB可能为9.7位或8.7位，在直流或低频时可能达到系统的要求，但在高频时就可能只有9.5和8.5位，工程师必须根据不同的应用仔细研究转换器的指标。”Hussey说。

      最后一个指标就是功耗。无论是便携式产品或是普通产品，都希望在提高性能和速度的同时，不要消耗太多功率。例如微型蜂窝机站在构建的时候，就希望能够集成更多的功能，但是却不希望功耗上升。

      总之，工程师在选择器件的过程中，必须根据应用平衡转换器的各项指标，在不同的应用中，在速度、精度和功耗之间进行折衷。以达到最佳的性能和最低的成本。

      基于领先内核，开发面向不同应用的新产品

      立足于高性能数据转换器设计技术和半导体工艺(CMOS、双极性和iCMOS)，提供满足不同应用的合适产品是ADI开发数据转换产品的重点，包括将驱动功能和部分数字数字功能集成至转换器中，或针对特定应用将ADC/DAC集成到ARM处理器中等。例如，针对通信系统，ADI推出了适用于发送信号通道的16位DAC产品AD9779，采样速率达到1GSPS，功耗为1W，是一种高集成度内插式双通道DAC。AD9779能够与ADI公司的模拟正交调制器(例如AD8349)共同构成一个发射电路，所发射载波信号的范围可以从基带到2.1GHz。两种器件的无缝连接不仅减少了元件数量，降低了基站的成本和复杂度，而且这种多载波直流变频解决方案也减少了一级上变频电路。

      针对工业控制，ADI也推出了相应的产品。例如在电机控制中，控制精度和高电压隔离度(达3.75 kV)的要求，使对转换器的要求非常严格。ADI面对该领域，推出了采用iCoupler数字隔离技术的产品，将控制器、高分辨率ADC与隔离器件封装在一起，用于电机控制。对于该类应用而论，DNL指标的重要性要高于IDL。

      触摸控制接口器件AD7142是ADI最新推出的用于便携式消费类电子产品的电容数字转换器(CDC)。借助公司的电容传感技术和16位电容数据转换器，这款14通道器件具有高度可编程能力，并包含自适应阈值和灵敏度算法。芯片的工作原理是通过240kHz的激励信号产生电场，当手指或其他物体接近时器件可以检测由此产生的电容变化。该芯片最突出的地方是避免了电容传感器最为常见的错误触发和环境变化导致误操作等问题。同时，ADI也可以提供传感器的标准库，以在PCB上直接制作出按钮、滑动条或八路开关等。

      此外，面对消费类电子应用，ADI近日还推出了据称是业界最快的14位模拟前端(AFE)产品AD9970，用于消费类图像处理产品，功耗为155mW@65MHz。该芯片内包含65MSPS、14位模数转换器（ADC）、相关双采样器(CDS)、可变增益放大器(VGA)、以及一个高性能的可编程时钟驱动器。这些单元电路对来自电荷耦合器(CCD)的信号起到信号调理和数字化的作用。AD9970还采用了低电压差分信号(LVDS)接口，从而减小了封装尺寸，提高了性能并且降低了屏蔽电磁干扰(EMI)所需的成本。