根據(jù)不同的技術(shù)架構(gòu),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器又可分為閃速(Flash)型,、流水線(Pipeline)型,、逐次逼近(SAR)型以及斜率積分(Sigma-delta)型,技術(shù)架構(gòu)的差異使得不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在性能方面也各有千秋,。
一般而言,,衡量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能最重要的兩個(gè)指標(biāo)是器件的采樣率和分辨率,。采樣率是器件在每秒鐘內(nèi)的取樣數(shù)量,是衡量器件速率的指標(biāo);分辨率則是指轉(zhuǎn)換器能夠復(fù)制的位數(shù)精度,,分辨率越高,則數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果越精確,。采樣率和分辨率往往會(huì)形成一對(duì)矛盾,分辨率的增加通常會(huì)導(dǎo)致器件速率的降低,,反之亦然,。因此,設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)系統(tǒng)的需求選擇合適的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器家族“人丁興旺”且“個(gè)性突出”,,應(yīng)用者應(yīng)根據(jù)各自的需求選擇合適的產(chǎn)品。盡管在可預(yù)見的將來(lái),,工業(yè)和通信應(yīng)用仍是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的主要市場(chǎng),,但隨著器件功耗的降低和尺寸的縮減,便攜式醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展,。
計(jì)算機(jī)的發(fā)明把人類帶入一個(gè)以二進(jìn)制為基礎(chǔ)的數(shù)字世界,,隨著個(gè)人電腦的廣泛應(yīng)用及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛擴(kuò)張,由“0”和“1”組成的數(shù)字信號(hào)似乎已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的元素,。但是,,自然界的信息畢竟是以模擬信號(hào)的方式表現(xiàn)出來(lái)的,它們無(wú)法直接轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào),,因此,,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器就成了連接模擬世界與數(shù)字世界的橋梁。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC),。來(lái)自模擬世界的電壓,、電流、溫度,、壓力等信號(hào)將通過(guò)ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),,經(jīng)過(guò)MPU(微處理器)、DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)或FPGA(可編程邏輯門陣列)進(jìn)行信號(hào)處理后,,再經(jīng)由DAC還原為模擬信號(hào)。
德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)(上海)有限公司模擬器件事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展工程師王勝告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者:“Flash數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以高速率見長(zhǎng),,但由于受限于每個(gè)代碼都需要一個(gè)n位精度的比較器,,其面積和成本必然隨著分辨率的提高而迅速增長(zhǎng)?!笨梢?,除非是為了追求速率而可以容忍高功耗和高成本,,否則Flash數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器就不是一個(gè)最好的選項(xiàng)。Pipeline架構(gòu)則是8位應(yīng)用領(lǐng)域中被普遍看好的解決方案,,在中低端通信領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì),。而SAR是一種比較老式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,特別適用于電流等突變型“瞬態(tài)”信號(hào)的收發(fā),?!癝igma-delta架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是把大部分轉(zhuǎn)換過(guò)程都移到數(shù)字領(lǐng)域,幾乎可視為一個(gè)全數(shù)字化的元器件,,使得高效能模擬和數(shù)字處理結(jié)合更容易,。”王勝補(bǔ)充道,,“但它也有不足之處,。當(dāng)一個(gè)Sigma-delta轉(zhuǎn)換器被多路重復(fù)使用時(shí),必須將取樣器和濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)清空,,以避免信道之間的信號(hào)互相干擾,。這個(gè)清空再重新采集的過(guò)程將導(dǎo)致延遲現(xiàn)象?!?
或許是不愿看到德州儀器一枝獨(dú)秀,,同樣在今年1月,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體宣布推出業(yè)界首款采用CTSD(連續(xù)時(shí)間Sigma-delta)技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器——ADC12EU050,。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理龔銘潭表示:“這款8通道,、12位、50MSPS的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器集成了能濾除混疊信號(hào)的低通,、磚墻式濾波器,,而且功耗比現(xiàn)有的Pipline數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器低30%?!敝劣谀繕?biāo)市場(chǎng),與德州儀器的ADS5281類似,,也將針對(duì)醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備的成像系統(tǒng),。“美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體未來(lái)將推出的CTSD模/數(shù)轉(zhuǎn)換器還將應(yīng)用于通信設(shè)備和測(cè)試測(cè)量?jī)x表,?!饼忋懱堆a(bǔ)充道。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的市場(chǎng)容量也在快速增長(zhǎng),。最近兩年,,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)增長(zhǎng)率都超過(guò)10%,遠(yuǎn)高于模擬器件市場(chǎng)的總體增長(zhǎng)水平,。市場(chǎng)調(diào)研公司Gartner的數(shù)據(jù)顯示,,2007年全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器銷售收入約為30億美元,到2010年這一數(shù)據(jù)將有可能接近40億美元。
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,,目前工業(yè)和通信領(lǐng)域占據(jù)主要市場(chǎng)份額,,分別為35%和30%,消費(fèi)電子緊隨其后,,占有19%的市場(chǎng)份額,。
隨著生活水平的不斷提高,人們對(duì)醫(yī)療保健也投入了更多的關(guān)注,,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也在快速增長(zhǎng),,超聲波、MRI(核磁共振),、血液氣體分析等診斷措施都有賴于高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,,借以提高診斷的準(zhǔn)確性。據(jù)德州儀器工程師介紹,,目前全球醫(yī)療產(chǎn)品的年增長(zhǎng)率是11%,,其中醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的年增長(zhǎng)率為12%,超聲波設(shè)備增長(zhǎng)速度更快,,達(dá)到了15%,。
當(dāng)然,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)前景也并非高枕無(wú)憂,。隨著器件集成度日益提高,,許多廠商更傾向于把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能集成到ASSP(專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)中,尤其是在對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分辨率要求不高的消費(fèi)電子領(lǐng)域,,單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器所面臨的挑戰(zhàn)更大,。或許將來(lái)部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器必須依靠與其他器件的“捆綁銷售”才能在市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟,。
隨著便攜式的個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的普及,,除了繼續(xù)追求高采樣率、高分辨率之外,,消費(fèi)者對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的功耗和體積也提出了更嚴(yán)格的要求,。業(yè)內(nèi)廠商正試圖通過(guò)不同的技術(shù)手段滿足消費(fèi)者的這一需求。
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