數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用手冊

前言

做為TI中國大學(xué)計劃部的技術(shù)工程師，我經(jīng)常有機會到學(xué)校和老師同學(xué)們討論交流。有一次，當我和幾位同學(xué)談到TI的DSP時，有一位同學(xué)很高興地對我說，他用過很多TI的數(shù)字信號處理器，并列舉了從C2000，C5000到C6000的多個型號，甚至包括最新的DaVinci，看來他對ARM也很在行。為了看看他對整個系統(tǒng)的理解能力怎么樣，我問他，“你對模擬器件有什么看法？”不出我的意料，做為一位“固執(zhí)的”DSP愛好者，他開始抨擊模擬，并認為模擬將最終消失在我們的生活中，在他看來，C語言，操作系統(tǒng)，數(shù)字信號處理技術(shù)和各種高速數(shù)字接口才是電子界的最終方向?？此癫赊绒鹊卣撌鲋鳧SP在他的一個中頻數(shù)字接收機中的巨大作用，我覺得有必要把他拉回到現(xiàn)實世界，于是我問到，“你的DSP是怎么供電的？被DSP處理的數(shù)字信號又是怎么得到的呢？”這個聰明的小伙子馬上理解到我的意思：好像電源和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不能缺少吧？其實和這位同學(xué)一樣，我們都生活在一個數(shù)字信息飛速膨脹的時代里，從經(jīng)典的密紋唱片到現(xiàn)在的MP3，從堆得滿屋的錄像帶到現(xiàn)在薄薄的DVD，從磁帶存儲到機械硬盤再到固態(tài)硬盤，仿佛一切都能在被數(shù)字壓縮、編碼和傳輸。比如在我們每天都離不開的Internet上，信息是以0，1電平傳遞并處理的。的確，現(xiàn)在我們用模擬來進行計算和處理的場合越來越少，但我們?nèi)砸吹剑F(xiàn)實世界還是模擬的，我們?nèi)梭w本身還是模擬的。在數(shù)字技術(shù)飛速發(fā)展的今天，模擬技術(shù)非但沒有萎縮，相反在系統(tǒng)中占據(jù)到越來越關(guān)鍵的位置：比如為了讓電池供電的產(chǎn)品待機時間更長，我們一直在想方設(shè)法提高電源供電的效率并降低系統(tǒng)的功耗；現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術(shù)使接收機越來越向天線端靠攏，這對我們的ADC和RF芯片的速度和靈敏度提出了越來越高的要求；而醫(yī)學(xué)信號處理中為分析和處理細胞活動所產(chǎn)生的微弱電流信號，即使現(xiàn)代的超低噪聲的運放和超高精度的ADC也顯得力不從心。數(shù)字技術(shù)在進步，模擬技術(shù)也在不斷發(fā)展，如果我們在μV級電壓信號的放大中仍然使用諸如μA741這類老舊的運放，我們很難獲得想要的結(jié)果；如果我們需要在5V滿量程輸入的信號中獲得100萬個讀數(shù)，ADC0809只能滿足我們?nèi)f分之一的需求；如果我們要從3.3V電壓轉(zhuǎn)換到2.5V，UA7805這類老式的線性穩(wěn)壓器將不能工作。我們需要更新在大學(xué)課堂上學(xué)到的經(jīng)典模擬電路知識和相關(guān)的模擬器件，緊跟業(yè)界的先進技術(shù)，利用一些高性能模擬器件來優(yōu)化我們的設(shè)計。TI，是一家有著75年歷史的世界領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商，不僅在其著名的DSP領(lǐng)域上擁有超過65%市場占有率的絕對優(yōu)勢；在模擬產(chǎn)品領(lǐng)域，TI 也一直占據(jù)出貨量世界第一的位置。在TI模擬技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，TI的眾多優(yōu)秀工程師寫出了一篇又一篇高質(zhì)量的應(yīng)用筆記，記錄了從基本的電路原理到TI芯片具體應(yīng)用的點點滴滴。為了讓這些應(yīng)用筆記更易于讓中國學(xué)生和工程師參考，TI中國大學(xué)計劃開始整編和翻譯這些應(yīng)用筆記。本叢書計劃將出版信號鏈和電源兩個系列，每個系列又以基礎(chǔ)知識和應(yīng)用案例分為若干本。本書是信號鏈系列的一本，包括23篇TI信號鏈之數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器方面的應(yīng)用筆記，它們涵蓋了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的大量基礎(chǔ)知識，比如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的指標和分類，高精度和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用要點等。本書能夠順利出版，要感謝電子科技大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、深圳大學(xué)和西安電子科技大學(xué)TI聯(lián)合實驗室的老師和同學(xué)們的辛勤勞動，將原文翻譯為中文；感謝深圳大學(xué)的李琰老師和我一起對中文版的文章進行仔細的校對和潤色；感謝電子工業(yè)出版社的幫助和大力支持。鑒于編者和譯者的水平有限，并加之成稿時間倉促，書中將難免出現(xiàn)錯漏，歡迎廣大讀者與TI中國大學(xué)計劃部聯(lián)系，幫助我們完善TI模擬技術(shù)系列叢書！

內(nèi)容概要

　　本叢書計劃將出版信號鏈和電源兩個系列，每個系列又以基礎(chǔ)知識和應(yīng)用案例分為若干本。本書是信號鏈系列的一本，包括23篇TI信號鏈之數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器方面的應(yīng)用筆記，它們涵蓋了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的大量基礎(chǔ)知識，比如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的指標和分類，高精度和高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用要點等，并將專注于一些基礎(chǔ)理論知識和通用技術(shù)的介紹和分析。

書籍目錄

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ) 認識數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ) 低電源電壓條件下的信號采集和調(diào)理 ADC與DSP的接口 串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和高速DSP的有效接口 采用直接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來最大化采集數(shù)據(jù)吞吐量 Mark BucciniTI DSP與模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS784x/834x的簡易接口 Tom Hendrick△-∑ADC 如何從24位轉(zhuǎn)換器中得到23位有效分辨率 Bonnie C. Baker提高△-∑ADC轉(zhuǎn)換速度的編程技巧 Bonnie Baker△-∑A/D轉(zhuǎn)換器外部多路模擬開關(guān)的同步 Bonnie C. BakerSAR ADS 2通道500kSPS ADS8361使用說明 Tom HendrickPipelined ADCs CDC7005低抖動時鐘方案在 高速高中頻ADC中的應(yīng)用 Russell Hoppenstein，F(xiàn)iroj Kabir14位125MSPS ADS5500性能評估 Hui-Qing Liu數(shù)模轉(zhuǎn)換器 TLV56××系列數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的雙極性電壓輸出 Frank Schoofs使用鎖相環(huán)和外部時鐘模式的DAC5686/DAC5687 Ken Chans電壓參考 通過縮放電壓參考來增加轉(zhuǎn)換器的精度和分辨率 Bonnie Baker精密電壓基準 Perry Miller, Doug Moore運放與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器間的接口 運算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口 Bruce Carter將運算放大器的噪聲性能與ADC相匹配 Bonnie C. Baker放大器與位數(shù)：關(guān)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中放大器的選擇 Bruce Carter, Patrick Rowland Jim Karki, Perry MillerADS8411在多路模擬輸入中的應(yīng)用 Bhaskar Goswami, Rajiv Mantri數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在工業(yè)電力測量中的應(yīng)用 Miroslav Oljaca, Tom Hendrick低失真高速模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動器的印制電路板布局 Xavier Ramus模數(shù)轉(zhuǎn)換器接地對系統(tǒng)性能的影響

章節(jié)摘錄

插圖：在適當?shù)膽?yīng)用中，△-∑ADC的優(yōu)點非常明顯，但是它們確實存在缺點。其中最明顯的就是有限的頻率響應(yīng)。頻率響應(yīng)是由輸出數(shù)據(jù)率決定的。高的數(shù)據(jù)率會導(dǎo)致高的頻率響應(yīng)，但是會使有效分辨率降低。盡管△-∑轉(zhuǎn)換器已經(jīng)使電路設(shè)計師相當?shù)亟咏蟮慕Y(jié)果，但是使用包括基于微處理器的數(shù)字增益技術(shù)和基于模擬前端的模擬增益技術(shù)則還可以進一步提高分辨率（關(guān)于前端模擬增益可參考AB－107文檔了解更多信息）。使用微處理器對A／D轉(zhuǎn)換器提供數(shù)字增益并不是新技術(shù)，并且，在△-∑轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)之前這種技術(shù)使得在轉(zhuǎn)換過程中得到更高的分辨率成為可能，所以，回顧這個技術(shù)是合適的。應(yīng)用報告主要是闡述在使用△-∑轉(zhuǎn)換器時，分辨率和數(shù)據(jù)率之間的折中設(shè)計問題。研究了它們之間的關(guān)系，并且采用了軟硬件增益等技術(shù)。這些技術(shù)可以用來提高分辨率和數(shù)據(jù)率的總體性能。這個應(yīng)用報告強調(diào)了軟件增益的優(yōu)勢。原始的△-∑A／D轉(zhuǎn)換過程的基本概念是基于單比特量化器，而不是像用在分級比較和逐次逼近中的多比特結(jié)構(gòu)。最初設(shè)計的△-∑A／D轉(zhuǎn)換器前端具有大于1比特的分辨率，并且允許使用多比特方法的折中設(shè)計。

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