FPGA 和CPU 性能隨時間的變化圖

ADC是什么意思?

所謂的ADC，其全稱是Analog-to-Digital Converter 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的意思。通常來說，自然界產(chǎn)生的信號，其實都是模擬信號，像我們說話的聲音，我們看到的圖像，我們感受到的溫度等等。但是這些模擬信號在電子產(chǎn)品中最終都得以數(shù)字信號Q的方式進行處理，存儲或者傳輸，那如何把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號呢?所以，我們就需要ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器了。

FPGA 和CPU 性能隨時間的變化

隨著摩爾定律影響著處理器的性能，IC 晶體管密度的增加也極大地提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能。如下圖所示，摩爾定律對這些設(shè)備的性能產(chǎn)生了指數(shù)效應。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)位數(shù)是最廣為人知的技術(shù)指標之一。

10 位ADC 性能(采樣率)隨時間的變化

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字電路工作速度的提高，以及對于系統(tǒng)靈敏度等要求的不斷提高，對于高速、高精度的ADC(Analog to Digital Converter)、DAC(Digital to Analog Converter)的指標都提出了很高的要求。比如在雷達和衛(wèi)星通信中，所需要的信號帶寬已經(jīng)達到了 2 GHz 以上，而下一代的 5G 移動通信技術(shù)在使用毫米波頻段時也可能會用到 2 GHz 以上的信號帶寬。雖然有些場合(比如線性調(diào)頻雷達)可能采用頻段拼接的方式去實現(xiàn)高的帶寬，但是畢竟拼接的方式比較復雜，而且對于通信或其它復雜調(diào)制信號的傳輸也有很多限制。

根據(jù) Nyquist 采樣定律，采樣率至少要是信號帶寬的 2 倍以上。同時為了支持靈活的制式、相控陣或大規(guī)模 MIMO 的波束賦形，現(xiàn)代的收發(fā)機模塊越來越普遍采用數(shù)字中頻直接采樣，這其實進一步提高了對于高速 ADC/DAC 芯片的性能要求。

"本白皮書介紹了使用示波器或?qū)拵?shù)字化儀進行寬帶信號應用的優(yōu)點和缺點。"

高精度ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重要性

提供更高的采樣精度，從而可以更準確地測量模擬信號。這對于要求高精度測量的應用，如醫(yī)療儀器，測試和測量設(shè)備以及信號處理系統(tǒng)等是非常重要的。

更有效地抑制噪聲，從而可以提高信號質(zhì)量。這對于對信號質(zhì)量要求高的應用，如音頻處理，圖像處理和通信系統(tǒng)等是非常重要的。

可以提供更大的動態(tài)范圍，從而可以測量更廣泛的信號范圍。這對于測量信號變化幅度較大的應用，如重力測量，氣壓測量和加速度測量等是非常重要的。

高速 ADC/DAC 在現(xiàn)代全數(shù)字雷達中的應用

可以看到，ADC/DAC 芯片是模擬域和數(shù)字域的邊界。一旦信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，所有的信號都可以通過軟件算法進行處理和補償，而且這個處理過程通常不會引起額外的噪聲和信號失真，因此把 ADC/DAC 芯片前移、實現(xiàn)全數(shù)字化處理是現(xiàn)代通信、雷達技術(shù)的發(fā)展趨勢。

在全數(shù)字化的發(fā)展過程中，ADC/DAC 芯片需要采樣或者輸出越來越高的頻率、越來越高帶寬的信號。而在模擬到數(shù)字或者數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換過程中造成的噪聲和信號失真通常是很難補償?shù)?，并且會對系統(tǒng)性能造成重大影響。所以，高速 ADC/DAC 芯片在采樣或者產(chǎn)生高頻信號時的性能對于系統(tǒng)指標至關(guān)重要。

目前在很多專用領(lǐng)域，使用的 ADC/DAC 的采樣率可以達到非常高的程度。比如 Fujitsu 公司可以提供 110G~130GHz 的 IP 核，Keysight 公司在高精度示波器里用到了單片 40GHz 采樣率、10bit 的 ADC 芯片，以及 Keysight 公司在高帶寬任意波發(fā)生器里用到了 92GHz 采樣率、8bit 的 DAC 芯片等。這些專用的芯片通常用于特殊應用，比如光通信或者高端儀表等，比較難以單獨獲得。

在商用領(lǐng)域，很多 ADC/DAC 芯片的采樣率也都已經(jīng)達到了 GHz 以上，比如 TI 公司的 ADC 12J4000 是 4 GHz 采樣率、12bit 分辨率的高速 ADC 芯片;而 ADI 公司的 AD9129 是 5.6 GHz 采樣率、14 bit 分辨率的高速 DAC 芯片。這一方面要求 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器有比較高的采樣率以采集高帶寬的輸入信號，另一方面又要有比較高的位數(shù)以分辨細微的變化。

隨著 ADC/DAC 的采樣率的提高，高速 ADC/DAC 的數(shù)字側(cè)的接口技術(shù)也在發(fā)生著比較大的變化。

低速串行接口

很多低速的 ADC/DAC 芯片采用 I2C 或 SPI 等低速串行總線把多路并行的數(shù)字信號復用到幾根串行線上進行傳輸。由于 I2C 或 SPI 總線的傳輸速度大部分在10Mbps 以下，所以這種接口主要適用于MHz 以下采樣率的ADC/DAC 芯片。

并行 LVCMOS 或 LVDS 接口

對于幾 MHz 甚至幾百 MHz 采樣率的芯片來說，由于信號復用后數(shù)據(jù)速率太高，所以基本上采用并行的數(shù)據(jù)傳輸方式，即每位分辨率對應 1 根數(shù)據(jù)線(比如 14 位的 ADC 芯片就采用 14 根數(shù)據(jù)線)，然后這些數(shù)據(jù)線共用 1 根時鐘線進行信號傳輸。這種方法的好處是接口時序比較簡單， 但是由于每 1 位分辨率就要占用 1 根數(shù)據(jù)線，所以占用芯片管腳較多。

1、預劃分布先區(qū)域

2、分離模擬與數(shù)字信號

3、優(yōu)化ADC與DAC的布線

①ADC輸入布線：ADC的輸入信號線應盡量短且直接，以減少信號衰減和噪聲干擾。對于差分ADC，其輸入線應等長且平行，以確保信號的對稱性。同時，在ADC輸入端加入適當?shù)臑V波電容，以濾除高頻噪聲。

②ADC基準電壓布線：ADC的基準電壓線應盡可能短且直接連接到基準電壓源，以確?；鶞孰妷旱姆€(wěn)定性和準確性。同時，在基準電壓源與ADC之間加入去耦電容，以減少電源噪聲對基準電壓的影響。

③DAC輸出布線：DAC的輸出信號線同樣應盡量短且直接，以減少信號衰減和噪聲干擾。對于模擬輸出，應使用屏蔽線或雙絞線，并確保輸出線與模擬地之間的隔離。

4、適用寬線與放射狀布線

5、避免銳角和指教

6、合理防止解耦電容

7、利用多層PCB設(shè)計

ADC在芯片設(shè)計中有很多應用。以下是一些常見的例子：

通信系統(tǒng)：ADC可以用于將模擬信號(如音頻信號、射頻信號等)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便數(shù)字信號處理器進行數(shù)字信號處理和傳輸。

儀器儀表：ADC可以用于外部傳感器的讀取和采集，例如溫度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等。

消費類電子產(chǎn)品：ADC廣泛應用于消費類電子產(chǎn)品，例如數(shù)字相機、MP3播放器、手機等，用于音頻、視頻、圖像等信號的采集和數(shù)字化。

控制系統(tǒng)：ADC可以用于控制系統(tǒng)中的反饋信號采集，例如機器人控制、汽車ABS系統(tǒng)等。

醫(yī)療設(shè)備：ADC可以用于醫(yī)療設(shè)備中的生物信號采集，例如心電圖、腦電圖等

那么既然有ADC需要吧模擬專場數(shù)字,反過來，就有DAC的存在。什么是DAC呢

DAC在芯片設(shè)計中通常指的是數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-to-Analog Converter)，它是一種用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路或芯片。DAC與ADC相反，ADC是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而DAC則是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。DAC同樣在各種應用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

DAC的應用包括但不限于以下幾個方面：

音頻設(shè)備：DAC常用于數(shù)字音頻設(shè)備，如數(shù)字音樂播放器、數(shù)字電視等，將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號輸出到揚聲器。

通信系統(tǒng)：在通信系統(tǒng)中，DAC用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，例如在數(shù)字調(diào)制解調(diào)器(modem)中。

控制系統(tǒng)：DAC可用于控制系統(tǒng)中的數(shù)字信號輸出，例如工業(yè)控制系統(tǒng)、自動化設(shè)備等。

儀器儀表：DAC可用于模擬儀器儀表中的控制信號輸出。

模擬電路測試：在模擬電路測試中，DAC可用于產(chǎn)生各種波形信號以供測試分析。

總的來說，DAC在數(shù)字信號處理和模擬信號輸出方面有著廣泛的應用，是許多電子設(shè)備中不可或缺的關(guān)鍵組成部分

作為adc生產(chǎn)廠家，不得不提到核芯互聯(lián)，它成立于2018年，在北京、青島、上海、深圳設(shè)有研發(fā)中心，是一家專注于數(shù)?；旌闲盘栨溞酒O(shè)計的國家級高新技術(shù)企業(yè)。團隊聚集了研發(fā)和量產(chǎn)經(jīng)驗豐富的業(yè)界精英，在過去的短短的幾年時間中快速推出了包括高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(AD/DA)、電壓基準源、時鐘生成器、時鐘緩沖器、運算放大器等在內(nèi)的上百個型號的芯片產(chǎn)品。相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在電力、軌交、智能制造等領(lǐng)域的數(shù)百家企業(yè)中批量使用。 核芯互聯(lián)將持續(xù)為客戶提供高精度、高集成度、高穩(wěn)定性的芯片產(chǎn)品，形成以ADC、DAC、時鐘芯片、運放、高速SerDes、隔離器件、數(shù)?；旌蟂oC為核心的一站式信號鏈解決方案公司。