數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：多種專利技術(shù)擴(kuò)展轉(zhuǎn)換之門

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是模擬世界與數(shù)字世界之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的橋梁。近年來(lái)，隨著人們的生活設(shè)施不斷被數(shù)字化，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的需求量也越來(lái)越大。今天，在我們所使用的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3、數(shù)字電視以及數(shù)字化儀表中，都有多個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。而且，近年來(lái)各種新應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提出了高帶寬、大動(dòng)態(tài)范圍和低功耗的需求，廠商使用各類專利技術(shù)努力滿足這些應(yīng)用需求。

新應(yīng)用要求擴(kuò)展“轉(zhuǎn)換門”

數(shù)碼產(chǎn)品的特點(diǎn)是將信息先數(shù)字化，經(jīng)過(guò)各種處理之后再轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)生活所需的模擬信息。信息數(shù)字化會(huì)給人們帶來(lái)很多好處。例如，數(shù)字信息在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中不容易損耗，可以進(jìn)行多種處理，而且經(jīng)過(guò)數(shù)字化的產(chǎn)品的價(jià)格下降得更快。在信息數(shù)字化的過(guò)程中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器這類模擬器件變得不可或缺。“它就像大門一樣，這扇大門決定了有多少信息能夠在模擬域和數(shù)字域之間通過(guò)。”ADI高速信號(hào)處理產(chǎn)品線總監(jiān)DavidRobertson對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹說(shuō)，“其中，大門的寬度就像是轉(zhuǎn)換器的帶寬，高度就像是轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。”

值得注意的是，新的應(yīng)用需要更高的帶寬或是更大的動(dòng)態(tài)范圍，也就是說(shuō)要求轉(zhuǎn)換器這扇大門要越來(lái)越大。凌力爾特公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理AlisonSteer女士對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者舉例說(shuō)，在多輸入多輸出(MIMO)WiMAX/LTE和3G基站設(shè)備中，接收器對(duì)ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的要求是在接近125Msps采樣率時(shí)具有高的無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，即在140MHz輸入頻率時(shí)動(dòng)態(tài)范圍大于85dB。“對(duì)于將射頻信號(hào)下變頻轉(zhuǎn)換成更低頻率以進(jìn)行數(shù)字化的通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少系統(tǒng)整體成本的一個(gè)辦法是將高輸入頻率直接進(jìn)行數(shù)字化(高中頻采樣)。”Intersil公司的MattaMaher在對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹先進(jìn)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要演進(jìn)趨勢(shì)時(shí)說(shuō)，“這樣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不需要進(jìn)行兩次降頻轉(zhuǎn)換，可采用簡(jiǎn)單的單次頻率轉(zhuǎn)換，然后再對(duì)高中頻信號(hào)進(jìn)行采樣。要有效地完成這個(gè)工作，要求ADC具有高輸入帶寬和低孔徑抖動(dòng)。”同時(shí)，美信中國(guó)區(qū)市場(chǎng)傳播及應(yīng)用支持經(jīng)理魏智女士也介紹說(shuō)，很多先進(jìn)的工業(yè)應(yīng)用，例如先進(jìn)的電力線監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)代三相電機(jī)控制系統(tǒng)，需要使用高性能、多通道、同時(shí)采樣的ADC。這些應(yīng)用需要在大約70dB至90dB(取決于具體應(yīng)用)較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的多通道同時(shí)測(cè)量。“如果以動(dòng)態(tài)范圍作為橫坐標(biāo)，帶寬作為縱坐標(biāo)，你會(huì)看到，各種新應(yīng)用會(huì)構(gòu)成一個(gè)不斷向外擴(kuò)張的扇形。”ADI公司的DavidRobertson說(shuō)，“為此，這些年數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商一直致力于提升數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的帶寬和動(dòng)態(tài)范圍，以使更多的信息通過(guò)這扇大門。”

除此之外，低功耗性能也非常重要。無(wú)論是通信、醫(yī)療還是工業(yè)測(cè)試儀表，都對(duì)器件的低功耗提出了很高的要求。

專利技術(shù)提高三大指標(biāo)

新應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提出的三大要求———高帶寬、大的動(dòng)態(tài)范圍和低功耗，這三個(gè)指標(biāo)也是市場(chǎng)上主流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商不斷追求的。

據(jù)凌力爾特AlisonSteer女士介紹，該公司的16位185MspsLTC2209ADC系列含有一個(gè)內(nèi)部抖動(dòng)電路，以隨機(jī)處理線性度誤差的影響，從而減少噪聲。就低電輸入信號(hào)而言，該電路改善了無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍，使其動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)高于100dB。而在高速ADC電路中，數(shù)字反饋是一個(gè)常見問(wèn)題，它降低了ADC的信噪比(SNR)和無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍性能。凌力爾特的LTC2262系列14位/12位、25Msps至150MspsADC提供一種新的交替位極性(ABP)模式專有功能，以降低通過(guò)良好的布局也可能無(wú)法消除的數(shù)字反饋。

Intersil公司的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品利用創(chuàng)新的charge-domain(電荷域)工藝(FemtoCharge)，來(lái)研發(fā)滿足上述三大特性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。而且，對(duì)于需要更高采樣率的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，公司還設(shè)計(jì)出一個(gè)具有專利的交錯(cuò)技術(shù)，就是交錯(cuò)使用兩個(gè)低功耗的高速ADC內(nèi)核，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速應(yīng)用。

關(guān)注系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品

除了性能指標(biāo)上的更新外，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品也在被不斷地提高集成度。ADI公司的DavidRobertson說(shuō)：“現(xiàn)在，我們經(jīng)常會(huì)與客戶談?wù)撨@種集成最終會(huì)發(fā)展到什么程度。”去年，ADI推出的AD9272就在10Msps～80Msps的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器上集成了八通道的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、低噪聲前置放大器(LNA)、抗混疊濾波器(AAF)。凌力爾特的AlisonSteer女士介紹說(shuō)，目前集成的趨勢(shì)是給ADC集成更多的信號(hào)通路，同時(shí)使數(shù)字接口更靈活和更易于管理。Intersil則在探討如何采用交錯(cuò)架構(gòu)把更多的低功耗高速ADC內(nèi)核集成在一起，從而設(shè)計(jì)出更高速率、更高分辨率的產(chǎn)品。“談到集成，除了有系統(tǒng)級(jí)芯片外，還有系統(tǒng)級(jí)封裝和板級(jí)集成。”ADI公司的DavidRobertson介紹說(shuō)，“實(shí)際上，我們目前在系統(tǒng)級(jí)封裝領(lǐng)域投入了大量的精力。”

凌力爾特公司也早就開發(fā)出了一種微型模塊(μModule)封裝技術(shù)。他們推出的LTM9003系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)，消除了工程師匹配信號(hào)鏈路阻抗的難題，使工程師能夠?qū)Ｗ⒂谲浖_發(fā)，以便使產(chǎn)品更快上市。而對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的真正益處是，這個(gè)系列的微型模塊器件具有集成式高速率ADC，屬于接收器子系統(tǒng)類別，已獲得了美國(guó)出口管制分類號(hào)(ECCN)5A991。這意味著，它不需要美國(guó)出口許可證就可運(yùn)到中國(guó)。相比之下，分立的高速率ADC的出口受到美國(guó)政府的限制。

集成高速接口是新趨勢(shì)

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)中，一個(gè)頗為重要的新話題是業(yè)界推出了集成新型JESD204高速接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。這個(gè)高速串行接口在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)上的專門SerDes(并串行與串并行轉(zhuǎn)換器)端口之間實(shí)現(xiàn)了兩線通信。這使FPGA的通用I/O引腳可以空閑出來(lái)用作其他用途，簡(jiǎn)化了布局并在模擬和數(shù)字平面之間實(shí)現(xiàn)了更好的隔離。與傳統(tǒng)的并行數(shù)字接口相比，新型JEDECJESD204A接口只需使用6路互聯(lián)信號(hào)，而一個(gè)并行接口則需要耗用整整28路互聯(lián)信號(hào)，可見JEDECJESD204A可以省下將近80%的連接線路。此外，JEDECJESD204A接口還具有單比特位錯(cuò)誤檢測(cè)功能，并且無(wú)須改變PCB印刷電路板的設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能升級(jí)。

凌力爾特和恩智浦公司都相繼推出了這樣的產(chǎn)品。其中，凌力爾特的LTC227416位105MspsADC具有JESD204兼容接口，串行接口以2.1Gbps速率工作，但是可實(shí)現(xiàn)3Gbps或更高速率，串行LVDS(低電壓差分信號(hào))限于1Gbps速率。恩智浦即將面市的產(chǎn)品組合由新型高速16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。DAC1408D650是一種雙通道、帶有4條JESD204A數(shù)據(jù)線、采樣速率達(dá)650Msps的DAC。