整合MEMS/可調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)　智慧型資料轉(zhuǎn)換器受青睞

2012年資料轉(zhuǎn)換器的主要發(fā)展趨勢，將朝向?qū)敫嗟闹腔酃δ転橹鳌Ｍ高^對于額外系統(tǒng)功能的管理，這些智慧型轉(zhuǎn)換器不僅能讓設(shè)計廠商使用更小巧、簡單且具成本效益的資料處理器，同時還可使編程更為容易，并改善總體的系統(tǒng)性能。在未來18～24個月內(nèi)，資料轉(zhuǎn)換器整合微機電系統(tǒng)(MEMS)以及朝向資料轉(zhuǎn)換器中嵌入式固定可調(diào)節(jié)功率等特點的推動將是大勢所趨。
資料轉(zhuǎn)換器整合MEMS性能加倍

越來越多系統(tǒng)設(shè)計工程師需要在轉(zhuǎn)換器核心與感測器積體電路(IC)中同步地進行設(shè)計，就如同在一組整合式的單元中一樣便捷。系統(tǒng)設(shè)計工程師藉由將感測器至轉(zhuǎn)換器視為單一單元而設(shè)法將感測器的性能最佳化。工程師從訊號搜集以及數(shù)位化處理的需求來考量感測器至轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。此不僅能透過從感測器中擷取最多資料，并讓轉(zhuǎn)換器與感測器性能最佳化(圖1)，同時也能使成本降至最低。  

圖1 已有廠商推出低成本、高效能的轉(zhuǎn)換器解決方案

透過這樣的整合度提升，這些功能增強的數(shù)位感測器具備了所有類型的設(shè)計優(yōu)點或是“智慧”。轉(zhuǎn)換器可利用內(nèi)部校正與線性化例行程序處理感測器的輸出。感測器增益以及偏移能夠透過轉(zhuǎn)換器加以修正，并產(chǎn)生出晶片內(nèi)的感測器激發(fā)訊號。數(shù)位化管理的可編程增益放大器可用來將轉(zhuǎn)換器“最佳化”至特定的感測器讀數(shù)，接著重新設(shè)定組態(tài)以便從相同的感測器讀取不同的訊號。透過將溫度監(jiān)測功能建立在轉(zhuǎn)換器當(dāng)中，以及依據(jù)溫度調(diào)整轉(zhuǎn)換器的輸出，熱能的誤差也能夠加以估算并予以移除。  

MEMS感測器如加速度計與陀螺儀，也會與資料轉(zhuǎn)換器整合，以便感測慣性與旋轉(zhuǎn)動作，并且被設(shè)置在大量的應(yīng)用中，范圍從工業(yè)與醫(yī)療照護裝置一直到行動電話與汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)都有。簡而言之，設(shè)計廠商毋須如同以往投注大量心力在處理感測器復(fù)雜的性能設(shè)計問題，如此一來，就能夠加快產(chǎn)品上市時間并同時改善性能。  

由于應(yīng)用范圍如此廣大，因此拜相關(guān)訊號處理功能的進步所賜，使得全世界的感測器數(shù)量與復(fù)雜度也隨之快速成長。舉例來說，有許多這種多重領(lǐng)域感測器須要具有與其他感測器顯著不同的復(fù)雜且精密的訊號搜集功能。同樣的，應(yīng)用領(lǐng)域的差異正在導(dǎo)向新的轉(zhuǎn)換器技術(shù)，其能夠以預(yù)先調(diào)節(jié)的方式，將不同振幅的感測器輸入以及訊號類型進行聰明的轉(zhuǎn)換。  

此外，若感測器的訊號在一般情況下已低至足以被雜訊所影響時，那么可將轉(zhuǎn)換器與感測器結(jié)合在一起，此時訊號的接受只須要移動數(shù)微米而非數(shù)英尺即可正常接收，這將使感測器的校正更為容易且更加可靠。實際上，隨著系統(tǒng)的設(shè)計變得更加大量的仰賴整合式感測器，因而使得轉(zhuǎn)換器在總體系統(tǒng)中的重要性也隨之提高，所以就必須要更具有多功能性。而這將會使系統(tǒng)冗余(System Redundancy)以及功能性安全更受到重視，且須要具備對于轉(zhuǎn)換器的深入了解，以便確保這些問題都能夠獲得適當(dāng)?shù)奶幚怼? 

恒定管理/調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率　固定可調(diào)節(jié)功率受注目

由于受到更長電池使用時間以及對于“綠色”設(shè)計優(yōu)點的普遍認(rèn)知、成本考量與法規(guī)等需求所推動，驅(qū)使轉(zhuǎn)換器變得更加聰明，能夠以恒定的管理與調(diào)整系統(tǒng)功率，而低功率設(shè)計發(fā)展的下一步就是由固定可調(diào)節(jié)功率做為代表。如圖2所示，固定可調(diào)節(jié)功率是席卷資料轉(zhuǎn)換器市場的重要趨勢。  

圖2 優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換器須具備低功耗與較小的占位面積

這不僅須要轉(zhuǎn)換器來管理系統(tǒng)功率，同時也須要動態(tài)管理其自身的功率耗損，以便依據(jù)系統(tǒng)在特定時間下的需求將訊號搜集與功率耗損間的平衡予以最佳化。此調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率管理的功能可應(yīng)用在電動汽車與混合動力電動汽車中，提供更具效率的能源管理、電力傳輸電網(wǎng)的管理，以及改良的電腦斷層掃描(CT)與數(shù)位X光顯像；能達(dá)到更快速的無線資料通訊。  

低功耗資料轉(zhuǎn)換器電路圖

嵌入式固定可調(diào)節(jié)功率功能的出現(xiàn)，為10年前斷電接腳的邏輯演進，同時也是在許多資料轉(zhuǎn)換器設(shè)計當(dāng)中，可看到功率對性能的最新權(quán)衡。這些新的特點同時須要設(shè)計與更多制造上的創(chuàng)新，像是更細(xì)線化微影制程能夠結(jié)合數(shù)位輔助分析，其中數(shù)位技術(shù)則是用來增加核心類比的功能。  

由于資料轉(zhuǎn)換器扮演決定性的角色，因此現(xiàn)今仍在不斷發(fā)展中，以便盡其所能的呈現(xiàn)出最栩栩如生的使用者體驗。提高整合度不僅獲得更好的性能，還能夠減緩有關(guān)于系統(tǒng)級設(shè)計分割的問題，又能夠同步降低設(shè)計的成本、復(fù)雜度，以及電路板空間。  

(本文作者依序為亞德諾精密轉(zhuǎn)換器事業(yè)群行銷應(yīng)用總監(jiān)、亞德諾高速轉(zhuǎn)換器事業(yè)群行銷應(yīng)用總監(jiān))