阿德諾半導(dǎo)體詳解數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)與應(yīng)用

【導(dǎo)讀】近日，阿德諾半導(dǎo)體公司(ADI)深圳媒體培訓(xùn)交流會(huì)第二季在深圳召開，ADI現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理章新明(Eagle Zhang)、技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理張松剛(Singer Zhang)分別主講了“高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器原理以及精確技術(shù)指標(biāo)對系統(tǒng)的影響”和“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在工業(yè)與儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例”兩個(gè)部分。

摘要：  近日，阿德諾半導(dǎo)體公司(ADI)深圳媒體培訓(xùn)交流會(huì)第二季在深圳召開，ADI現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理章新明(Eagle Zhang)、技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理張松剛(Singer Zhang)分別主講了“高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器原理以及精確技術(shù)指標(biāo)對系統(tǒng)的影響”和“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在工業(yè)與儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例”兩個(gè)部分。

關(guān)鍵字：  半導(dǎo)體，  ADI，  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，  技術(shù)指標(biāo)，  應(yīng)用實(shí)例

近日，阿德諾半導(dǎo)體公司(ADI)深圳媒體培訓(xùn)交流會(huì)第二季在深圳召開，ADI現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)理章新明(Eagle Zhang)、技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理張松剛(Singer Zhang)分別主講了“高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器原理以及精確技術(shù)指標(biāo)對系統(tǒng)的影響”和“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在工業(yè)與儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例”兩個(gè)部分。

SAR ADC的結(jié)構(gòu)、特性與重要指標(biāo)

ADI技術(shù)專家章新明首先講解有關(guān)逐次逼近型ADC(SAR ADC)基礎(chǔ)知識，包括逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)、算法、工作原理、逐次逼近型寄存器ADC的特點(diǎn)，以及轉(zhuǎn)換器的高級規(guī)格，包括ADC和DAC的重要直流規(guī)格、分辨率、增益誤差、失調(diào)誤差、微分非線性(DNL)、積分非線性(INL)等性能參數(shù)的概念和校正方法。

與Σ-Δ型ADC不同，SAR ADC是由一個(gè)比較器和DAC通過逐次比較邏輯構(gòu)成，其轉(zhuǎn)換技術(shù)類似于利用一個(gè)天平將一個(gè)樣本與一系列重量經(jīng)過校準(zhǔn)的測試樣本進(jìn)行比較，通過增減測試樣本，利用分辨率誤差最小并輕于樣本的測試樣本來估算樣本的重量。其工作過程是從最大值MSB開始，按順序地對每一位輸入信號(VIN)與內(nèi)置高分辨率DAC輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。

逐次逼近型寄存器ADC的特點(diǎn)(優(yōu)缺點(diǎn))：1.逐次逼近型寄存器ADC結(jié)構(gòu)簡單。它使用低壓CMOS (<3V)，支持低功耗工作;2.常用于商業(yè)/工業(yè)及相關(guān)應(yīng)用。中等分辨率(12 至16 位);中等速度(100 kHz 至1 MHz);3.ADC線性度高度依賴于內(nèi)部DAC的精度。如果內(nèi)部DAC不是單調(diào)遞增，那么ADC本身就會(huì)存在失碼。

判斷ADC和DAC的性能，主要指標(biāo)包括如下六個(gè)：分辨率、增益誤差、失調(diào)誤差、微分非線性(DNL)誤差、積分非線性(INL)誤差和失碼。增益誤差和失調(diào)誤差，類似于運(yùn)算放大器誤差。失調(diào)誤差會(huì)引起輸入/輸出關(guān)系在水平方向發(fā)生偏移，而增益誤差會(huì)引起輸入/輸出關(guān)系發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏移。失調(diào)誤差和增益誤差均可消除。

除了分辨率或精度問題，另外兩個(gè)重要的靜態(tài)性能還包括微分非線性(DNL)和積分非線性(INL)。DNL和INL是兩個(gè)重要的直流指標(biāo)，其測量方法主要是快速傅里葉變換。ADC的交流指標(biāo)包括：信噪比(SNR)/信納比(SINAD)、有效位數(shù)(ENOB)、全功率帶寬(FPBW)、采樣時(shí)鐘抖動(dòng)、高頻失真(THD)、交調(diào)失真(IMD)和無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)。其中，信納比和無雜散動(dòng)態(tài)范圍是最重要的兩個(gè)指標(biāo)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是信號處理必不可少的組成部分，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)控制和過程控制都離不開數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。對于運(yùn)動(dòng)控制而言，電機(jī)運(yùn)行的速度非?？?，宜選用SAR ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;而對于慢速的過程控制，則通常選用Σ-Δ ADC來實(shí)現(xiàn)。對于電機(jī)控制，一般12位ADC就能滿足要求;對于電力系統(tǒng)智能電表的應(yīng)用，則會(huì)用到14位、16位的ADC(電表動(dòng)態(tài)范圍為4000:1(0.01Ib~40Ib)時(shí)，12位精度是要求的底線)。