数据转换技术的发展趋势

作者：Tom Gratzek

精密转换器部市场与应用总监

James Caffrey

高速转换器部市场与应用总监

ADI公司

2012年，将更多的“智能”注入转换器仍是一大潮流。通过控制附加的系统功能，这类智能转换器不仅使设计人员可以采用更小、更简单、性价比更高的数据处理器，而且能够进一步简化编程并提高系统整体性能。

在今后18至24个月内，两大主题将会诠释这一趋势--即与转换器核心技术发展齐头并进的先进传感器快速扩张；以及在数据转换器内嵌入持续可调节功率功能的发展方向。

今天，用户越来越多地同步设计转换器内核和传感器IC，并将两者视为一个整体。实际上，系统设计工程师正寻求通过将传感器和转换器进行融合，来优化传感器性能的方法。他们同时在模拟信号采集和数字后处理要求的两个方面考察传感器和转换器，这不仅可以使转换器“充分激发”传感器元件的效能，从而优化传感器性能，而且还将成本降至最低。

James Caffrey 精密转换器部市场与应用总监 ADI公司

由于集成度不断增加，这类增强的“数字传感器”具有各种各样的设计优势或“智能”。转换器可以使用内部校准和线性化程序来处理传感器输出；传感器增益和偏移可由转换器加以校正，并产生片内传感器激励信号；数字控制可编程增益放大器可用来“优化”转换器至特定传感器读数，然后重新配置，以从相同的传感器读取一个不同的信号。转换器内置温度监控功能并根据温度调节转换器输出，可计算并消除热误差。MEMS传感器(如加速度计和陀螺仪)，同样也结合了数据传感器来感应惯性和旋转运动，并广泛运用于从工业和医疗设备，到手机和汽车稳定控制系统等场合。总之，设计人员不必像以往那样过多关注具体的传感器性能问题，从而加快产品上市并改善了性能。

传感器应用范围广泛，再加上相关信号处理技术不断推进，在全球范围内，传感器的数量和复杂性也迅速攀升。例如，大部分多领域传感器都需要复杂精密的信号采集，而这种要求对于不同的传感器，可能又各不相同。应用的多样性同样也促使新转换器技术的诞生，这些新技术能够智能转换不同幅度和信号类型的传感器输入，预调理需求极少。

而且，假设传感器信号低得足以被噪声所破坏，如果可以重新定位转换器和传感器--这意味着信号按微米而不是英尺行进，则简化了传感器校正，并使之更可靠。的确，由于系统设计越来越倚重于集成传感器，转换器需要变得更复杂、功能更齐全，以适应其在整体系统中日益上升的重要地位，这导致人们更加强调系统冗余和功能安全，而且要深入了解转换器，以确保这类问题得到适当控制。

Tom Gratzek 高速转换器部市场与应用总监 ADI公司

更长电池续航能力需求、环保设计优势深入人心、成本考量和监管法规等一系列因素正推动着第二波潮流席卷数据转换器市场。持续可调功率预示着低功耗设计的下一次突破，由此，转换器的智能程度足以持续调节系统功率。这项技术不仅涉及转换器如何控制系统功率，还包括如何根据系统在特定时段的需求，来动态控制自身功耗，以优化信号采集和功耗的平衡。人们将会看到，电动和混合动力车辆的电源管理效率更高、配电网管理更优化、CT和数字X光成像更清晰、无线数据通信速度更快等一系列科技转化成果。

嵌入式持续可调功率功能的问世，是十年前的关断引脚技术，和最近在许多转换器设计中所看到的功耗与性能权衡技术的自然演变。这些新特性要求设计和制造方面都需实现更多创新，例如，更细间距的微影蚀刻工艺结合数字辅助分析技术，以增强内核模拟能力。

得益于它们在忠实还原真实世界现象中所发挥的关键作用，今天的数据转换器正不断演变，以最大程度打造最逼真的用户体验。不断集成将不仅提高性能，而且在许多情况下化解了系统级设计分割方面的问题，同时降低设计成本、复杂性并缩小电路板空间。

本文来自《电子工程专辑》2012年2月刊，版权所有，谢绝转载。