三驾马车驱动数据转换器市场稳步增长

作者：Sunny Sun

作为连接模拟与数字世界的桥梁，数据转换器是电子设备与系统中必不可少的重要器件。数据转换器的性能决定了信号转换的优劣并在很大程度上决定了数字设备的性能。据市场调研公司Databeans的报告， 预计到2016年，数据转换器市场将保持每年12%的增长率。巨大的市场需求主要来源于亚太市场，其中消费电子、通信以及汽车电子等应用领域的增长最为显著。

挖掘通信及汽车电子等传统市场潜力

众所周知，数据转换器从未停止对更快转换速率、更高的转换精度、更低成本的追求，这种趋势始终伴随数据转换器技术的发展。但是不同的应用对数据转换器在速度、精度、集成度和功耗方面都有不同要求，并不是要求每一项指标都要求达到最优。

在工业领域，数据转换器主要应用在数字感应装置如电机控制，PLC市场等。在这个领域，对数据转换器的主要要求是高性能，低漂移，低失调。ADI公司华中地区销售经理张靖表示，例如，欧洲核子研究中心用来测量CERN大型强子对撞机内超导磁体的磁场的仪器采用了18位的ADI模数转换器AD7634，在最大采样速率670kSps时具有优异的101dB信纳比。提供了迄今为止可能达到的最高性能。在通讯基础设施方面，应用需要均衡考虑系统成本性能、集成功能和密度的最佳平衡。在医疗电子方面，通道密度增长非常快，同时又要求电路体积足够小，系统功耗足够低，以及更好的热特性。因此，数据转换器与信号调理电路集成的解决方案将持续获得业界欢迎。

对于传统市场，由于新需求和新功能的出现，通信和汽车电子领域将会存在巨大的发展机会。在通信市场，网络要求更高的容量，运营商要求更低的运营成本。这是一个独特的组合，更高速、更宽的带宽，同时还要有更低的成本和更低的功放。TI的专家表示，TI的产品可以使功放提高20%~50%的效率，40W功放运行时提高100W的运行效率，因此运行更加快速，同时降低通讯系统的安装成本。高性能数据转换器能够在一个硬件上获得以上多个标准的要求，这是TI在通讯市场的主要推动力量。

在车载娱乐方面，出现了音频触屏控制器。一些西欧国家还开发出新的装置，在车前端安装热成像装置，这样在夜间，即使你的车灯照不到的地方你也可以在仪表盘上看到热成像投影。还有雷达巡航控制，射频照相机等，这些汽车电子产品都需要数据转换器 。ADI最近推出的一款单片高品质视频解码转换器ADV7181D，具有RGB图形数字化功能。它可支持传统的PAL、SECAM、NTSC等制式的复合视频与S端子到ITU-R BT656的转换，还可以支持RGB/YPrPb到数字YCrCb或RGB 的转换。可应用于汽车娱乐系统、高清电视和DVD/AVR 等系统。此外，在汽车电子领域，ADI公司推出的AD8283将汽车雷达接收器模拟前端集成到一块芯片中，大大提高了集成度，降低了汽车雷达的尺寸和成本。

加强功耗控制满足新兴应用需求

在未来几年内，随着智能手机、平板电脑等新兴应用的需求激增，对于数据转换器在功耗控制方面的要求成为首要问题。不仅限于新兴应用， 对于工业、汽车等传统应用，实现低功耗的“绿色”设计也是大势所趋。

为了解决功率控制问题，凌力尔特在2011年最新推出的逐次逼近寄存器(SAR)型ADC产品 LTC2379中，首次引入了数字增益压缩(DGC)功能。该功能可将输入范围调节至基准的10%到90%，因此可以将ADC驱动器中的负轨去掉。据凌力尔特产品市场经理Alison Steer介绍，凌力尔特不仅仔细注意了该ADC的功耗，而且还对整个信号链路给以了关注。除了可随采样速率而对功耗进行线性调节之外，LTC2379系列还在采集阶段提供了几乎为零的功耗。

除了ADC本身的低功耗，LTC2379还提供更长的采集时间(比同类产品长2到3倍)，这允许功率非常低的驱动器(即稳定时间更长)与该ADC配对，从而极大地降低了所消耗的总功率。由于信号链路的大多数功率都消耗在ADC驱动器内，DC驱动器速度降低为2至3倍，就等于ADC驱动器的功率降低为2至3倍。加之去掉了负轨，因此信号链路解决方案的总功率可以降低5倍或更多。

考虑整个信号链路非常重要，来自美信的专家Howard Kuo和Jamaal Mitchell指出，在设计中，我们将运算放大器、MUX同时考虑进去以优化整个信号链。例如，我们将内部缓冲器或PGA嵌入到ADC中以简化信号链中的运算放大器或者MUX。此外，在ADC中还采用了智能的电路技术，有效降低了运算放大器的功耗。这种高级别的信号链为客户降低了整体功耗和成本。

而在DAC方面，TI推出了具有业界最低功耗的4通道16位数模转换器DAC3484。该款产品在1.25GSPS速率下比速度最接近的4通道DAC快25%，而每通道功耗仅为250mW， 比性能最接近的同类竞争产品低65%。此外，DAC3484还比其它4通道DAC解决方案小40%，并支持高达250MHz的宽带功率放大器线性化。

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将“智能”注入数据转换器

未来，市场将需要更多“智能”注入的数据转换器，这是一大发展趋势。通过控制额外的系统功能，这类智能转换器不仅仅使设计人员采用更小、更简单、更高性价比的数据处理器成为可能，而且进一步简化了编程并使系统整体性能得到提高。ADI专家指出，在今后的1到2年内，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。

而芯海的产品研发中心总监刘小灵也认为，数据转换产品会与MEMS及RF集成在一起成为物联网时代的神经末梢。例如基于MEMS技术的麦克风，可以直接把传感器、ADC、RF做在一颗芯片上，无线接入物联网。家庭内部的温度、烟感、红外、视屏监控传感器，同样可以通过与ADC和RF的集成来连接到物联网。甚至通过在衣服的纽扣上安装集成了MEMS加速度传感器、ADC、RF的芯片，可以得到人一天的卡路里消耗量用于识别肥胖风险，或者用来进行体感游戏，甚至动画人物的动作拟合等。而穿戴式的生物信号检测装置，通过集成数据转换器和RF，可以直接把人的心电，脑电信号传递到物联网上，经过数据分析后，为个人提供实时的健康信息，甚至包括个人的身体疲劳程度、情绪变化状况等，有效的提升生活品质。

数据转换器选型建议

由于不同的应用对于数据转换器产品的需求不同，系统设计、电路配置的多样性，使得放大器的选型在当今是一个相当复杂的事情，只有非常有经验的工程师才能在数量非常庞大的数据转换器产品中寻找到最合适的器件。

转换器分辨率、转换速度、供电、接口形式、性价比，这是大部分工程师都会注意的。但是还需要根据具体的应用选择适当的直流参数和交流参数。ADI华中地区销售经理张靖指出，例如，我们要注意同一分辨率以及速度下的转换器INL/DNL、SNR、SFDR、输入阻抗以及形式，时钟抖动，参考要求等。不同应用对具体参数的要求是不同的。 在音频转换时，我们非常关注谐波失真(THD)这个指标。但是在高速射频采样时，我们要考虑时钟抖动，信号带宽，输入驱动等因素。

除了根据不同应用的性能规格来进行数据转换器的选型，凌力尔特产品市场经理Alison Steer还指出，工程师还应该查看哪些参数随温度变化是有保证的，因为典型值可能遵循一条很宽的钟形曲线变化，这有可能在生产过程中导致问题。如果一个IC超出了数据表中规定的典型值，你无法求助于IC制造商。随全面保证的性能规格而来的是更高的价格，IC制造商提供典型值作为性能指标的原因常在于此。但是，如果一款产品的工作性能未能达到设计要求，那么由此产生的麻烦则会糟糕得多。此外，如果仅逐项比较数据表(或价格)，那么与输入驱动有关的信号链路总体功耗或噪声指数等性能规格的好处是不容易比较出来的。

图1：凌力尔特将向市场推出最快的无延迟18位SAR ADC LTC2389-18。

图2：TI推出具有业界最低功耗的4通道16位数模转换器DAC3484。

本文来自《电子工程专辑》2012年3月刊，为本刊作者原创，谢绝转载。