从ADI最新旗舰产品管窥数据转换器技术发展趋势

    ADI公司提供了业界最齐全、领先的模数转换器(ADC)系列和数模转换器(DAC)系列，这些产品实现了高采样速率、高精度、低噪声、低功耗、低价格及小型封装尺寸的完美结合，能够满足工业和仪器仪表、医疗设备、汽车系统、通信基础设施以及消费电子产品所需。傲视同侪的性能和价值是ADI在数据转换器市场持续领先的关键。

    美国市场调查公司Databeans的研究预测，从2011年到2015年，模数和数模转换器市场将迎来9%的年增长率，其中以要求更高便携性和更长电池使用时间的新兴市场最为突出，其次是要求更高性能的传统应用。事实上，从ADI公司近年来推出的系列数据转换器产品也可以看出这样的技术发展趋势。本文将以ADI公司近年来推出的领先产品为例，管窥数据转换器的技术发展趋势。

    功能集成满足新兴应用需求

    无论是电池供电的便携式产品还是市电供电的消费电子、工业及医疗电子产品，高集成度几乎是共同的需求。高集成度带来的不仅仅是更高的便携性或更小的占位面积，对于很多产品来说还可以提升产品的功能、降低产品的设计难度和产品的BOM成本。特别是对于很多重要的行业应用来说，未来数据转换器将延续功能集成的发展趋势，工程师将可以在系统设计中利用到更多具有丰富功能特性的数据转换器产品。

    ADI年初推出的全集成模拟前端（AFE）系列芯片的首款产品ADAS1000 就是一个范例。ADAS1000将原有ECG系统前端的50多个有源器件集成在一颗芯片内，支持ECG系统实现监护级和诊断级性能，大大简化了系统设计以及占板空间。如图2的内部功能框图所示，ADAS1000内部集成了完美的信号调理电路，在对ECG电极信号进行采样之前即完成了多通道的信号调理。而且，ADAS1000还能通过软件工具在芯片的高集成度和灵活性方面实现更好的平衡，用户可以通过软件平台配置与芯片内各功能模块对应的寄存器数据，从而为各功能块设定不同的参数值，实现多种数字输出选项。ADAS1000可有效用于各种ECG系统，包括诊断心电图仪、床边病人监护系统、动态监护仪和心脏除颤器。未来推出的该系列新产品还将提供更多优化特性和功能，以支持传统及新兴的ECG系统应用。

 
图2：ADAS1000内部功能框图。

     ADI公司在四年前就曾推出了业界首款在单芯片上集成完整八通道超声接收器的器件AD9271。而去年年底推出的新型八通道超声模拟前端AD9278 和AD9279再次实现更多领先特性和功能的整合：集成的LNA/VGA、ADC和抗混叠滤波器克服了分立解决方案可能面临器件间匹配的设计挑战，并大大缩小了PCB尺寸；集成的连续波（CW）多普勒调制器帮助系统设计工程师进一步提高相对于分立解决方案的噪声性能；具备高动态范围I/Q解调器，可减小实现CW多普勒处理所需的功耗和面积。

    高集成度的数据转换器案例绝不仅限于医疗应用。AD7606数据采集芯片就在上一代产品基础上，实现了8通道、16位、真双极性、同步采样ADC，单芯片内集成多个通道可支持变电站自动化设备中三相电流、电压和零线的测量。同步采样功能允许保留相位信息，同时可以在较宽的动态范围内对双极性电压和电流进行采样。AD7606系列的所有8个通道都能实现最高200 kSPS的采样速率。它内置低噪声、高阻抗输入和信号调整放大器，可处理最高22 kHz的输入频率。高集成度使得每个AD7606只需9个低值陶瓷去耦电容就能工作，大大简化信号调理电路并减少器件数量、电路板面积和测量保护板的成本，而且高集成度带来的良好的通道间和器件间性能匹配大大简化了校准程序。目前该产品在电力线路测量和保护系统中已经获得了大量应用。

    标杆性能支持产品创新

    产品创新成为了近年来企业关注的热点关键话题。如何创新？除了需要具有创新的产品设计理念，更关键的是需要利用创新的半导体技术来实现应用创新。纵观近年来国内外推出的各种创新电子产品，作为连接模拟与数字世界的桥梁，数据转换器的性能表现很多时候都扮演着至关重要的角色，未来电子产品技术的创新依然很大程度上需要依赖于数据转换器的卓越性能表现。ADI一直引领着数据转换器技术的变革，推出了大量具有行业标杆性能的产品， ADI依然认为数据转换技术的创新还有很长的路，还有大量可以提高数据转换器性能的技术创新机会等待发现。

    ADI新近推出的针对仪器仪表和通信应用两款模数转换器AD9284 和AD9286 就再次树立了该领域的性能新标杆：AD9284的310mW功耗创业界最低水平，是业界首款双通道、8位、250 MSPS ADC，而AD9286则是业界功耗最低的8位、500 MSPS ADC，能以低于竞争产品40%的功耗提供8位分辨率。两款转换器均具有49.3 dBFS的高信噪比(SNR)，支持宽动态信号范围，无杂散动态范围(SFDR)达到65 dBc。这两款产品的推出将有助于包括电池供电的仪器仪表、手持式示波器和数字示波器等实现卓越的性能特性。

    2011年初，ADI公司推出了业界速度最快、达250MSPS的16位ADC——AD9467。与其它16位数据转换器相比，这款16位、250 MSPS ADC可在能耗降低35%的情况下将采样率提高25%，其信号处理性能达到新的高度，适合测试和测量仪器、防务电子以及通信等要求大带宽高分辨率的应用。除了提供高分辨率和高采样率，AD9467的SFDR（无杂散动态范围）高达100 dBFs，SNR（信噪比）性能达76.4 dBFS。该器件在300MHz模拟输入时达90 dBFs的SFDR和60 fs rms的抖动，使得工程师能在更高的中频条件下提升系统性能，降低信号链的元器件数量，从而减少信号下变频级数。AD9467的推出将推动雷达系统、频谱分析仪以及用于无线基础设施的多载波、多模式接收机技术的快速提升。

    更低功耗悭下每个电荷

    随着节能环保的理念深入人心，低功耗已经成为几乎所有电子产品设计师关注的关键特性之一，而作为对很多电子产品功耗特性具有重要影响的数据转换器来说，其功耗特性通常在很大程度上决定了产品整体系统的功耗性能表现。如何通过采用先进的生产工艺、创新架构、以及更多独特设计技术降低功耗将成为数据转换器产品未来技术竞争的焦点之一。为此，ADI公司每年投入数千人的工程师技术团队进行相关技术的研发，以保持在数据转换器领域的持续领先。仅2011年一年，ADI就推出了近50款具有极低功耗特性的数据转换器产品。

    以智能变送器应用为例，作为基于微处理器的智能现场仪器，通常位于恶劣环境或远程区域，借助附加通信协议支持，通过4-20 mA 模拟环路供电进行双向通信。为智能变送器设计选择电子电路时，功耗是首要考虑因素，因为这些现场仪器所处的位置决定了它们必须直接采用4-20 mA环路供电。AD5421是一款完整的环路供电数字至4-20mA变送器，这款新型DAC通过减少元件总数和降低内部功耗实现了极高的系统功效，功耗比竞争产品低50%，面积节省55%。在大大降低功耗的同时，AD5421还实现了竞争产品三倍的精度，并提供片内诊断功能、集成了可编程电压调节电路以及具有高线性度和低漂移等独特特性。

    AD5755是ADI公司另外一款具有超低功耗的高度集成数据转换器。AD5755采用了动态功率控制、功能完善的多通道控制，内置4个带可编程电压或4至20 mA输出驱动器的16位精密DAC。与其它控制器技术相比，这款新型的转换器降低了80%的功耗，净散热（硅片温度减去环境温度）增强75%。AD5755无与伦比的功能和性能组合所支持的通道数是其他集成转换器的4倍，可以在单模拟I/O模块中以两倍的性能支持4倍之多的引脚。AD5755的动态功率控制功能通过降低功耗和自热效应，满足了客户增加通道密度的需要，使制造商不必增加系统尺寸或牺牲其他性能参数，即可实现多通道设计。