自电子管A/D转换器面世以来,经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。在集成技术中,又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。在这一历程中,工艺制作技术都得到了很大改进。单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。模块、混合和单片集成转换器齐头发展,互相发挥优势,互相弥补不足,开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。近年来转换器产品已达数千种。
A/D和D/A转换器的主要发展趋势是,单片集成以硅为主导发展技术,并加速以硅为基础的异质结技术的发展;混合和模块集成A/D和D/A转换器是军事/航天系统的主导产品,将与硅芯片技术并行发展,而且需建立在先进的芯片技术基础之上;低电源、低功耗、高速、高精度A/D和D/A转换器是主导发展产品,其中16位100~200MHz及8~10位10GHz的高性能 A/D转换器是新一代先进雷达、电子占和通讯电子系统的关键器件之一,它们是重点发展目标;目前已有工艺技术能满足目标产品的制作,如III/V化合物半导体异质结技术℃,其日体管的ft已大于50GHz;工艺技术中,双极(特别是异质结双极)、CMOS、BiCMOS将并行发展,加工尺寸已发展到半亚微米亚料微米,将继续向深度发展。近年来,A/D和D/A转换器的市场呈稳步增长的发展趋势,它们在现代军用和民用电子系统中均显示出其重要地。2000年的市场销售额已达20.3亿美元。
不论是传统型ADC还是表发展起来的ADC都有各自的优缺点和适应场合。在选用ADC时,不仅要考虑应用的精度、速度等主要指标,还要考虑输入信号的形式(单端或差动输入)、输入信号范围、输入通道类型和数量、工作电源、内部基准、激励源等多种具体功能上的差异,这些在选型上都是认真考虑的。现代ADC制造商为用户应用考虑的越来越多,用户在方案设计时一定要在器件选型上下一些功夫,针对实际应用的具体要求尽量做到选型合理,这样往往可以简化设计、降低成本、提高性价比。
由于模数转换器在数字多媒体电子系统中应用的扩大,其市场呈稳步增长势头。同时人们对转换器性能的要求越来越高,其技术难度越来越大,但是对模数转换技术的研究开发更加活跃,不断将产品向更高性能推进。如今,模数转换技术已经变得复杂多样,但由以上分析可以看出,它有着如下的发展趋势:辣文论文网(www.751com.cn)版权所有结构不断简化。一方面减少制作难度相对较大、在芯片中特性匹配要求较高的部件的数量,减少高速比较器、宽带运放、精密电阻等(如由全并行方式发展到两步法、多步法,又发展到将信号预处理的折叠、内插法);另一方面减少模拟部件,尽可能多地采用成熟的数字电路(如新发展的Σ△结构)。 辣文论文网(www.751com.cn)版权所有转换速度提高。如今采用折叠插值型的ADC产品转换速度达到了8位/60MSPS。两级流水型ADC的产品转换速度达到了12位/4MSP FI(M 1iJ.'阿果资源网(www.agpr.net)版权所有'高速下尽可能的提高分辨率。如采用过采样 Σ△模数转换形式、流水线型转换方式以及折叠插值型转换方式,提高转换器的分辨率。如今过采样Σ△模数转换方式,精度达到了24位以上。
目前,模数转换器(ADC)已经应用于大量设备。很早以前,转换器是需要专门知识才能设计和制造的器件,因此采用转换器的解决方案成本很高。12位/500kHz的ADC在1975年卖到270美元。随着时间的推移,采用与数字集成电路相同工艺技术的现代转换器的价格急剧下降。今天同样的12位/500kHz转换器价格还不到1美元。ADC经常用于通信、仪器和测量以及计算机系统中,可方便数字信号处理和/或信息的存储。很多时候ADC功能与数字电路集成在同一芯片上,但有的设备要求必须使用独立的ADC。蜂窝电话是数字芯片中集成ADC功能的一个例子,而具有更高要求的蜂窝基站需要依赖单独的ADC来提供最佳性能。
ADC有以下一些特点:1. 模拟输入,可以是单通道或多通道模拟输入;2. 参考输入电压,该电压可以由外部提供,也可以在ADC内部产生;3. 时钟输入,通常由外部提供,用于确定ADC的转换速率;4. 电源输入,通常有模拟和数字电源引脚;5. 数字输出,ADC可以提供并行或串行的数字输出。
虽然ADC看起来非常简单,但它们必须正确使用才能获得最优的性能。ADC具有与简单模拟放大器相同的性能限制,比如有限增益、偏置电压、共模输入电压限制和谐波失真等。ADC的采样特性需要我们更多地考虑时钟抖动和混叠。以下一些指南有助于工程师在设计中充分发挥ADC的全部性能。
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