常用A/D、D/A器件手冊(cè)

前言

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)在電子產(chǎn)品中的比例越來(lái)越高，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字電路與模擬電路之間的橋梁，其意義也越來(lái)越重要。近年來(lái)，各種類型的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器層出不窮，工程設(shè)計(jì)人員在器件的選擇上常常陷入兩難的境地。本書(shū)編寫(xiě)的目的是為工程設(shè)計(jì)人員提供一本關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用與選型的參考書(shū)。A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì)A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器是隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用的需求而高速發(fā)展的，近年來(lái)，主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢(shì)。1．按照應(yīng)用領(lǐng)域細(xì)分。早期的A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，制造成本昂貴。不同的產(chǎn)品盡管在性能指標(biāo)及體系結(jié)構(gòu)上有差異，但市場(chǎng)上絕大多數(shù)器件都是針對(duì)通用領(lǐng)域來(lái)設(shè)計(jì)的，從用戶的角度來(lái)講，不僅價(jià)格昂貴，而且很難選擇到非常適合的器件。隨著集成電路制造工藝的改善及設(shè)計(jì)工具的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)及制造的成本大幅度降低，而市場(chǎng)規(guī)模卻大幅度增加，這就使得為專門應(yīng)用設(shè)計(jì)特定的器件成為可能。最明顯的領(lǐng)域如多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器（CODEC），這是一類針對(duì)音頻領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)計(jì)的高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器件，這些器件一般都包括分辨率達(dá)16位或以上（目前大多數(shù)都是24位）的?-?型A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器，采用I2S接口傳輸音頻數(shù)據(jù)，采用I2C總線作為控制總線等。有一些A/D轉(zhuǎn)換器是針對(duì)視頻信號(hào)設(shè)計(jì)的，它們甚至能夠自動(dòng)識(shí)別輸入信號(hào)格式。還有一類針對(duì)觸摸屏應(yīng)用的觸摸屏控制器，也是特殊的A/D轉(zhuǎn)換器。隨著技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，這種趨勢(shì)會(huì)更加明顯。2．高速度。這是一種非常明顯的發(fā)展趨勢(shì)。A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬世界與數(shù)字世界之間的接口，其發(fā)展必然受處理器技術(shù)發(fā)展的影響。高速的處理器能夠完成更多的工作，由于許多原本由模擬電路完成的工作逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)字信號(hào)處理，因此近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度與其他半導(dǎo)體器件相比其速度要更快一些，這就要求與之相配的A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器具有更高的速度。這種趨勢(shì)在兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中十分明顯：一個(gè)是軟件無(wú)線電；另一個(gè)是示波器及信號(hào)分析設(shè)備。所謂軟件無(wú)線電，就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。即整個(gè)無(wú)線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字?模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使無(wú)線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)。高速A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)使軟件無(wú)線電的實(shí)現(xiàn)成為可能，軟件無(wú)線電的發(fā)展為A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的發(fā)展指明了方向。在示波器及信號(hào)分析領(lǐng)域里，現(xiàn)在已經(jīng)有轉(zhuǎn)換速率達(dá)到數(shù)GSPS的A/D轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)。3．高精度。有相當(dāng)一部分A/D轉(zhuǎn)換器是用于測(cè)量的，在這些應(yīng)用場(chǎng)合中的A/D轉(zhuǎn)換器，往往對(duì)速度要求并不是很高，但對(duì)精度要求較高。目前精度最高的A/D轉(zhuǎn)換器是?-?型A/D轉(zhuǎn)換器，最高分辨率為24位，也有個(gè)別產(chǎn)品超過(guò)24位，但仍然不能滿足要求。人們正致力于研制更高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。值得注意的是，高精度A/D轉(zhuǎn)換所面臨的問(wèn)題不只是轉(zhuǎn)換器本身的精度，在這些應(yīng)用中基準(zhǔn)源的精度及穩(wěn)定性、信號(hào)本身的噪聲、信號(hào)調(diào)理電路引入的噪聲以及外圍電路設(shè)計(jì)等各方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗都至關(guān)重要。4．SoC技術(shù)的應(yīng)用及智能轉(zhuǎn)換器。片上系統(tǒng)（SoC）已經(jīng)成為集成電路發(fā)展的趨勢(shì)。大部分傳感器需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)整以消除潛在的測(cè)量誤差源。這些誤差源包括增益和偏移誤差、環(huán)境或固有噪聲以及傳感器自身傳遞函數(shù)的非線性。許多現(xiàn)代應(yīng)用還需要按數(shù)字格式調(diào)節(jié)的傳感器數(shù)據(jù)。對(duì)于有多個(gè)傳感器的系統(tǒng)而言，在各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路會(huì)增加一定開(kāi)銷，并可能成為問(wèn)題，因?yàn)檫@增加了最終應(yīng)用的維護(hù)、校準(zhǔn)和成本負(fù)擔(dān)。不管是熱電偶、電阻測(cè)溫器、稱重傳感器還是磁場(chǎng)傳感器，所有類型的傳感器一般都需要一個(gè)用于信號(hào)生成和調(diào)節(jié)電路的激勵(lì)（偏置）源，以補(bǔ)償各種測(cè)量誤差。這些要求使A/D轉(zhuǎn)換器本身所要做的事情不僅是從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，可能還要完成信號(hào)調(diào)理、補(bǔ)償、誤差修正、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、提供激勵(lì)源或偏置，甚至在片上集成一個(gè)控制器。這些器件功能強(qiáng)大，單片完成信號(hào)調(diào)理、采集、處理甚至整個(gè)應(yīng)用，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本大大降低，而可靠性卻大幅度提高，從應(yīng)用的角度看，它們是帶有A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器的處理器，但從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換角度看，它們是基于SoC技術(shù)的集成了處理器的A/D轉(zhuǎn)換器，可以把它們稱為“智能A/D轉(zhuǎn)換器”。5．封裝小、功耗小、成本低。封裝小、功耗小、成本低是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求的重要目標(biāo)，這種趨勢(shì)在轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域中也十分明顯。轉(zhuǎn)換器件的封裝由曾經(jīng)的DIP封裝轉(zhuǎn)向目前占主流的TQFP、SO封裝再轉(zhuǎn)到發(fā)展趨勢(shì)明顯的BGA及QFN封裝，體積越來(lái)越小。隨著設(shè)計(jì)技術(shù)及制造工藝的改進(jìn)，從功耗數(shù)百毫瓦的通用轉(zhuǎn)換器到現(xiàn)在僅消耗?A級(jí)電流的新型轉(zhuǎn)換器，其功耗在逐漸降低，相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)換器設(shè)有不同等級(jí)的關(guān)斷模式，在器件不工作或其部分功能不使用時(shí)，關(guān)斷相應(yīng)的電路以降低功耗。伴隨著工藝改進(jìn)及市場(chǎng)增大，必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器件的成本降低。尤其是用于消費(fèi)電子領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換器件，在過(guò)去的10年中，其價(jià)格甚至已經(jīng)降到了原來(lái)同等性能指標(biāo)的產(chǎn)品價(jià)格的1/10以下。內(nèi)容概覽全書(shū)分兩大部分，第一部分介紹關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)知識(shí)，第二部分為常用A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的選型參考。鑒于A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器相比，其產(chǎn)品數(shù)量大很多，應(yīng)用更廣泛，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，全書(shū)關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器器件的內(nèi)容要比D/A轉(zhuǎn)換器器件的內(nèi)容多。第一部分共分為4章。主要介紹A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件的基本知識(shí)，包括常用術(shù)語(yǔ)、原理、外圍電路及應(yīng)用等。第1章介紹A/D轉(zhuǎn)換器基本原理。首先介紹了A/D轉(zhuǎn)換器的用途、編碼以及各種常用編碼之間的轉(zhuǎn)換，然后介紹了A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的常用術(shù)語(yǔ)、指標(biāo)及基本概念。只有了解了這些基本概念，才能夠選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器，這也是使用A/D轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)。最后介紹了A/D轉(zhuǎn)換器的誤差及其對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的影響和如何處理相關(guān)問(wèn)題的方法。第2章介紹A/D轉(zhuǎn)換器的種類及架構(gòu)。主要介紹了逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、流水線型A/D轉(zhuǎn)換器、?-?型A/D轉(zhuǎn)換器、閃速A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換器以及壓頻轉(zhuǎn)換器等的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。最后還介紹了智能A/D轉(zhuǎn)換器的概念并介紹了一個(gè)智能A/D轉(zhuǎn)換器的例子。第3章介紹A/D轉(zhuǎn)換器外圍電路。其內(nèi)容主要分為兩部分：一部分為A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)調(diào)理電路，介紹了電橋、模擬信號(hào)的放大與衰減、信號(hào)隔離以及濾波等相關(guān)內(nèi)容；另一部分介紹了電壓基準(zhǔn)，無(wú)論對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器還是D/A轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)都是至關(guān)重要的，基準(zhǔn)的好壞往往會(huì)決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，而電壓基準(zhǔn)是絕大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器使用的基準(zhǔn)。首先介紹了電壓基準(zhǔn)的主要參數(shù)，然后介紹了各種電壓基準(zhǔn)的工作原理，最后介紹了電壓基準(zhǔn)選用的一般原則。第4章介紹D/A轉(zhuǎn)換器基本原理及分類。首先介紹了D/A轉(zhuǎn)換器的用途及常用術(shù)語(yǔ)，接下來(lái)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器的誤差及失真做了介紹。最后介紹了Kelvin分壓器、全解碼型D/A轉(zhuǎn)換器、二進(jìn)制加權(quán)型D/A轉(zhuǎn)換器、倒T形D/A轉(zhuǎn)換器、分段型D/A轉(zhuǎn)換器及過(guò)采樣內(nèi)插型D/A轉(zhuǎn)換器等各種D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。本書(shū)的第二部分是A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的選型及使用手冊(cè)，收錄了業(yè)界在A/D、D/A轉(zhuǎn)換器技術(shù)及生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位的6家國(guó)外集成電路公司的部分A/D、D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品介紹，約七百余種。對(duì)這些器件的主要特性、主要參數(shù)及封裝類型的介紹較為詳細(xì)，同時(shí)并盡可能提供每個(gè)產(chǎn)品的極限參數(shù)、內(nèi)部邏輯、推薦工作狀態(tài)等其他信息。對(duì)使用本書(shū)的建議編寫(xiě)本書(shū)的目的是作為一本選型與使用的手冊(cè)。本書(shū)內(nèi)容分兩部分，對(duì)于不熟悉A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的讀者，請(qǐng)先閱讀第一部分的相關(guān)內(nèi)容，掌握關(guān)于A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)知識(shí)。本書(shū)第2部分的內(nèi)容為選型與使用手冊(cè)。這部分內(nèi)容中包括了七百余種A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器，為了使用方便，在這部分內(nèi)容前面設(shè)置了A/D轉(zhuǎn)換器選型表和D/A轉(zhuǎn)換器選型表。A/D轉(zhuǎn)換器選型表列出了器件編號(hào)、分辨率、轉(zhuǎn)換速率、通道數(shù)、最大功耗、電源類型、INL、DNL、SNR、接口形式等主要的選型參數(shù)和依據(jù)，通過(guò)該表，可以直觀地選出所需的A/D轉(zhuǎn)換器，然后再根據(jù)頁(yè)碼在手冊(cè)中查找具體的器件。D/A轉(zhuǎn)換器選型表列出了器件型號(hào)、分辨率、更新速率、建立時(shí)間、通道數(shù)、輸出類型、I/O接口、供電電壓、最大功耗、INL、DNL、SNR等主要的選型參數(shù)和依據(jù)，通過(guò)該表，可以直觀地選出所需的D/A轉(zhuǎn)換器，然后再根據(jù)頁(yè)碼在手冊(cè)中查找具體的器件。關(guān)于資料來(lái)源本書(shū)編寫(xiě)中用到的所有資料都來(lái)自于相關(guān)公司在網(wǎng)站上或紙質(zhì)材料上公開(kāi)發(fā)布的資料，所有涉及的資料的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、商標(biāo)等歸相應(yīng)的公司所有。致謝電子工業(yè)出版社的張榕編輯在本書(shū)的編寫(xiě)及出版過(guò)程中提供了很多良好的建議。正是在她的鼓勵(lì)和大力支持下，這本書(shū)才能完稿。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，程節(jié)順、李少光、馬卓凡、邵詩(shī)逸、烏云翔、王麗娜參與了大量的資料整理與校對(duì)工作，在此表示感謝。最重要的，我要深深地感謝我的家人，在編寫(xiě)本書(shū)的日子里，他們一直給我鼓勵(lì)、支持和照顧，感謝我可愛(ài)的兒子，在這段日子里給了我最大的快樂(lè)和動(dòng)力。張志剛2008年于上海

內(nèi)容概要

本書(shū)的內(nèi)容主要分為兩部分：第一部分是對(duì)各類A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件的特性、應(yīng)用范圍、使用方法等方面進(jìn)行描述，主要目的是為A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件的選擇和使用提供理論上的參考，為主要類型的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器提供了部分典型應(yīng)用線路；第二部分收錄了業(yè)界在A/D、D/A轉(zhuǎn)換器技術(shù)及生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位的6家國(guó)外集成電路公司的部分A/D、D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品介紹，約七百余種。對(duì)這些器件的主要特性、主要參數(shù)及封裝類型的介紹較為詳細(xì)，并盡可能提供每個(gè)產(chǎn)品的極限參數(shù)、內(nèi)部邏輯、推薦工作狀態(tài)等其他信息。本書(shū)涉及的6家公司為：ADI（Analog Device Inc.）、凌特公司（Linear Technology）、美信集成產(chǎn)品公司（Maxim Integrated Circuits）、微芯技術(shù)（Microchip Technology）、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（National Semiconductor）和得州儀器（Texas Instruments）。    本書(shū)旨在推廣國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，為讀者選擇應(yīng)用國(guó)外A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件提供理論參考及實(shí)用指南，是從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)（應(yīng)用）工作的工程師的一本參考工具書(shū)。

書(shū)籍目錄

第一部分  A/D、D/A轉(zhuǎn)換器基本知識(shí)　第1章  A/D轉(zhuǎn)換器基本原理　  1.1  A/D轉(zhuǎn)換器概述　    1.1.1  A/D轉(zhuǎn)換器的作用　    1.1.2  A/D轉(zhuǎn)換器的編碼　  1.2  A/D轉(zhuǎn)換器的常用術(shù)語(yǔ)及性能指標(biāo)　  1.3  A/D轉(zhuǎn)換器誤差及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響　    1.3.1  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差分配　    1.3.2  A/D轉(zhuǎn)換器自身的誤差　    1.3.3  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的噪聲　第2章  A/D轉(zhuǎn)換器的種類及結(jié)構(gòu)　  2.1  逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器　  2.2  流水線型A/D轉(zhuǎn)換器　  2.3  ∑-△型A/D轉(zhuǎn)換器　  2.4  閃速A/D轉(zhuǎn)換器　  2.5  積分型A/D轉(zhuǎn)換器　  2.6  壓頻轉(zhuǎn)換器　  2.7  智能A/D轉(zhuǎn)換器　    2.7.1  智能A/D轉(zhuǎn)換器還是帶A/D轉(zhuǎn)換器的控制器　    2.7.2  作為智能A/D轉(zhuǎn)換器的MSC1210　第3章  A/D轉(zhuǎn)換器外圍電路　  3.1  信號(hào)調(diào)理電路　    3.1.1  電橋　    3.1.2  信號(hào)放大或衰減　    3.1.3  信號(hào)隔離　    3.1.4  濾波　  3.2  電壓基準(zhǔn)的特性及選用　    3.2.1  電壓基準(zhǔn)的主要參數(shù)　    3.2.2  常用電壓基準(zhǔn)的類型　    3.2.3  電壓基準(zhǔn)的選用　第4章  D/A轉(zhuǎn)換器基本原理及分類　  4.1  D/A轉(zhuǎn)換器基本概念及常用術(shù)語(yǔ)　    4.1.1  D/A轉(zhuǎn)換器的用途　    4.1.2  D/A轉(zhuǎn)換器的常用術(shù)語(yǔ)　  4.2  D/A轉(zhuǎn)換器的誤差及失真　  4.3  D/A轉(zhuǎn)換器的種類及結(jié)構(gòu)　    4.3.1  D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介　    4.3.2  Kelvin分壓器（Kelvin Divider）　    4.3.3  全解碼型D/A轉(zhuǎn)換器　    4.3.4  二進(jìn)制加權(quán)型D/A轉(zhuǎn)換器（Binary-Weighted DAC）　    4.3.5  倒T形D/A轉(zhuǎn)換器　    4.3.6  分段型D/A轉(zhuǎn)換器　    4.3.7  過(guò)采樣/內(nèi)插D/A轉(zhuǎn)換器第二部分  A/D、D/A轉(zhuǎn)換器手冊(cè)  A/D轉(zhuǎn)換器選型表  D/A轉(zhuǎn)換器選型表  A/D、D/A轉(zhuǎn)換器手冊(cè)    ICL7126    MAX138/MAX139/MAX140    MAX1492/MAX1494    TC14433/TC14433A    ICL7135    ICL7135C/TLC7135C    TC7135    AD570/AD571    AD7466/AD7467/AD7468    AD7476/AD7477/AD7478    AD7476A/AD7477A/AD7478A    ADCS7476/ADCS7477/ADCS7478    AD7813    ADC0801/ADC0802/ADC0803/ADC0804/ADC0805    ADC0820    TLC0820AC/TLC0820AI    AD7820    ADC08031/ADC08032/ADC08034/ADC08038    ADC08060    ……

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《常用A/D、D/A器件手冊(cè)》旨在推廣國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，為讀者選擇應(yīng)用國(guó)外A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件提供理論參考及實(shí)用指南，是從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)（應(yīng)用）工作的工程師的一本參考工具書(shū)。

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