常用A/D、D/A器件手冊

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，其意義也越來越重要。近年來，各種類型的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器層出不窮，工程設(shè)計人員在器件的選擇上常常陷入兩難的境地。本書編寫的目的是為工程設(shè)計人員提供一本關(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。A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器是隨著集成電路設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用的需求而高速發(fā)展的，近年來，主要呈現(xiàn)以下幾個趨勢。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)換器的市場規(guī)模相對較小，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，但市場上絕大多數(shù)器件都是針對通用領(lǐng)域來設(shè)計的，從用戶的角度來講，不僅價格昂貴，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)計工具的發(fā)展，集成電路設(shè)計及制造的成本大幅度降低，而市場規(guī)模卻大幅度增加，這就使得為專門應(yīng)用設(shè)計特定的器件成為可能。最明顯的領(lǐng)域如多媒體數(shù)字信號編解碼器（CODEC），這是一類針對音頻領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)計的高性能數(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)換器是針對視頻信號設(shè)計的，它們甚至能夠自動識別輸入信號格式。還有一類針對觸摸屏應(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)和市場的發(fā)展，這種趨勢會更加明顯。2．高速度。這是一種非常明顯的發(fā)展趨勢。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)字信號處理，因此近年來數(shù)字信號處理器產(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。這種趨勢在兩個領(lǐng)域的應(yīng)用中十分明顯：一個是軟件無線電；另一個是示波器及信號分析設(shè)備。所謂軟件無線電，就是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等。即整個無線電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。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，盡早地完成信號的數(shù)字化，從而使無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)。高速A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)使軟件無線電的實現(xiàn)成為可能，軟件無線電的發(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)換器是用于測量的，在這些應(yīng)用場合中的A/D轉(zhuǎn)換器，往往對速度要求并不是很高，但對精度要求較高。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，也有個別產(chǎn)品超過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、信號本身的噪聲、信號調(diào)理電路引入的噪聲以及外圍電路設(shè)計等各方面對系統(tǒng)設(shè)計的成敗都至關(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。大部分傳感器需要進(jìn)行信號調(diào)整以消除潛在的測量誤差源。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)。對于有多個傳感器的系統(tǒng)而言，在各個傳感器節(jié)點的獨立調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路會增加一定開銷，并可能成為問題，因為這增加了最終應(yīng)用的維護(hù)、校準(zhǔn)和成本負(fù)擔(dān)。不管是熱電偶、電阻測溫器、稱重傳感器還是磁場傳感器，所有類型的傳感器一般都需要一個用于信號生成和調(diào)節(jié)電路的激勵（偏置）源，以補償各種測量誤差。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到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，可能還要完成信號調(diào)理、補償、誤差修正、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、提供激勵源或偏置，甚至在片上集成一個控制器。這些器件功能強大，單片完成信號調(diào)理、采集、處理甚至整個應(yīng)用，使系統(tǒng)設(shè)計的成本大大降低，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)計追求的重要目標(biāo)，這種趨勢在轉(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)展趨勢明顯的BGA及QFN封裝，體積越來越小。隨著設(shè)計技術(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)有不同等級的關(guān)斷模式，在器件不工作或其部分功能不使用時，關(guān)斷相應(yīng)的電路以降低功耗。伴隨著工藝改進(jìn)及市場增大，必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器件的成本降低。尤其是用于消費電子領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換器件，在過去的10年中，其價格甚至已經(jīng)降到了原來同等性能指標(biāo)的產(chǎn)品價格的1/10以下。內(nèi)容概覽全書分兩大部分，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，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，包括常用術(shù)語、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、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)換器的誤差及其對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的影響和如何處理相關(guān)問題的方法。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、特點及應(yīng)用場合。最后還介紹了智能A/D轉(zhuǎn)換器的概念并介紹了一個智能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)換器的信號調(diào)理電路，介紹了電橋、模擬信號的放大與衰減、信號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)，無論對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)的好壞往往會決定系統(tǒng)設(shè)計的成敗，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，接下來對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、特點及應(yīng)用場合。本書的第二部分是A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的選型及使用手冊，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)，同時并盡可能提供每個產(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。對使用本書的建議編寫本書的目的是作為一本選型與使用的手冊。本書內(nèi)容分兩部分，對于不熟悉A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的讀者，請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。本書第2部分的內(nèi)容為選型與使用手冊。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、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)頁碼在手冊中查找具體的器件。D/A轉(zhuǎn)換器選型表列出了器件型號、分辨率、更新速率、建立時間、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)頁碼在手冊中查找具體的器件。關(guān)于資料來源本書編寫中用到的所有資料都來自于相關(guān)公司在網(wǎng)站上或紙質(zhì)材料上公開發(fā)布的資料，所有涉及的資料的知識產(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的編寫及出版過程中提供了很多良好的建議。正是在她的鼓勵和大力支持下，這本書才能完稿。在本書的編寫過程中，程節(jié)順、李少光、馬卓凡、邵詩逸、烏云翔、王麗娜參與了大量的資料整理與校對工作，在此表示感謝。最重要的，我要深深地感謝我的家人，在編寫本書的日子里，他們一直給我鼓勵、支持和照顧，感謝我可愛的兒子，在這段日子里給了我最大的快樂和動力。張志剛2008年于上海

內(nèi)容概要

本書的內(nèi)容主要分為兩部分：第一部分是對各類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）、美國國家半導(dǎo)體（National Semiconductor）和得州儀器（Texas Instruments）。    本書旨在推廣國外先進(jìn)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器件在國內(nèi)的應(yīng)用，為讀者選擇應(yīng)用國外A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件提供理論參考及實用指南，是從事電子產(chǎn)品設(shè)計（應(yīng)用）工作的工程師的一本參考工具書。

書籍目錄

第一部分  A/D、D/A轉(zhuǎn)換器基本知識　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)語及性能指標(biāo)　  1.3  A/D轉(zhuǎn)換器誤差及其對系統(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  信號調(diào)理電路　    3.1.1  電橋　    3.1.2  信號放大或衰減　    3.1.3  信號隔離　    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　    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　  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  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    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》旨在推廣國外先進(jìn)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器件在國內(nèi)的應(yīng)用，為讀者選擇應(yīng)用國外A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件提供理論參考及實用指南，是從事電子產(chǎn)品設(shè)計（應(yīng)用）工作的工程師的一本參考工具書。

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