數(shù)據(jù)轉換器應用手冊

前言

做為TI中國大學計劃部的技術工程師，我經(jīng)常有機會到學校和老師同學們討論交流。有一次，當我和幾位同學談到TI的DSP時，有一位同學很高興地對我說，他用過很多TI的數(shù)字信號處理器，并列舉了從C2000，C5000到C6000的多個型號，甚至包括最新的DaVinci，看來他對ARM也很在行。為了看看他對整個系統(tǒng)的理解能力怎么樣，我問他，“你對模擬器件有什么看法？”不出我的意料，做為一位“固執(zhí)的”DSP愛好者，他開始抨擊模擬，并認為模擬將最終消失在我們的生活中，在他看來，C語言，操作系統(tǒng)，數(shù)字信號處理技術和各種高速數(shù)字接口才是電子界的最終方向?？此癫赊绒鹊卣撌鲋鳧SP在他的一個中頻數(shù)字接收機中的巨大作用，我覺得有必要把他拉回到現(xiàn)實世界，于是我問到，“你的DSP是怎么供電的？被DSP處理的數(shù)字信號又是怎么得到的呢？”這個聰明的小伙子馬上理解到我的意思：好像電源和數(shù)據(jù)轉換器不能缺少吧？其實和這位同學一樣，我們都生活在一個數(shù)字信息飛速膨脹的時代里，從經(jīng)典的密紋唱片到現(xiàn)在的MP3，從堆得滿屋的錄像帶到現(xiàn)在薄薄的DVD，從磁帶存儲到機械硬盤再到固態(tài)硬盤，仿佛一切都能在被數(shù)字壓縮、編碼和傳輸。比如在我們每天都離不開的Internet上，信息是以0，1電平傳遞并處理的。的確，現(xiàn)在我們用模擬來進行計算和處理的場合越來越少，但我們仍要看到，現(xiàn)實世界還是模擬的，我們人體本身還是模擬的。在數(shù)字技術飛速發(fā)展的今天，模擬技術非但沒有萎縮，相反在系統(tǒng)中占據(jù)到越來越關鍵的位置：比如為了讓電池供電的產(chǎn)品待機時間更長，我們一直在想方設法提高電源供電的效率并降低系統(tǒng)的功耗；現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術使接收機越來越向天線端靠攏，這對我們的ADC和RF芯片的速度和靈敏度提出了越來越高的要求；而醫(yī)學信號處理中為分析和處理細胞活動所產(chǎn)生的微弱電流信號，即使現(xiàn)代的超低噪聲的運放和超高精度的ADC也顯得力不從心。數(shù)字技術在進步，模擬技術也在不斷發(fā)展，如果我們在μV級電壓信號的放大中仍然使用諸如μA741這類老舊的運放，我們很難獲得想要的結果；如果我們需要在5V滿量程輸入的信號中獲得100萬個讀數(shù)，ADC0809只能滿足我們萬分之一的需求；如果我們要從3.3V電壓轉換到2.5V，UA7805這類老式的線性穩(wěn)壓器將不能工作。我們需要更新在大學課堂上學到的經(jīng)典模擬電路知識和相關的模擬器件，緊跟業(yè)界的先進技術，利用一些高性能模擬器件來優(yōu)化我們的設計。TI，是一家有著75年歷史的世界領先半導體供應商，不僅在其著名的DSP領域上擁有超過65%市場占有率的絕對優(yōu)勢；在模擬產(chǎn)品領域，TI 也一直占據(jù)出貨量世界第一的位置。在TI模擬技術不斷發(fā)展的過程中，TI的眾多優(yōu)秀工程師寫出了一篇又一篇高質量的應用筆記，記錄了從基本的電路原理到TI芯片具體應用的點點滴滴。為了讓這些應用筆記更易于讓中國學生和工程師參考，TI中國大學計劃開始整編和翻譯這些應用筆記。本叢書計劃將出版信號鏈和電源兩個系列，每個系列又以基礎知識和應用案例分為若干本。本書是信號鏈系列的一本，包括23篇TI信號鏈之數(shù)據(jù)轉換器方面的應用筆記，它們涵蓋了數(shù)據(jù)轉換器的大量基礎知識，比如數(shù)據(jù)轉換器的指標和分類，高精度和高速數(shù)據(jù)轉換器的應用要點等。本書能夠順利出版，要感謝電子科技大學、東南大學、清華大學、上海交通大學、深圳大學和西安電子科技大學TI聯(lián)合實驗室的老師和同學們的辛勤勞動，將原文翻譯為中文；感謝深圳大學的李琰老師和我一起對中文版的文章進行仔細的校對和潤色；感謝電子工業(yè)出版社的幫助和大力支持。鑒于編者和譯者的水平有限，并加之成稿時間倉促，書中將難免出現(xiàn)錯漏，歡迎廣大讀者與TI中國大學計劃部聯(lián)系，幫助我們完善TI模擬技術系列叢書！

內容概要

　　本叢書計劃將出版信號鏈和電源兩個系列，每個系列又以基礎知識和應用案例分為若干本。本書是信號鏈系列的一本，包括23篇TI信號鏈之數(shù)據(jù)轉換器方面的應用筆記，它們涵蓋了數(shù)據(jù)轉換器的大量基礎知識，比如數(shù)據(jù)轉換器的指標和分類，高精度和高速數(shù)據(jù)轉換器的應用要點等，并將專注于一些基礎理論知識和通用技術的介紹和分析。

書籍目錄

數(shù)據(jù)轉換器基礎 認識數(shù)據(jù)轉換器 A/D轉換器的選擇 數(shù)據(jù)采集基礎 低電源電壓條件下的信號采集和調理 ADC與DSP的接口 串行數(shù)據(jù)轉換器和高速DSP的有效接口 采用直接數(shù)據(jù)轉換來最大化采集數(shù)據(jù)吞吐量 Mark BucciniTI DSP與模數(shù)轉換器ADS784x/834x的簡易接口 Tom Hendrick△-∑ADC 如何從24位轉換器中得到23位有效分辨率 Bonnie C. Baker提高△-∑ADC轉換速度的編程技巧 Bonnie Baker△-∑A/D轉換器外部多路模擬開關的同步 Bonnie C. BakerSAR ADS 2通道500kSPS ADS8361使用說明 Tom HendrickPipelined ADCs CDC7005低抖動時鐘方案在 高速高中頻ADC中的應用 Russell Hoppenstein，F(xiàn)iroj Kabir14位125MSPS ADS5500性能評估 Hui-Qing Liu數(shù)模轉換器 TLV56××系列數(shù)模轉換器DAC的雙極性電壓輸出 Frank Schoofs使用鎖相環(huán)和外部時鐘模式的DAC5686/DAC5687 Ken Chans電壓參考 通過縮放電壓參考來增加轉換器的精度和分辨率 Bonnie Baker精密電壓基準 Perry Miller, Doug Moore運放與數(shù)據(jù)轉換器間的接口 運算放大器和模數(shù)轉換器的接口 Bruce Carter將運算放大器的噪聲性能與ADC相匹配 Bonnie C. Baker放大器與位數(shù)：關于數(shù)據(jù)轉換器中放大器的選擇 Bruce Carter, Patrick Rowland Jim Karki, Perry MillerADS8411在多路模擬輸入中的應用 Bhaskar Goswami, Rajiv Mantri數(shù)據(jù)轉換器在工業(yè)電力測量中的應用 Miroslav Oljaca, Tom Hendrick低失真高速模數(shù)轉換驅動器的印制電路板布局 Xavier Ramus模數(shù)轉換器接地對系統(tǒng)性能的影響

章節(jié)摘錄

插圖：在適當?shù)膽弥?，?∑ADC的優(yōu)點非常明顯，但是它們確實存在缺點。其中最明顯的就是有限的頻率響應。頻率響應是由輸出數(shù)據(jù)率決定的。高的數(shù)據(jù)率會導致高的頻率響應，但是會使有效分辨率降低。盡管△-∑轉換器已經(jīng)使電路設計師相當?shù)亟咏蟮慕Y果，但是使用包括基于微處理器的數(shù)字增益技術和基于模擬前端的模擬增益技術則還可以進一步提高分辨率（關于前端模擬增益可參考AB－107文檔了解更多信息）。使用微處理器對A／D轉換器提供數(shù)字增益并不是新技術，并且，在△-∑轉換器出現(xiàn)之前這種技術使得在轉換過程中得到更高的分辨率成為可能，所以，回顧這個技術是合適的。應用報告主要是闡述在使用△-∑轉換器時，分辨率和數(shù)據(jù)率之間的折中設計問題。研究了它們之間的關系，并且采用了軟硬件增益等技術。這些技術可以用來提高分辨率和數(shù)據(jù)率的總體性能。這個應用報告強調了軟件增益的優(yōu)勢。原始的△-∑A／D轉換過程的基本概念是基于單比特量化器，而不是像用在分級比較和逐次逼近中的多比特結構。最初設計的△-∑A／D轉換器前端具有大于1比特的分辨率，并且允許使用多比特方法的折中設計。

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