模数转换器

<strong><font color="#FF0000">作者：Ian Beavers,Matt Felmlee Analog Devices</font> </strong>

随着使用多模数转换器(ADC)的高速信号采集应用的复杂性提高，每个转换器互补时钟解决方案将决定动态范围和系统的潜在能力。随着新兴每秒一千兆样本(GSPS) ADC的采样速率和输入带宽提高，系统的分布式采样时钟的能力和性变得至关重要。以高频测量为目标的系统解决方案，例如电气测量仪器仪表和多转换器阵列应用，将需要尖端的时钟解决方案。

选择专门的辅助时钟解决方案对防止ADC动态范围受限非常重要。根据目标输入带宽和频率，时钟抖动可能会反过来限制ADC的性能。转换器的高速JESD204B串行接口的低抖动和相位噪声、分配链路和对齐能力都是对优化系统性能极其重要的时钟属性......

外差接收机作为接收机方案的标准选择已有数十年历史。近年来，模数转换器 (ADC) 采样速率的迅速提高、嵌入式数字处理的采纳以及匹配通道的集成，为接收机架构提供了几年前尚被认为是不切实际的其他选择。

本文比较三种常用接收机架构的优势和挑战：外差接收机、直接采样接收机和直接变频接收机。还会讨论关于杂散，系统噪声和动态范围的额外考虑。本文的意图并非要褒扬某种方案而贬抑其他方案，相反，本文旨在说明这些方案的优点和缺点，并鼓励设计人员按照工程准则选择最适合特定应用的架构。

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模数转换器(ADC)有很多规格；某些规格对于某个特定应用而言要比对于其他应用更重要。理解这些规格并控制影响ADC的外部器件将实现更佳的性能。

有如此之多的模数转换器(ADC)可供选择，我们总是很难弄清哪种ADC才最适合既定应用。数据手册往往会使问题变得更加复杂，许多技术规格都以无法预料的方式影响着性能。

选择转换器时，工程师通常只关注分辨率、信噪比(SNR)或者谐波。这些虽然很重要，但其他技术规格同样举足轻重。

<strong>分辨率</strong>

分辨率可能是最易被误解的技术规格，它表示输出位数，但不提供有用的性能数据。部分数据手册会列出有效位数(ENOB)，它使用实际SNR测量来计算转换器的有效性。一 种更加有用的转换器性能指标是以dBm/Hz或nV/√Hz规定的噪声频谱密度(NSD)。NSD可以通过已知采样速率、输入范围、SNR和输入阻抗计算得出(dBm/Hz)。已知这些参数，便可选择一款转换器来匹配前端电路的模拟性能。这种选择ADC的方法比仅仅列出分辨率更有效。

许多用户还会考虑杂散和谐波性能。这些都与分辨率无关，但转换器设计人员一般要调整他们的设计，使谐波与分辨率相一致。

<strong>电源抑制</strong>

dsPIC33/PIC24 12位高速多SAR模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）包含以下特性：

• 多个ADC内核：

- 多个单通道专用ADC内核（取决于具体器件实现）
- 一个共用ADC内核

• 每个ADC内核可配置为6、8、10或12位分辨率

• 12位分辨率时，每通道的转换速率最高为3.25 Msps

• 最多32个模拟输入源（取决于具体器件实现）

• 可单独为所有通道中的每个通道选择单端或伪差分输入

• 可单独为所有通道中的每个通道的转换结果选择无符号或有符号数据格式

• 针对每个模拟输入的独立16位转换结果寄存器

• 提前中断产生，可实现转换数据的快速处理

• 集成多个数字比较器（取决于具体器件实现）：

- 多个比较选项
- 可分配给特定模拟输入

• 多个过采样滤波器（取决于具体器件实现）：

- 提高分辨率
- 可分配给特定模拟输入

• 可在CPU休眠和空闲模式下工作

当今的大多数通信系统都要有一个非常快速的模数转换器，此外，抽取和数字下变频等数字处理功能通常在处理器中完成，这需要大量编码、大型处理器（如FPGA）和较高功耗。何不将这些功能集成到模数转换器中来降低系统复杂度呢？下面工程师为大家详细详细介绍MCP37Dxx流水线型模数转换器。

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<p>模数转换器（Analog to Digital Converter，简称A/D转换器，或ADC），通常是将模拟信号转变为数字信号。作为模拟电路中重要的元器件，本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。</p>
<h2>ADC的发展</h2>
<p>随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶所在。</p>

<strong>问题：选择模数转换器时是否应考虑串扰问题？</strong>

答案：当然！串扰可能来自几种途径：从印刷电路板(PCB)的一条信号链到另一条信号链，从IC中的一个通道到另一个通道，或者是通过电源时产生。理解串扰的关键在于找出其来源及表现形式，是来自相邻的转换器、另一个信号链通道，还是PCB设计？

最典型的串扰测试称为相邻串扰。这种串扰的表现形式是，当某个通道被以满量程或接近满量程驱动时，“被观察”的通道或信号链处于开放状态，即无信号注入。测量输出频谱时，可以在开放通道上观察到高于本底噪声的杂散。这种串扰定义了开放的受体通道和被驱动的干扰源通道之间的隔离。

有时，开放通道具有足够的鲁棒性，可以抑制来自一个被驱动通道的交叉耦合，但这 只是一部分的抗串扰能力。另一种串扰测试是以相同的频率驱动系统中除一个通道外的 其他所有通道，剩余的一个通道保持开放状态。此时，所有干扰源的强度都通过开放 通道来测量。

测量串扰的第三种方法是以不同的频率和信号强度驱动两个或两个以上的通道，通过 测试开放通道，观察是否有被驱动通道产生的交叉耦合混频产物的泄漏。此时，通过 混频效应，可以看到干扰源信号如何回落至目标频带。

前端包括两个部分：驱动放大器和RC滤波器。放大器调节输入信号，同时充当信号源与ADC输入端之间的低阻抗缓冲器。RC滤波器限制到达ADC输入端的带外噪声，帮助衰减ADC输入端中开关电容的反冲影响。

为SAR ADC选择合适的放大器和RC滤波器可能很困难，特别是当应用不同于ADC数据手册的常规用途时。根据各种影响放大器和RC选择的应用因素，我们提供了设计指南，可实现最佳解决方案。主要考虑因素包括：输入频率, 吞吐速率和 输入复用.

<strong>选择合适的RC滤波器</strong>

要选择合适的RC滤波器，必须计算单通道或多路复用应用的RC带宽，然后选择R和C的值。

图1显示了一个典型的放大器、单极点RC滤波器和ADC。ADC输入构成驱动电路的开关电容负载。其10 MHz输入带宽意味着需要在宽带宽内保证低噪声以获得良好的信噪比(SNR)。RC网络限制输入信号的带宽，并降低放大器和上游电路馈入ADC的噪声量。不过，带宽限制过多会延长建立时间并使输入信号失真。

混迹模拟领域，模拟工程师不懂模数转换器(ADC)那怎么行?在电子领域中模拟技术是被公认的最难的技术，众多资深的模拟工程师无一不是从百上千次的实践中不断学习，不断摸索。但是作为初级的模拟工程师呢?如何能够快速的上手并在模拟技术领域快速的成长呢?本文针对模拟工程师的必备知识-模数转换器(ADC)进行了知识整理与讲解。

<strong>什么是ADC,ADC是什么意思</strong>

　　adc: Analog-to-Digital Converter的缩写,意思是模/数转换器。实现把模拟信号转变为数字量的设备称为模—数(A/D)转换器，简称ADC

　　ADC(A/D转换器)

　　在ADC转换器中，一般经过采样、保持、量化和编码这四个步骤来完成从模拟量到数字量的转换。