数据转换器：模拟与数字世界的桥梁

　　摘要：数字化需求的不断增长，对模拟技术——特别是数据转换器技术的需求变得更为重要。数字技术对信号转换技术的要求越来越高，本文介绍了数据转换器技术的发展和现状。

　　关键词：数据转换器;ADC;DAC;SAR;Σ～Δ

　　随着电子技术水平的不断发展，作为从联系真实自然界采集或传递感官信息与数字处理、存储和传输所必备的桥梁纽带，数据转换器(Data Converter—ADC/DAC)起着至关重要的作用，也正是因为数据转换器，尤其是ADC的广泛应用，大大推动了数字世界的长足发展和进步。半导体供应商也一直在不断加大对此的投入和技术创新。另外，与数据转换器性能、集成度甚至成本息息相关的芯片工艺技术水平也在不段进步。而数据转换器的性能决定了信号转换效果的优劣，且在很大程度上决定了当今数字设备的性能。

　　市场年增9%

　　随着人们对信号捕捉能力的要求逐步提升，数据转换器的应用变得越来越广泛，Gartner预测，独立的数据转换器产品收入将达到8.9%的年均增长率，营收从2009年25.67亿美元增长至2014年39.37亿美元。增长点主要包

　　括高端医疗/工业和测量应用(高平均售价)和低端消费类音频产品(量大)，在医疗/工业应用的年均增长率为10.2%，消费类电子应用则为9.2%。市场调查公司Databeans预测，2010年数据转换器的营收将有望比2009年增长20%以上。从长期发展来看，Databeans预计到2015年，转换器市场会继续保持9%的年均增长率。

　　市场表现方面，ADI是世界上最大的独立的数据转换器IC供应商，德州仪器(TI)紧随其后，Maxim位列第三，Linear Technology公司(凌力尔特)位居第四。欧胜微电子则是音频编解码器的最大供应商，不过面临来自Cirrus Logic公司的激烈竞争。

　　高性能多通道转换器是未来转换器技术的大趋势，同时要满足不同差异化的应用需求。“ADI的市场策略是基于现今社会对信号处理的实际要求，用先进的转换器技术及产品来为主要客户提升系统性能。这就是ADI能够远超竞争对手并占据46%的市场份额的原因”，ADI公司转换器部门副总裁Dick Meaney指出。

　　Gartner 模拟半导体研究总监Stephan Ohr认为，数据转换器市场对性能的要求越来越严格，并满足一些特殊性要求。传统上，数据转换器应用的需求是转换速率和精度。速率以采样率为单位，精度则体现在位分辨率。原始数据转换器的性能每年都在不断提高;而对更高精度和采样率以及更高带宽的需求在2011年将继续存在。这些数值若能达到优良值就能够帮助系统设计师减小系统体积，降低复杂程度和信号链的能耗。当然，与高速和高分辨率一样，低功耗和更高集成度一直是数据转换器产品的必然要求。在消费电子领域主要是音频编/解码器，竞争集中在将 A / D转换器和立体声的D / A转换器集成在单芯片以及芯片成本上。尽管价格压力很大，不过，现在的音频编解码器通常还是包括一个耳机放大器，电源管理器件和一个基于DSP的音频增强处理器、3D音效扩展或噪音消除。基于Flash(快闪)和Pipeline(流水线)技术的数据转换器同样在诸如高清视频播放器等便携产品中得到广泛应用。

　　带有更大ASSP(专用标准产品)的集成数据转换器在成本和性能方面的优势仍在被激烈地争论。许多手机应用相同的稳压器芯片将立体声音频编解码器与电源管理集成到一起，分立编解码器供应商会说这是一种严重的音质妥协，因为编解码器容易受到开关噪声的干扰;但从市场反应来看，越来越多的专门数据转换器将逐渐转化为一个更加综合应用的特定部分。

　　高分辨率ADC概览

　　数据转换器一个重要的应用是信号的采集和传输，这在通信应用中表现得极为明显。在通信基础设施方面，电信网络(包括3G和4G)承载的数据量日益增长，正考验着中国通信基础设施的能力。这正是当今DAC和ADC技术面临的主要挑战之一。ADI 公司中国技术支持中心经理聂海霞指出，在所有类型的基站和无线基础设施(WIFR)系统的现代设计中，极高速数模转换器(DAC)都是占据主导地位的信号发生器。现在它们还能执行某些功能，以降低基带处理器的负荷。这为设计人员提供了灵活度，使他们在改善信号质量的同时，能够实现更简单的设计、更低的成本以及更低的功耗。这也意味着，设计人员越来越多地要求DAC不仅能支持传统的无线通信标准，例如GSM、WCDMA、TD–SCDMA、CDMA2000、WiMAX和LTE等，还要能满足多标准蜂窝基站和其它一些应用的需求，这些应用采用了借助宽信号带宽的复杂DPD(数字预失真)技术。DAC需要兼具性能和灵活性，特别是对于支持4至6载波GSM传输规范或其它通信标准的系统。汽车、能源和航空电子系统也存在高性能挑战，在这些应用中，转换器的可靠性是最重要特性之一。转换器必须达到特定的行业规格，并具备很长的生命周期。