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理解和应用数模转换器

作者:ADI 公司 时间:2008-08-18来源:中电网

  通过提高的采样率,可以减轻对重构滤波器的设计要求。然而,以较高的速率向输入数据不仅非常困难,而且成本很高。过采样和插值的概念现已经广泛应用于ADC和中,也被应用于ADI公司的高速TxDAC系列的一些产品中,这样不仅降低了滤波器的成本,而且提高了性能。其实现方法是以fc速率输入的N位数据被传递到一个频率为Kfc的数字插值滤波器,所增加的数据采样点是通过插值滤波器计算出来的,然后再去驱动一个速率为Kfc的N位DAC。DAC即采用的是过采样,插值和噪声整形技术实现。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/87067.htm

  DAC的应用

  1. 在中用来控制白色LED背光亮度

  如图7中所示,环境亮度检测器输出一个正比于现有光线亮度的电流,TIA(跨导放大器)将这个小电流转变成一个电压,再把这个电压送入A/D转换器。系统中的微控制器读出A/D的输出,并通过I2C接口对数字电位器进行设定。数字电位器被连接到白色LED驱动器ADM8846的Rset引脚,从而改变了它提供给LED的输出电流,这样就完成了对LED的亮度控制。在上电时, AD5245预置为中间阻值。

  2. 6通道编码器ADV7322同时在标清TV和高清TV上显示的应用

  图8所示的是6通道编码器ADV7322同时在标清TV和高清TV上显示视频的应用。图中上面的高清TV视频信号是将模拟的Y、Pr、Pb信号分开,使用三条线缆来独立传输,而下面的标清TV输入的是复合视频信号,ADV7322的6路输出都要加缓冲器以驱动高清和标清的显示器。此外,由于AD8061具有出色的适合视频应用的参数特性,所以这里选用AD8061做缓冲器。ADV7322的输出还可能根据连接设备的需要,加一个模拟低通滤波器以实现反镜像滤波。最后需要说明的一点是,虽然ADV7322含有片上基准,但可能还要考虑使用一个更好的外部基准来优化其性能,比如AD1580。

  更多详细内容,敬请登录中电网在线座谈网址:
  http://seminar.eccn.com/080626/jchf_adi.asp

  问答选编

  问:DAC的两个指标即非线性误差和建立时间,都分别是什么涵义?
  答:非线性分为差分非线性和积分非线性。其中差分非线性 (DNL)是两个相邻代码之间的差值相对于理想的1个LSB 的误差,积分非线性(INL)是实际输出的曲线与理想曲 线的误差,可以理解为INL是DNL累加的结果。建立 时间可以理解为从输出电压离开一个具有指定误差范围 电平到稳定地进入目标误差范围电平的时间。

  问:电阻和电容型DAC的优缺点有哪些?
  答:它们只是制作工艺上的不同,具体参数要通过手册得到。 电阻型DAC是用晶圆级薄膜激光微调的,电容型DAC 是用精密的光刻技术控制的,并且还另外增加了一些电 容和开关用于出厂前的微调,或者在完成安装之后的系 统级自校准调试过程中使用。

  问:单端输入和双端输入各有什么优缺点?
  答:单端输入和双端输入一般是针对ADC而言的,单端的 就是指对地的输入电压,而双端的会抑制掉共模干扰,所 以性能会好一些。

  问:R-2R架构的DAC有什么特点?
  答:首先R-2R网络对于电阻的匹配比较容易,它不关心电 阻的具体阻值,只关心1:2的比例。这种架构有电压和 电流两种工作方式,其输入阻抗或输出阻抗固定。而且 这种架构的直流特性相对其他架构会比较好。

  问:电阻和电容型DAC哪个转换精度更高?
  答:转换精度大小和结构没有必然的联系,不同的结构都可 以有很高或者一般的精度。因此对于具体的精度,可 以参考具体的型号进行比较。

  问:影响精度的干扰因素有哪些?
  答:除了DAC本身的性能指标以外,干扰因素主要来自电源,参考电压的干扰也会影响精度。另外,PCB布线的好 坏也会有影响。

  问:提高精度的方法有哪些?
  答:首先,要选择性能指标可以达到系统要求的DAC芯片。 在设计中,为了达到更好的精度,需要注意电源和参考电 压的精度。还有就是PCB布线,比如数字和模拟的分割等等。

  问:温度和环境的电磁噪声对DAC的工作产生干扰吗?有 什么危害吗?
  答:会产生干扰。对于模拟器件来说,对噪声非常敏感,在设 计电路时就要考虑噪声对DAC的影响,比如需要实现高 精度的控制,就得选择高精度的16位或18位的DAC,此时噪声将直接影响系统能达到的精度。

  问:如何有效消除数模转换引起的噪音?
  答:DAC切换的时候会有一些毛刺,这是由DAC内部结构 造成的。可以通过滤波进行滤除。会有一些频率落在信 号频率附近而无法滤除的,这就需要在DAC内部设计中 进行处理。目前的DAC产品,通常都是可以满足要求的。

  问:在高速DAC设计中,PCB板的布线有什么需要特别注 意的地方?
  答:首先DAC布线要注意数字地和模拟地的分开,模拟和 数字供电电源合理放置电容去藕。
  DAC的输出在layout 要注意耦合电容的大小以免影响DAC的建立时间。

  问:是否DAC的位数越高,信号失真就越小?图像也更清 晰稳定?
  答:DAC的位数越高,输出分辨率就越高,但系统的整体误 差和失真性能还要由许多外围电路决定。

  问:如何判断一个转换器是否为高分辨率?
  答:转换器的位数决定其分辨率,16位的DAC的精度要比 10位的精度高。

  问:DAC作为信号发生器的时候,后面部分是否一定要添加 输出缓冲保护电路及低通滤波?
  答:增加缓冲是为了增加驱动能力,如果要产生单频信号, 是需要一个低通滤波器 。

  问:DAC和MCU的接口方式有哪些?
  答:大多数的DAC会使用I2C、3线或4线SPI的标准接口, 有些会使用并行接口。

  问:ADI的DDS芯片能产生什么波形?波形的频率、幅值、 相位都可调吗?
  答:可以产生正弦波形,有些型号还可以产生方波和三角 波。频率、幅值、相位都是可以调的,不过具体的可调范 围要参考具体的片子,比如AD995X系列 。

  问:DAC和普通DAC相比除了采样率,还存在哪些区别?
  答:有的DAC对数字输入的格式和频率有特定的要 求,比如有内插功能,输入数字信号有类似帧的结构。

  问:如果对视频信号进行数模/模数转换应如何选择转换器, 关键规格包括哪几个方面?
  答:ADI针对视频信号,有专门的芯片,主要就是对分辨率 和精度的支持,比如ADV7179,ADV7180等。

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