摘要：  近日，阿德諾半導體公司(ADI)深圳媒體培訓交流會第二季在深圳召開，ADI現場應用經理章新明(Eagle Zhang)、技術業(yè)務經理張松剛(Singer Zhang)分別主講了“高精度數據轉換器原理以及精確技術指標對系統(tǒng)的影響”和“數據轉換器在工業(yè)與儀器儀表領域的應用實例”兩個部分。

關鍵字：  半導體，  ADI，  數據轉換器，  技術指標，  應用實例

近日，阿德諾半導體公司(ADI)深圳媒體培訓交流會第二季在深圳召開，ADI現場應用經理章新明(Eagle Zhang)、技術業(yè)務經理張松剛(Singer Zhang)分別主講了“高精度數據轉換器原理以及精確技術指標對系統(tǒng)的影響”和“數據轉換器在工業(yè)與儀器儀表領域的應用實例”兩個部分。

SAR ADC的結構、特性與重要指標

ADI技術專家章新明首先講解有關逐次逼近型ADC(SAR ADC)基礎知識，包括逐次逼近型模數轉換器的架構、算法、工作原理、逐次逼近型寄存器ADC的特點，以及轉換器的高級規(guī)格，包括ADC和DAC的重要直流規(guī)格、分辨率、增益誤差、失調誤差、微分非線性(DNL)、積分非線性(INL)等性能參數的概念和校正方法。

與Σ-Δ型ADC不同，SAR ADC是由一個比較器和DAC通過逐次比較邏輯構成，其轉換技術類似于利用一個天平將一個樣本與一系列重量經過校準的測試樣本進行比較，通過增減測試樣本，利用分辨率誤差最小并輕于樣本的測試樣本來估算樣本的重量。其工作過程是從最大值MSB開始，按順序地對每一位輸入信號(VIN)與內置高分辨率DAC輸出進行比較，經n次比較而輸出數字值。

逐次逼近型寄存器ADC的特點(優(yōu)缺點)：1.逐次逼近型寄存器ADC結構簡單。它使用低壓CMOS (<3V)，支持低功耗工作;2.常用于商業(yè)/工業(yè)及相關應用。中等分辨率(12 至16 位);中等速度(100 kHz 至1 MHz);3.ADC線性度高度依賴于內部DAC的精度。如果內部DAC不是單調遞增，那么ADC本身就會存在失碼。

判斷ADC和DAC的性能，主要指標包括如下六個：分辨率、增益誤差、失調誤差、微分非線性(DNL)誤差、積分非線性(INL)誤差和失碼。增益誤差和失調誤差，類似于運算放大器誤差。失調誤差會引起輸入/輸出關系在水平方向發(fā)生偏移，而增益誤差會引起輸入/輸出關系發(fā)生旋轉偏移。失調誤差和增益誤差均可消除。

除了分辨率或精度問題，另外兩個重要的靜態(tài)性能還包括微分非線性(DNL)和積分非線性(INL)。DNL和INL是兩個重要的直流指標，其測量方法主要是快速傅里葉變換。ADC的交流指標包括：信噪比(SNR)/信納比(SINAD)、有效位數(ENOB)、全功率帶寬(FPBW)、采樣時鐘抖動、高頻失真(THD)、交調失真(IMD)和無雜散動態(tài)范圍(SFDR)。其中，信納比和無雜散動態(tài)范圍是最重要的兩個指標。

數據轉換器是信號處理必不可少的組成部分，在工業(yè)自動化領域，運動控制和過程控制都離不開數據轉換器。對于運動控制而言，電機運行的速度非?？?，宜選用SAR ADC進行數據轉換;而對于慢速的過程控制，則通常選用Σ-Δ ADC來實現。對于電機控制，一般12位ADC就能滿足要求;對于電力系統(tǒng)智能電表的應用，則會用到14位、16位的ADC(電表動態(tài)范圍為4000:1(0.01Ib~40Ib)時，12位精度是要求的底線)。