理解和應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器

　　通過提高DAC的采樣率，可以減輕對(duì)重構(gòu)濾波器的設(shè)計(jì)要求。然而，以較高的速率向DAC輸入數(shù)據(jù)不僅非常困難，而且成本很高。過采樣和插值的概念現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于ADC和DAC中，也被應(yīng)用于ADI公司的高速TxDAC系列的一些產(chǎn)品中，這樣不僅降低了濾波器的成本，而且提高了性能。其實(shí)現(xiàn)方法是以fc速率輸入的N位數(shù)據(jù)被傳遞到一個(gè)頻率為Kfc的數(shù)字插值濾波器，所增加的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)是通過插值濾波器計(jì)算出來的，然后再去驅(qū)動(dòng)一個(gè)速率為Kfc的N位DAC。DAC即采用的是過采樣，插值和噪聲整形技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　DAC的應(yīng)用

　　1. 在LCD中用來控制白色LED背光亮度

　　如圖7中所示，環(huán)境亮度檢測(cè)器輸出一個(gè)正比于現(xiàn)有光線亮度的電流，TIA(跨導(dǎo)放大器)將這個(gè)小電流轉(zhuǎn)變成一個(gè)電壓，再把這個(gè)電壓送入A/D轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)中的微控制器讀出A/D的輸出，并通過I2C接口對(duì)數(shù)字電位器進(jìn)行設(shè)定。數(shù)字電位器被連接到白色LED驅(qū)動(dòng)器ADM8846的Rset引腳，從而改變了它提供給LED的輸出電流，這樣就完成了對(duì)LED的亮度控制。在上電時(shí)， AD5245預(yù)置為中間阻值。

　　2. 6通道視頻編碼器ADV7322同時(shí)在標(biāo)清TV和高清TV上顯示視頻的應(yīng)用

　　圖8所示的是6通道視頻編碼器ADV7322同時(shí)在標(biāo)清TV和高清TV上顯示視頻的應(yīng)用。圖中上面的高清TV視頻信號(hào)是將模擬的Y、Pr、Pb信號(hào)分開，使用三條線纜來獨(dú)立傳輸，而下面的標(biāo)清TV輸入的是復(fù)合視頻信號(hào)，ADV7322的6路輸出都要加緩沖器以驅(qū)動(dòng)高清和標(biāo)清的顯示器。此外，由于AD8061具有出色的適合視頻應(yīng)用的參數(shù)特性，所以這里選用AD8061做緩沖器。ADV7322的輸出還可能根據(jù)連接設(shè)備的需要，加一個(gè)模擬低通濾波器以實(shí)現(xiàn)反鏡像濾波。最后需要說明的一點(diǎn)是，雖然ADV7322含有片上基準(zhǔn)，但可能還要考慮使用一個(gè)更好的外部基準(zhǔn)來優(yōu)化其性能，比如AD1580。

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　　問答選編

　　問：DAC的兩個(gè)指標(biāo)即非線性誤差和建立時(shí)間，都分別是什么涵義？
　　答：非線性分為差分非線性和積分非線性。其中差分非線性 (DNL)是兩個(gè)相鄰代碼之間的差值相對(duì)于理想的1個(gè)LSB 的誤差，積分非線性（INL）是實(shí)際輸出的曲線與理想曲 線的誤差，可以理解為INL是DNL累加的結(jié)果。建立 時(shí)間可以理解為從輸出電壓離開一個(gè)具有指定誤差范圍 電平到穩(wěn)定地進(jìn)入目標(biāo)誤差范圍電平的時(shí)間。

　　問：電阻和電容型DAC的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些?
　　答：它們只是制作工藝上的不同，具體參數(shù)要通過手冊(cè)得到。 電阻型DAC是用晶圓級(jí)薄膜激光微調(diào)的，電容型DAC 是用精密的光刻技術(shù)控制的，并且還另外增加了一些電 容和開關(guān)用于出廠前的微調(diào)，或者在完成安裝之后的系 統(tǒng)級(jí)自校準(zhǔn)調(diào)試過程中使用。

　　問：?jiǎn)味溯斎牒碗p端輸入各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？
　　答：?jiǎn)味溯斎牒碗p端輸入一般是針對(duì)ADC而言的，單端的 就是指對(duì)地的輸入電壓，而雙端的會(huì)抑制掉共模干擾，所 以性能會(huì)好一些。

　　問：R-2R架構(gòu)的DAC有什么特點(diǎn)？
　　答：首先R-2R網(wǎng)絡(luò)對(duì)于電阻的匹配比較容易，它不關(guān)心電 阻的具體阻值，只關(guān)心1：2的比例。這種架構(gòu)有電壓和 電流兩種工作方式，其輸入阻抗或輸出阻抗固定。而且 這種架構(gòu)的直流特性相對(duì)其他架構(gòu)會(huì)比較好。

　　問：電阻和電容型DAC哪個(gè)轉(zhuǎn)換精度更高？
　　答：轉(zhuǎn)換精度大小和結(jié)構(gòu)沒有必然的聯(lián)系，不同的結(jié)構(gòu)都可 以有很高或者一般的精度。因此對(duì)于具體的精度，可 以參考具體的型號(hào)進(jìn)行比較。

　　問：影響數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度的干擾因素有哪些？
　　答：除了DAC本身的性能指標(biāo)以外，干擾因素主要來自電源，參考電壓的干擾也會(huì)影響精度。另外，PCB布線的好 壞也會(huì)有影響。

　　問：提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器精度的方法有哪些？
　　答：首先，要選擇性能指標(biāo)可以達(dá)到系統(tǒng)要求的DAC芯片。 在設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到更好的精度，需要注意電源和參考電 壓的精度。還有就是PCB布線，比如數(shù)字和模擬的分割等等。

　　問：溫度和環(huán)境的電磁噪聲對(duì)DAC的工作產(chǎn)生干擾嗎？有 什么危害嗎？
　　答：會(huì)產(chǎn)生干擾。對(duì)于模擬器件來說，對(duì)噪聲非常敏感，在設(shè) 計(jì)電路時(shí)就要考慮噪聲對(duì)DAC的影響，比如需要實(shí)現(xiàn)高 精度的控制，就得選擇高精度的16位或18位的DAC，此時(shí)噪聲將直接影響系統(tǒng)能達(dá)到的精度。

　　問：如何有效消除數(shù)模轉(zhuǎn)換引起的噪音?
　　答：DAC切換的時(shí)候會(huì)有一些毛刺，這是由DAC內(nèi)部結(jié)構(gòu) 造成的?？梢酝ㄟ^濾波進(jìn)行濾除。會(huì)有一些頻率落在信 號(hào)頻率附近而無法濾除的，這就需要在DAC內(nèi)部設(shè)計(jì)中 進(jìn)行處理。目前的DAC產(chǎn)品，通常都是可以滿足要求的。

　　問：在高速DAC設(shè)計(jì)中，PCB板的布線有什么需要特別注 意的地方？
　　答：首先DAC布線要注意數(shù)字地和模擬地的分開，模擬和 數(shù)字供電電源合理放置電容去藕。
　　DAC的輸出在layout 要注意耦合電容的大小以免影響DAC的建立時(shí)間。

　　問：是否DAC的位數(shù)越高，信號(hào)失真就越??？圖像也更清 晰穩(wěn)定？
　　答：DAC的位數(shù)越高，輸出分辨率就越高，但系統(tǒng)的整體誤 差和失真性能還要由許多外圍電路決定。

　　問：如何判斷一個(gè)轉(zhuǎn)換器是否為高分辨率？
　　答：轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定其分辨率，16位的DAC的精度要比 10位的精度高。

　　問：DAC作為信號(hào)發(fā)生器的時(shí)候，后面部分是否一定要添加 輸出緩沖保護(hù)電路及低通濾波？
　　答：增加緩沖是為了增加驅(qū)動(dòng)能力，如果要產(chǎn)生單頻信號(hào)， 是需要一個(gè)低通濾波器 。

　　問：DAC和MCU的接口方式有哪些？
　　答：大多數(shù)的DAC會(huì)使用I2C、3線或4線SPI的標(biāo)準(zhǔn)接口， 有些會(huì)使用并行接口。

　　問：ADI的DDS芯片能產(chǎn)生什么波形？波形的頻率、幅值、 相位都可調(diào)嗎？
　　答：可以產(chǎn)生正弦波形，有些型號(hào)還可以產(chǎn)生方波和三角 波。頻率、幅值、相位都是可以調(diào)的，不過具體的可調(diào)范 圍要參考具體的片子，比如AD995X系列 。

　　問：音頻DAC和普通DAC相比除了采樣率，還存在哪些區(qū)別？
　　答：有的音頻DAC對(duì)數(shù)字輸入的格式和頻率有特定的要 求，比如有內(nèi)插功能，輸入數(shù)字信號(hào)有類似幀的結(jié)構(gòu)。

　　問：如果對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)如何選擇轉(zhuǎn)換器， 關(guān)鍵規(guī)格包括哪幾個(gè)方面？
　　答：ADI針對(duì)視頻信號(hào)，有專門的芯片，主要就是對(duì)分辨率 和精度的支持，比如ADV7179，ADV7180等。