數(shù)據(jù)轉換器的衡量標準及演進歷程

數(shù)據(jù)轉換器有意義的衡量方法是什么？就數(shù)據(jù)轉換器自身而言，它是相當容易定義的。數(shù)據(jù)轉換器是通過模數(shù)轉換器(ADC)將連續(xù)的電信號（即模擬信號）轉換為數(shù)碼字〔以比特（bit）為單位〕或反過來，通過數(shù)模轉換器(DAC)將數(shù)碼字轉換為連續(xù)的模擬信號。這樣的轉換過程是我們周圍的真實世界和我們用以監(jiān)測、分析、控制的計算機世界之間的至關重要的連接。其中最困難和有發(fā)展意義的問題是如何為這些數(shù)據(jù)轉換器定義重要的性能指標。

設計工程師往往喜歡事情簡單，所以數(shù)據(jù)轉換器的性能衡量標準歷史上曾經(jīng)簡化為分辨率位數(shù)（N）和采樣速率（Fs）。一般來說，分辨率高好，如果采樣速率也高就更好。盡管這種衡量方法很簡單，但是在初期它還是準確的，因為它符合當時計算機數(shù)據(jù)總線的要求。幾年過后，我們看到數(shù)據(jù)總線從16 bit發(fā)展到32 bit再到64 bit，同時處理器速度從MHz范圍提高到GHz范圍。長期以來，數(shù)據(jù)轉換器只是適應與數(shù)字技術不斷增加的數(shù)據(jù)處理能力相匹配。

然而，對于數(shù)字信號處理器和數(shù)據(jù)轉換世界來說，采用簡單的分辨率和采樣速率的衡量方法正在發(fā)生變化。許多應用對數(shù)據(jù)處理能力的需求推動技術發(fā)展的趨勢不再像以往那樣快速增長了。因此，創(chuàng)新的焦點已經(jīng)擴大到包括效率、尺寸和成本在內(nèi)的多種因素。雖然分辨率和采樣速率仍然是性能的關鍵因素，但是當今的應用需要對數(shù)據(jù)轉換器的性能指標有更深的理解以實現(xiàn)成功的電子設計。

通過類比方式我們可以理解上述情況。請想象有一家這樣的汽車制造商，它制造出了市場上最快的跑車，并宣稱成為汽車行業(yè)的領先者。這樣的宣稱對于賽車愛好者來說可能是對的，但是對絕大多數(shù)公眾來說沒什么意義。這對于關注燃油價格上漲和期待提高效率的客戶會怎樣呢？這對于需要足夠空間以承載5位家人和他們的狗的家庭會怎樣呢？這對于需要運載相當沉重貨物的工人會怎樣呢？雖然Humvee?高機動性多用途輪式車輛具有有用的功能，但是在我們的高速公路和城市街道上它可能沒用。

在商業(yè)界，不論是汽車還是數(shù)據(jù)轉換器，都必須根據(jù)客戶的需求來定義創(chuàng)新。成功來自于開發(fā)出解決客戶當前問題的最好產(chǎn)品，能夠提供全新的應用并且永遠保持其重要作用。雖然這種開闊的工程視角增加了衡量某種產(chǎn)品性能指標的復雜性，但是它使衡量成功的標準簡單了：增加市場份額。

總結數(shù)據(jù)轉換市場的需求可化分為三方面，其中每一方面都需要創(chuàng)新和繼續(xù)發(fā)展的承諾。這三方面是性能指標、成本和選擇寬度。

性能創(chuàng)新
高性能是數(shù)據(jù)轉換領域經(jīng)常反復提到的術語。數(shù)據(jù)轉換器的電性能有4項關鍵指標：采樣速率、直流（DC）（或靜態(tài)）精度、交流（AC）（或動態(tài)）精度和功耗。這些指標相對的重要性依賴于具體應用，而大多數(shù)應用都對所有這些特性具有一定的靈敏度。

采樣速率（Fs）也被稱作轉換速率、編碼速率或者刷新速率。它是數(shù)據(jù)轉換器將一個數(shù)碼字鏈接到模擬信號的速度的一種度量，它以每秒采樣次數(shù)（SPS）為單位表示。奈奎斯特準則表明對于一個系統(tǒng)進行采樣的速率必須至少為有用信號帶寬（BW）的兩倍；所以采樣速率越高就能提供越寬的可用信號帶寬。例如，要捕獲或產(chǎn)生一個50 MHz的信號需要一個采樣速率為100 MSPS或更高的數(shù)據(jù)轉換器。顯然，采樣速率越高，困難也就越大，因為其電路必須在更短的時間內(nèi)完成轉換操作。