數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的衡量標(biāo)準(zhǔn)及演進(jìn)歷程

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器有意義的衡量方法是什么？就數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器自身而言，它是相當(dāng)容易定義的。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將連續(xù)的電信號(hào)（即模擬信號(hào)）轉(zhuǎn)換為數(shù)碼字〔以比特（bit）為單位〕或反過來，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將數(shù)碼字轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號(hào)。這樣的轉(zhuǎn)換過程是我們周圍的真實(shí)世界和我們用以監(jiān)測、分析、控制的計(jì)算機(jī)世界之間的至關(guān)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(zhuǎn)換器定義重要的性能指標(biāo)。

設(shè)計(jì)工程師往往喜歡事情簡單，所以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確的，因?yàn)樗袭?dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)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(shí)處理器速度從MHz范圍提高到GHz范圍。長期以來，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器只是適應(yīng)與數(shù)字技術(shù)不斷增加的數(shù)據(jù)處理能力相匹配。

然而，對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理能力的需求推動(dòng)技術(shù)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(diǎn)已經(jīng)擴(kuò)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(guān)鍵因素，但是當(dāng)今的應(yīng)用需要對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)有更深的理解以實(shí)現(xiàn)成功的電子設(shè)計(jì)。

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(lǐng)先者。這樣的宣稱對(duì)于賽車愛好者來說可能是對(duì)的，但是對(duì)絕大多數(shù)公眾來說沒什么意義。這對(duì)于關(guān)注燃油價(jià)格上漲和期待提高效率的客戶會(huì)怎樣呢？這對(duì)于需要足夠空間以承載5位家人和他們的狗的家庭會(huì)怎樣呢？這對(duì)于需要運(yùn)載相當(dāng)沉重貨物的工人會(huì)怎樣呢？雖然Humvee?高機(jī)動(dòng)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(zhuǎn)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(dāng)前問題的最好產(chǎn)品，能夠提供全新的應(yīng)用并且永遠(yuǎn)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(biāo)的復(fù)雜性，但是它使衡量成功的標(biāo)準(zhǔn)簡單了：增加市場份額。

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

性能創(chuàng)新
高性能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域經(jīng)常反復(fù)提到的術(shù)語。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的電性能有4項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)：采樣速率、直流（DC）（或靜態(tài)）精度、交流（AC）（或動(dòng)態(tài)）精度和功耗。這些指標(biāo)相對(duì)的重要性依賴于具體應(yīng)用，而大多數(shù)應(yīng)用都對(duì)所有這些特性具有一定的靈敏度。

采樣速率（Fs）也被稱作轉(zhuǎn)換速率、編碼速率或者刷新速率。它是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將一個(gè)數(shù)碼字鏈接到模擬信號(hào)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(zhǔn)則表明對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行采樣的速率必須至少為有用信號(hào)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(hào)帶寬。例如，要捕獲或產(chǎn)生一個(gè)50 MHz的信號(hào)需要一個(gè)采樣速率為100 MSPS或更高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。顯然，采樣速率越高，困難也就越大，因?yàn)槠潆娐繁仨氃诟痰臅r(shí)間內(nèi)完成轉(zhuǎn)換操作。