作為"現實國際"模仿域與1和0構成的數字國際之間的關口，數據轉化器是現代信號處理中的要害要素之一。曩昔30年，數據轉化范疇涌現出了很多立異技能，這些技能不但助推了從醫療成像到蜂窩通訊、再到消費音視頻，各個范疇的功能提升和架構前進，一起還為完成全新運用發揮了重要作用。
寬帶通訊和高功能成像運用的持續擴張凸顯出高速數據轉化的特別重要性：轉化器要能處理帶寬規模在10 MHz至1 GHz以上的信號。人們經過多種各樣的轉化器架構來完成這些較高的速率，各有其優勢。高速下在模仿域和數字域之間來回切換也對信號完整性提出了一些特別的應戰——不只模仿信號如此，時鐘和數據信號亦是如此。了解這些問題不只關于組件挑選十分重要，并且乃至會影響全體體系架構的挑選。
在許多技能范疇，從以太網到無線局域網再到蜂窩移動網絡，數據通訊的實質就是不斷進步數據傳輸速率。經過時鐘速率的前進，微處理器、數字信號處理器和FPGA開展十分迅速。這些器材首要得益于尺寸不斷縮小的蝕刻工藝，成果造就出開關速率更快、體積更小(功耗更低)的晶體管。這些前進創造出一個處理才能和數據帶寬呈指數級增長的環境。這些強壯的數字引擎帶來了相同呈指數級增長的信號和數據處理需求：從靜態圖畫到視頻，到帶寬頻譜，無論是有線仍是無線，均是如此。運轉時鐘速率為100 MHz的處理器或許能有用地處理帶寬為1 MHz至10 MHz的信號：運轉時鐘速率達數GHz的處理器能夠處理帶寬達數百MHz的信號。
自然地，更強的處理才能、更高的處理速率會導致更快的數據轉化：寬帶信號擴展其帶寬，成像體系尋求進步每秒像素處理才能，以便愈加快速地處理更高分辨率的圖畫。體系架構推陳出新，以利用極高的這種處理功能，其間還呈現了并行處理的趨勢，這或許意味著對多通道數據轉化器的需求。
架構上的另一重要變化是走向多載波/多通道，乃至軟件界說體系的趨勢。傳統的模仿密集型體系在模仿域中完結許多信號調度工作；在經過充分準備后，對信號進行數字化處理。例如FM播送：給定電臺的通道寬度通常為200 kHz，FM頻段規模為88 MHz至108 MHz。傳統接收器把方針電臺的頻率轉化成10.7 MHz的中頻，過濾掉所有其他通道，并把信號擴大到最佳解調起伏。多載波架構將整個20 MHz FM頻段數字化，并利用數字處理技能來挑選和康復方針電臺。雖然多載波方案需求選用復雜得多的電路，但它具有極大的體系優勢：體系能夠一起康復多個電臺，包括邊頻電臺。假如規劃得當，多載波體系乃至能夠經過軟件重新裝備，以支持新的標準。這種方法的最終方針是選用能夠接納所有頻帶的寬帶數字化儀和能夠康復任何信號的強壯處理器：這即是所謂的軟件界說無線電。其他范疇中有等效的架構——軟件界說儀表、軟件界說攝像頭等。咱們能夠把這些當作虛擬化的信號處理等效物。使得諸如此類靈活架構成為或許的是強壯的數字處理技能以及高速、高功能數據轉化技能。
無論是模仿仍是數字信號處理，其基本維度都是帶寬和動態規模——這兩個要素決議著體系實踐能夠處理的信息量。在通訊范疇，克勞德?香農的理論就運用這兩個維度來描繪一個通訊通道能夠攜帶的信息量的基本理論限值，但其原理卻適用于多個范疇。關于成像體系，帶寬決議著給守時刻能夠處理的像素量，動態規模決議著最暗的可察覺光源與像素飽滿點之間的強度或顏色規模。
數據轉化器的可用帶寬有一個由奈奎斯特采樣理論設定的基本理論限值——為了表明或處理帶寬為F的信號，咱們需求運用運轉采樣速率至少為2 F的數據轉化器。關于實踐體系，一定量的過采樣可極大地簡化體系規劃，因而，更典型的數值是信號帶寬的2.5至3倍。如前所述，不斷添加的處理才能可進步體系處理更高帶寬的才能，而蜂窩電話、電纜體系、有線和無線局域網、圖畫處理以及儀器儀表等體系都在朝著帶寬更高的體系開展。這種不斷進步帶寬需求要求數據轉化器具備更高的采樣速率。
假如說帶寬這個維度直觀易懂，那么動態規模這個維度則或許稍顯晦澀。在信號處理中，動態規模表明體系能夠處理且不發作飽滿或削波的最大信號與體系能夠有用捕獲的最小信號之間的分布規模。咱們能夠考慮兩類動態規模：可裝備動態規模能夠經過在低分辨率模數轉化器(ADC)之前放置一個可編程增益擴大器(PGA)來完成：當增益設為低值時，這種裝備能夠捕獲大信號而不會超越轉化器的規模。當信號超小時，可將PGA設為高增益，以將信號擴大到轉化器的噪底以上。信號或許是一個信號強或信號弱的電臺，也或許是成像體系中的一個亮堂或暗淡的像素。關于一次只測驗康復一個信號的傳統信號處理架構來說，這種可裝備動態規模或許是十分有用的。
瞬時動態規模愈加強壯：在這種裝備中，體系擁有足夠的動態規模，能夠一起捕獲大信號而不產生削波現象，一起還能康復小信號——現在，咱們或許需求一個14位的轉化器。該原理適用于多種運用——康復強電臺或弱電臺信號，康復手機信號，或許康復圖畫的超亮和超暗部分。在體系傾向運用愈加復雜的信號處理算法的一起，對動態規模的需求也是水漲船高的走向。在這種情況下，體系能夠處理更多信號——假如悉數信號都具有相同的強度，并且需求處理兩倍的信號，則需求添加3 dB的動態規模。或許更重要的是，如前所述，假如體系需求一起處理強信號和弱信號，則動態規模的增量要求或許要大得多。
在數字信號處理中，動態規模的要害參數是信號表明中的位數，或稱字長：一個32位處理器的動態規模多于一個16位的處理器。過大的信號將發作削波——這是一種高度非線性的運算，會損壞多數信號的完整性。過小的信號——起伏小于1 LSB——將變得不行檢測并丟失掉。這個有限分辨率通常稱為量化差錯，或量化噪聲，在確立可檢測性下限時或許是一個重要要素。
事實上，每種運用或許都有自己的有用動態規模描繪方法。開始時，數據轉化器的分辨率是其動態規模的一個良好代替方針，但在真實決議時挑選正確的技能標準是十分重要的。要害原則是，越多越好。雖然許多體系能夠當即意識到需求更高的信號處理帶寬，但對動態規模的需求卻或許不是如此直觀，即使要求愈加苛刻。
值得注意的是，雖然帶寬和動態規模是信號處理的兩個首要維度，但還有必要考慮第三個維度，即效率：對數據轉化器和其他電子信號處理運用來說，一種愈加樸實的、衡量成本的技能手段是功耗。功能越高的體系——更大的帶寬或動態規模——往往要消耗更多的電能。隨著技能的前進，咱們都試圖在進步帶寬和動態規模的一起減少功耗。
完成寬帶混合信號體系不只僅要挑選正確的數據轉化器——這些體系或許對信號鏈的其他部分有著苛刻的要求。相同，應戰是在較寬的帶寬規模內完成優秀的動態規模——使更多的信號進出數字域，充分利用數字域的處理才能。
寬帶和信號調度—在傳統單載波體系中，信號調度就是趕快消除無用信號，然后擴大方針信號。這往往涉及挑選性濾波以及針對方針信號微調的窄帶體系。這些經過微調的電路在完成增益方面或許十分有用，并且在某些情況下，能夠利用頻率規劃技能來確保將諧波或其他雜散排除在帶外。寬帶體系不能運用這些窄帶技能，并且在這些體系中完成寬帶擴大或許面對巨大的應戰。
數據接口—傳統的CMOS接口不支持大大超越100 MHz的數據速率——并且低電壓差分擺幅(LVDS)數據接口運轉速率達800 MHz至1 GHz。關于較大數據速率，咱們能夠運用多個總線接口，或許運用SERDES接口。現代的數據轉化器選用的是最高速率達12.5 GSPS的SERDES接口——能夠用多條數據通道來支持轉化器接口中分辨率和速率的不同組合。這些接口本身或許十分復雜。
時鐘接口—就體系中運用的時鐘的質量來說，高速信號的處理也或許好不容易。時域中的顫動/差錯會轉化成信號中的噪聲或差錯。在處理速率大于100 MHz的信號時，時鐘顫動或相位噪聲或許成為轉化器可用動態規模的一個限制要素。數字級時鐘或許無法勝任這類體系，或許需求運用高功能時鐘。
走向更寬帶寬信號和軟件界說體系的步伐不斷加快，業界不斷推陳出新，涌現出構建更好、更快數據轉化器的立異方法，將帶寬、動態規模和功效三個維度推上了新的臺階。
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