小身材大能量，TI四款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器“身手不凡”

單祥茹

市場變遷不斷推動新技術(shù)的涌現(xiàn)與發(fā)展，自動化是當(dāng)前非常引人關(guān)注的話題。與之相對應(yīng)的是，要實(shí)現(xiàn)自動化就必須部署大量的傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。以工業(yè)和汽車等應(yīng)用為例，首先由傳感器感知信息，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，再經(jīng)一系列控制處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)真正的自動化。在未來的世界，傳感器將無處不在，ADC的需求量也會顯著增長。5G即將到來，它將引發(fā)兩大變革，一是信號頻率更高，二是數(shù)據(jù)速率將比4G提高40倍。要達(dá)到更高的數(shù)據(jù)通信能力，就需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC/DAc）擁有更高的性能，同時(shí)體積還要盡可能的小。

為了應(yīng)對工業(yè)、汽車、通信等應(yīng)用中的種種挑戰(zhàn)，性能更優(yōu)、體積更小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器呼之欲出。

德州儀器（TI）最新推出的四種微型高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，每種轉(zhuǎn)換器均具有業(yè)界同類產(chǎn)品中的最小尺寸，且性能卓越。這些全新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以幫助設(shè)計(jì)人員在縮減系統(tǒng)電路板占用空間的同時(shí)，還可讓系統(tǒng)更智能并增加更多功能。其中，DAC80508與DAC70508是八通道高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），分別提供真正的16位和14位分辨率。ADSl22C04與ADSl22U04是24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），分別提供雙線12C兼容接口及雙線UART兼容接口。上述四款產(chǎn)品均屬小體型、高性能或限制成本的高精度ADC和DAC，非常適用于工業(yè)、通信和個(gè)人電子應(yīng)用，例如光學(xué)模塊、現(xiàn)場變送器、電池供電系統(tǒng)、樓宇自動化及可穿戴電子設(shè)備等。

兩款高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 80508和DAC70508，能在緊湊空間內(nèi)打造卓越的性能，主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：

1、減小系統(tǒng)尺寸：這兩款DAC都包括一個(gè)2.5V、5ppm/℃的內(nèi)部基準(zhǔn)，不再需要外部提供精度基準(zhǔn)。同時(shí)有兩種封裝尺寸可供選擇，一是2.4 mm x 2.4 mm晶粒尺寸型球柵陣列封裝（DsBGA）或晶圓級封裝（WCSP），另一個(gè)是3 mm x 3 mm四方扁平無引腳（QVN）-16封裝。據(jù)德州儀器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品業(yè)務(wù)部副總裁兼總經(jīng)理Karthik Vasanth介紹，這些產(chǎn)品的尺寸最多可比競爭對手的產(chǎn)品縮小36%。設(shè)計(jì)人員從此不必在高性能與小尺寸之間艱難取舍，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)最佳精度，又能減小板尺寸或增加通道密度。

2.最大系統(tǒng)精度與更高可靠性：除緊湊尺寸外，DAC80508和DAC70508還能提供真正的1位最低有效位（LSB）積分非線性。KarthikVasanth表示，兩款DAC因此能夠?qū)崿F(xiàn)16位和14位分辨率水平上的最高精度，與競爭對手產(chǎn)品相比，線性度高出66%。在增強(qiáng)產(chǎn)品可靠性方面，TI主要做了兩件事：一是把芯片的工作溫度擴(kuò)展至-40℃到+125℃，更大溫度范圍不僅可以應(yīng)對工業(yè)應(yīng)用中的惡劣環(huán)境，還可以應(yīng)用到需要更高溫度范圍的領(lǐng)域。二是在通信中增加了循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）功能，在DAC與應(yīng)用處理器件通信的時(shí)候加入校驗(yàn)碼，對那些工作在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，例如工業(yè)馬達(dá)，因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)周邊將產(chǎn)生大量的干擾信號，此時(shí)的循環(huán)校驗(yàn)碼可幫助識別通信中出現(xiàn)的誤碼，避免讀取到錯誤數(shù)據(jù)。

兩款高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD S122C04和ADSl22U04，在減小系統(tǒng)尺寸的同時(shí)，同樣可取得高性能。

1.體積最小化：ADS122C04和ADS122U04微型24位精度ADC有3 mm x 3 mm特薄QFN（WQFN）-16和5 mm x 4.4 mm超薄緊縮小型封裝（TsSOP）-16選項(xiàng)。較之串行外圍接口（SPI）、雙線接口，只需少量數(shù)字隔離通道，有效降低了隔離系統(tǒng)的總成本。當(dāng)使用這兩款A(yù)DC時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以充分利用芯片內(nèi)部集成的輸入多路復(fù)用器、低噪聲可編程增益放大器、兩個(gè)可編程勵磁電流源、一個(gè)振蕩器和一個(gè)高精度溫度傳感器，從而舍棄很多外部電路。

2、改進(jìn)性能：兩款芯片都具有低漂移2.048V、5ppm/°C的內(nèi)部基準(zhǔn)。內(nèi)置的2%精度振蕩器，有助于設(shè)計(jì)人員改進(jìn)電源線循環(huán)噪聲抑制，在嘈雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更高精度。另外。芯片的增益值為1-128，噪聲則低至100nV，設(shè)計(jì)人員可將其與測量小信號的傳感器配合使用，形成寬信號輸入范圍。

TI在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器上一直持續(xù)投入，總體趨勢是尺寸縮小、功耗下降，而性能顯著提升。如圖2所示，從2000年到今天，以DAC芯片為例，從開始的大封裝到現(xiàn)在的2.4mmx2.4mm WCSP封裝，體積縮小很多，這是直觀可見的。

TI為什么要這樣做？Karthik Vasanth表示，因?yàn)門I一直關(guān)注用戶在實(shí)際應(yīng)用中的真實(shí)需求。比如在光通信領(lǐng)域，數(shù)據(jù)速率不斷提高，已從4Gbps增加到100Gbps，但是光通信模塊的體積卻減少了12倍。數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為光通信模塊中非常關(guān)鍵的器件，必須滿足這些需求。這也是TI努力做出符合高需求產(chǎn)品的初衷。接下來，TI還將根據(jù)細(xì)分領(lǐng)域的需求，重點(diǎn)投資小體積、低功耗、高精度、高速率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。

小體積、高性能是八通道高精度DAC芯片DAC80508與DAC70508、24位高精度ADC芯片ADS122C04與ADS122U04的共同特點(diǎn)。之所以能夠做到這一點(diǎn)，Karthik Vasanth認(rèn)為是因?yàn)門I做到了下面三點(diǎn)：一是擁有一個(gè)具有非常豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的芯片設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)，通過20年的經(jīng)驗(yàn)積累，不斷從架構(gòu)的角度去優(yōu)化產(chǎn)品，用創(chuàng)新的方法將體積減小或者提高性能。二是在產(chǎn)品中用到了可幫助減少體積和提高性能的工藝。三是在封裝上TI有獨(dú)特的創(chuàng)新，能夠讓封裝尺寸最小化。

現(xiàn)在，DAC80508、DAC70508、ADS122C04和ADS122U04已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。借助DAC80508評估模塊、ADSl22C04評估模塊和ADSl22U04評估模塊即可開始評估四款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。