為什么需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器？模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器幀對(duì)齊監(jiān)控詳解

一直以來，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器都是大家的關(guān)注焦點(diǎn)之一。因此針對(duì)大家的興趣點(diǎn)所在，小編將為大家?guī)砟M/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相關(guān)介紹，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看下文。

一、為什么需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器？

計(jì)算機(jī)軟件、無線電、數(shù)字圖像采集都需要ADC轉(zhuǎn)換器的輔助，即人類數(shù)字化的浪潮推動(dòng)了ADC轉(zhuǎn)換器的發(fā)明、發(fā)展和不斷變化?？傊珹DC轉(zhuǎn)換器在人類數(shù)字化中扮演著重要的角色。

1）許多錄音室使用 24 位/96 kHz（或更高）脈沖編碼調(diào)制(PCM) 或直接流數(shù)字(DSD) 記錄格式，然后使用 ADC 采樣或抽取信號(hào)以在光盤上進(jìn)行數(shù)字音頻制作。

2）使用ADC以數(shù)字形式存儲(chǔ)或傳輸幾乎任何模擬信號(hào)。例如，電視調(diào)諧卡使用快速視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字存儲(chǔ)示波器需要非?？焖俚哪?shù)轉(zhuǎn)換器，而 ADC 對(duì)于軟件定義無線電及其新應(yīng)用也至關(guān)重要。

3）數(shù)字成像系統(tǒng)通常使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來數(shù)字化像素。一些雷達(dá)系統(tǒng)通常使用 ADC 將信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以便進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)處理。

某些非電子或僅部分電子的設(shè)備（如旋轉(zhuǎn)編碼器）也可被視為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

二、模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟

將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱A/D，完成這一功能的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換步驟動(dòng)畫

1）采樣是指用一定時(shí)間間隔的信號(hào)樣本序列代替時(shí)間上的原始連續(xù)信號(hào)，即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行時(shí)間離散化。

2）量化使用有限數(shù)量的幅度值來逼近原始連續(xù)變化的幅度值，即將模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的具有一定間隔的離散值。

3）編碼是根據(jù)一定的規(guī)則，將量化后的值用二進(jìn)制數(shù)表示，再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制或多值的數(shù)字信號(hào)流。這樣得到的數(shù)字信號(hào)可以通過電纜、微波干線、衛(wèi)星頻道等數(shù)字線路傳輸。

信號(hào)頻率越高，A/D 電路的工作頻率就越高。位數(shù)越多，信號(hào)的還原精度越高。MCU的I/O口需要程序配合才能完成A/D轉(zhuǎn)換。此外，還可以單獨(dú)使用A/D芯片來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。

三、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器幀對(duì)齊監(jiān)控

如果接收器以正常方式向發(fā)射器請(qǐng)求同步模式，則將丟失與發(fā)射器發(fā)送同步前同步碼相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。為防止這種數(shù)據(jù)丟失，JESD204 規(guī)范定義了另一種幀對(duì)齊方法，LTC2274 通過其幀對(duì)齊監(jiān)控 （FAM） 模式提供這種方法。此模式允許檢查同步，而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，也不會(huì)在 ADC 上斷言同步請(qǐng)求輸入。JESD204 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種幀對(duì)齊監(jiān)控方法（圖 1）。

圖 1：數(shù)據(jù)再同步的幀對(duì)齊監(jiān)控模式

種幀對(duì)齊模式發(fā)生在數(shù)據(jù)未被加擾時(shí)。當(dāng)前幀第二碼組與上一幀第二碼組相等時(shí)，當(dāng)前碼組被K28.7替換。然后接收方負(fù)責(zé)將 K28.7 八位位組替換為先前樣本中的八位位組（圖 1）。如果第三個(gè)第 2個(gè) 數(shù)據(jù)八位字節(jié)等于前兩個(gè)，則將傳輸實(shí)際的八位字節(jié)。這種幀對(duì)齊模式高度依賴于數(shù)據(jù)，并且不能保證在任何時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生。

第二種幀對(duì)齊模式發(fā)生在數(shù)據(jù)八位位組在編碼之前被加擾時(shí)。每當(dāng)任何幀的第 2個(gè) 代碼組等于 D28.7 時(shí)，它將被 K28.7 替換。然后接收器需要用正確的數(shù)據(jù)字符 D28.7 替換 K28.7。由于擾碼器的效果是隨機(jī)的，因此這種幀對(duì)齊方法對(duì)數(shù)據(jù)的依賴性較小。從統(tǒng)計(jì)上講，K28.7 應(yīng)該在每 256 幀中出現(xiàn) 1 次。

無論哪種方式，如果在個(gè)八位字節(jié)中找到控制字符K28.7，則可以確定存在錯(cuò)誤 。如果發(fā)生這種情況，接收器可以重新對(duì)齊幀或激活同步請(qǐng)求信號(hào)以與發(fā)送器重新同步。在不啟動(dòng)同步請(qǐng)求的情況下重新對(duì)齊幀時(shí)，K28.7 應(yīng)始終出現(xiàn)在第二個(gè)代碼組中。如果在任何其他位置找到，則以下代碼組將表示下一幀的個(gè)代碼組的開始。此功能允許數(shù)據(jù)重新同步，而不會(huì)丟失來自 ADC 的數(shù)據(jù)。

如果接收到的數(shù)據(jù)移動(dòng)了一個(gè)或多個(gè)位，這將導(dǎo)致無效的 8B/10B 代碼組。然后接收器應(yīng)重新聲明幀同步請(qǐng)求信號(hào)，這將導(dǎo)致發(fā)送器發(fā)送 COMMA 字符流。如果數(shù)據(jù)偏移了整個(gè)代碼組，則可以使用幀對(duì)齊監(jiān)控來檢測(cè)此偏移。整個(gè)代碼組的數(shù)據(jù)偏移將導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)該能夠檢測(cè)到的數(shù)據(jù)損壞。

最后，小編誠(chéng)心感謝大家的閱讀。你們的每一次閱讀，對(duì)小編來說都是莫大的鼓勵(lì)和鼓舞。希望大家對(duì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識(shí)，最后的最后，祝大家有個(gè)精彩的一天。