標簽：數(shù)字化 模擬技術 數(shù)字技術
1、前言
數(shù)字化電子設備快速而準確地從我們的周圍環(huán)境收集圖象、語音和音頻數(shù)據(jù)，并在數(shù)字領域內(nèi)管理和控制這些數(shù)據(jù)的能力能引發(fā)任何時間與任何地點的通信，從而提高了計算性能。數(shù)字化電子設備還產(chǎn)生了更可靠和更便宜的醫(yī)用電子設備，它為多樣性消費類設備帶來了激動人心的、交互式的多媒體內(nèi)容?？傮w來說，上述這些進步已經(jīng)將我們生活的世界置于數(shù)字化的控制和管理之中。
2、數(shù)字化電子設備中的模擬技術舉足輕重
數(shù)字化電子設備中數(shù)字技術所信賴的優(yōu)勢只有當它和模擬技術的能力一樣好時才能體現(xiàn)出來，其模擬技術能夠正確地將由“1”和“0”表示的數(shù)字信號還原為人能夠聽到、看到、感覺或感知到的模擬信號。如果沒有重大而且同步的模擬技術創(chuàng)新，那么數(shù)字革命的效果可能黯然失色。我們用數(shù)字方式捕獲的信息越多，我們必須轉(zhuǎn)換和還原的數(shù)據(jù)就越多-不論是實時的語音傳輸、音頻信號還是視頻圖象。當今，如蜂窩手機不斷減小外形尺寸并且不斷增加功能設置，高端汽車音響系統(tǒng)的聲音質(zhì)量以及廣播數(shù)字電視的高清晰度(HD)圖象不僅是智能電路設計、先進制造工藝和高性能數(shù)字處理技術的產(chǎn)物，也是模擬設計不斷進行創(chuàng)新的產(chǎn)物。例如，高速數(shù)字信號處理器(DSP)能使數(shù)字音頻接收機通過增加多個音頻通道來提高其性能。但是，每個新的通道都需要一個獨立的功率放大器以便按照人耳容易分辨和舒適的方式驅(qū)動輸出信號，見圖1所示，為此作如下說明。
2.1 圖1所示就是全數(shù)字音頻組件以及數(shù)字+模擬音頻的解決方案。
圖1為其組成框圖
為滿足當今數(shù)字音頻器件市場設計的需求，采用圖1全數(shù)字音頻組件以及數(shù)字十模擬音頻的解決方案。可編程組件性能上的優(yōu)越性和設計上的適用性，使得設計者可以以更具競爭力的價格去建構一個擁有更多功能、更逼真音效體驗的音頻系統(tǒng)。其模擬+數(shù)字信號處理(DSP)解決方案能是業(yè)界領先的數(shù)字信號處理(DSPs)、高性能的模擬器件到邏輯、擴展的應用軟件組合，都將為從最復雜的到最簡單的音頻設計給出最可信賴的、精確的、高效能的解決方案。
數(shù)字電子設備的迅速增長實際上更加推動了對模擬IC的需求。在許多情況下，新的數(shù)字產(chǎn)品需要高集成度和高性能模擬IC達到新的水平，以便能夠轉(zhuǎn)換(見圖2高性能24位，雙/四通道立體聲音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、調(diào)理和穩(wěn)定信號以及控制和給鏈路供電，從而決定當今的高級系統(tǒng)功能。
2.2 高性能24位，雙/四通道立體聲音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)PCM4202、PCM4204的主要特征。
圖2為PCM4202、PCM4204的組成框圖
PCM4204是專為專業(yè)音頻應用而設計的高性能、四通道ADC。它支持采樣頻率高達216kHz的24位線性脈沖編碼調(diào)制(PCM)輸出數(shù)據(jù)。它也可通過配置而為兩個通道輸出經(jīng)過64倍或128倍過采樣的單比特直接流數(shù)字(DSD)數(shù)據(jù)。PCM4204同時也是DVD音頻和超級音頻CD(SACD)錄音應用的理想選擇。
應用：可在專業(yè)演播室設備與DVD音頻和超級音頻CD(SACD)上使用。
實際上，由于模擬技術創(chuàng)新使消費類終端獲得了數(shù)字產(chǎn)品中的許多功能。值此，從應用趨勢的舉例作說明。
3、從應用趨勢的舉例觀察模擬技術推動了和決定了數(shù)字化技術的前景
3.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術的進步促使數(shù)碼相機(DSC)性能提高有了突破
雖然DSP和微控制器(MCU)處理技術的進步已經(jīng)以數(shù)字方式為快速地處理圖象提供了所需的帶寬，但是那些圖象的質(zhì)量依賴數(shù)碼照相機模擬前端(AFE見圖3的DSC方框圖)中的高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的能力來降低噪聲并且增大動態(tài)范圍。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術的進步還使得AFE解決了其它常見的性能問題.例如，降低功耗以延長電池的工作壽命，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣速率以提高照相機快門的速度，還有提高圖象傳感器的感光靈敏度以降低高分辨率照相機對閃光的要求。
圖3為數(shù)碼照相機方框圖。從圖3中可看出照相機模擬前端(AFE)和高速ADC將使DSC性能提高產(chǎn)生突破。
另外，模擬技術創(chuàng)新不僅僅提高了數(shù)碼照相機的性能，它還有助于生產(chǎn)出多種新的數(shù)碼照相機設計。例如，模擬技術和基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的傳感器相結(jié)合，為了避免拍出模糊的照片，通過增加陀螺儀和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術用于補償照相機的“顫動”。
3.2 數(shù)字音頻處理中的音頻編解碼器是DSP的性能充分發(fā)揮的關鍵
無論是處理家庭影院應用中的杜比5.1通道環(huán)繞立體聲，還是高端汽車系統(tǒng)中的12通道音頻，當今的音頻信號鏈日益數(shù)字化。但是，實際上，信號鏈僅僅是名義上“全數(shù)字”而已，因為大量的多通道音頻對模擬技術提出了新的性能要求。例如，多通道數(shù)字音頻結(jié)構中存在固有的數(shù)字信號處理難題，需要設計工程師采用多個高性能模擬功率放大器來驅(qū)動揚聲器(從圖4中可看出)和能夠轉(zhuǎn)換模擬音頻信號的音頻編解碼器，才能夠不犧牲，或者說“放棄”DSP的性能。
3.21 杜比5.1通道環(huán)繞立體聲家庭影院AV接收機。
圖4為AV接收機方框圖
該AV終端設備能夠利用DVD音頻和SACD高質(zhì)量音頻格式格式并不僅提供了最高的性能，還為客戶提供了最經(jīng)濟的解決方案。。Aureus音頻DSP提供了對種種音頻解碼格式的處理能力;Burr-Brown音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品以其全方位的性能，同時支持最高端及最廉價的系統(tǒng)。從圖4看出，它采用多個高性能模擬功率放大器-立體聲數(shù)字功率調(diào)節(jié)放大控制器TAS5182(為具有更高性能的模擬功放)來驅(qū)動揚聲器及能夠轉(zhuǎn)換模擬音頻信號的音頻編解碼器PCM1850. 故該家庭影院AV接收機具有貫穿整個音頻信號通路的優(yōu)良模擬特性的高速傳輸率。[!--empirenews.page--]
3.22 立體聲數(shù)字功率調(diào)節(jié)放大控制器TAS5182的主要特征。
圖5為TAS5182組成框圖
TAS5182是TI高功率立體聲數(shù)字音放大驅(qū)動器。功放功率150W時(RMS)能使波失真+噪聲(THD+N)小于0.1%。
*主要特點為：立體聲半橋(H-Bridge)驅(qū)動;高功率輸出:150W 4Ω負載RMS狀態(tài)，總諧波失真+噪聲(THD+N)小于0.1%;100W 6Ω負載RMS狀態(tài)，總諧波失真十噪聲(THD+N)小于0.1%;90W 8Ω負載RMS狀態(tài)，總諧波失真+噪聲(THD+N)小于0.2%;全功率范圍20-20kHz的總諧波失真十噪聲(THD+N)小于0.10%;帶錯誤報告自保護設定(包括低壓、過溫，短路保護);優(yōu)異的音頻特性為與TAS5518連接使用時信噪比(SNR)為110dB和總諧波失真+噪聲(THD+N)為0?%(典型);支持從32kHz至192kHz的取樣率;低電磁干擾設計通過必要的穩(wěn)壓實現(xiàn);無暴音(pop)及點滴音(Cick)
*應用：AV接收機、DVD接收機、有源低頻擴音器、微型/便攜式組件及車載數(shù)字放大器。
另外在許多應用中，將多通道音頻引入到越來越小的系統(tǒng)中，這就需要能夠以高效率工作的低功耗和低成本的模擬IC。即使大批量生產(chǎn)的消費類音頻系統(tǒng)也需要一流的音頻轉(zhuǎn)換器以便保證數(shù)字處理器達到最高性能所需的高性能和高精密度。
3.3 “數(shù)字”蜂窩手機的新款層出無窮推動了對新的模擬功能的需求
隨著蜂窩基礎設施從2G和2.5G到更高性能的2.75G和3G業(yè)務升級，推動了新一代智能更高、功能更豐富的手機的發(fā)展。語音、視頻和數(shù)據(jù)的快速會聚允許在下一代手機中增加這樣一些令人興奮的功能，例如MP3或MP4音樂和廣播電視。蜂窩手機市場已經(jīng)朝著各種方向發(fā)展，因為制造商將劃分其產(chǎn)品系列以便滿足不同用戶的需求和習慣。
然而，這些“數(shù)字”蜂窩手機中的功能也正在推動對新的模擬功能的需求，即高分辨率照相機集成到無線手機中的發(fā)展趨勢，則要求提高模擬圖象處理的性能、圖象穩(wěn)定性、聚焦和伸縮控制以及支持這些功能所必需的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和放大器。
再則，新的帶有易讀的彩色顯示屏和用戶界面更友好的手機，更需要先進的液晶顯示屏(LCD)背光功率器件(見圖6所示)。而且因為設計者將新的語音、視頻和數(shù)據(jù)功能集成到這些平臺中并且要管理多達20種不同的穩(wěn)壓電壓，所以也需要先進的電源管理和電池充電IC來保證照相機的性能提高也不會縮短電池的壽命。
3.31 LCD及OLED顯示屏的偏壓電源TPS65120典型應用。
圖6為TPS65120典型應用示意圖
用于簡化TFT顯示器結(jié)構因素的四輸出電源TPS65120為LCD及OLED顯示器的偏壓電源糸列之一。
3.311 其主要特點
*主要輸出電壓參數(shù)VMAIN：可調(diào)節(jié)電壓，3.0V至5.6V/25mA;后穩(wěn)壓調(diào)節(jié)以減小紋波(5mVpp);±0.8%典型的精確正相輸出，VGH;最高可至20V/2mA的電壓調(diào)節(jié);±3%典型的精確負相輸出，VGL最低可至-18V/2mA的電壓調(diào)節(jié);±3%典型精度。
*互補的1.8V/3.3V線性調(diào)整.
*自動或可程序化的供電順序。
*2.5V至5.5V的輸入電壓范圍.
*輸出短路保護。
*封裝模式：16引腳QFN封裝(3×3×0.9mm)
3.312 應用范圍
可在蜂窩電話、智能電話、PDA、微型電腦PC、便攜式DVD、數(shù)字靜態(tài)相機(DSC)及數(shù)碼攝像機等領域使用。
上述這些需求，再加上實現(xiàn)3G手機中基本通信引擎所需的先進的多頻帶、多模式射頻(RF)和模擬接口功能涉及到的挑戰(zhàn)，將使得無線手機中平均的模擬IC成本會在不久的將來從如今大約8美元上升到15美元以上。
3.4醫(yī)學圖象處理應用尤為突出，磁共振成像(MRI)中的應用就是典型之一
在醫(yī)療保健領域，大量數(shù)字技術的可用性和固定的系統(tǒng)向便攜式設備的轉(zhuǎn)變正推動著對各種新的高性能模擬IC的需求。例如，在醫(yī)學圖象處理應用中，高速的數(shù)字計算允許醫(yī)生觀察高分辨率的CT掃描圖象和超聲設備圖象，以便更快更準確地評定重要器官或血管的狀況。但是要想巧妙地利用這些新的性能，必須通過提高通道密度和改進AFE(模擬前端)性能來增強其產(chǎn)品的信號撲獲能力。
可編可變增益放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC，見圖7(a)所示)的最新進展增大了動態(tài)范圍并且提高了圖象質(zhì)量.同時正交(I/Q)解調(diào)器和移相器IC提高了多普勒超聲波系統(tǒng)的性能。另外，通過將多種功能和多通道集成到一顆單芯片中，這些高性能的模擬IC有助于設計工程師構建出更小、更便攜的系統(tǒng)，因為顯著減小了產(chǎn)品的外形尺寸和功耗。
3.41 4位 125MSPS ADCADS5500主要特征及在磁共振成像(MRI)中應用功能
*圖7(a)為4位 125MSPS ADCADS5500功能方框圖
ADS5500提供了完整的轉(zhuǎn)換器解決方案。它包括高帶寬線性采樣及保持級和內(nèi)部基準。ADS5500專為那些要求在非常狹小的空間里實現(xiàn)極高的速度和動態(tài)性能的應用而設計，具有780mW的低功耗并采用3.3V單電源電壓。該器件提供一個內(nèi)部基準，而且，并行CMOS兼容型輸出可確保與公共邏輯電路的無縫連接。
*ADS5500與高速電流反饋放大器在磁共振成像(MRI)中的應用，見圖7(b)所示。
ADS5500可在醫(yī)學MRI設備的設計中采用。其14位分辨率提供了較高的SNR，這使得設計者能夠降低實現(xiàn)高圖像質(zhì)量所需的磁場能量。此外，125MSPS的采樣速率還為進行過采樣創(chuàng)造了條件，這也有助于提高圖像質(zhì)量并簡化濾波器要求。另外ADS5500還可在測試和測量儀表、單通道和多通道數(shù)字接收器及視頻和成像。
3.5 新的模擬技術的采用動了高級電視的發(fā)展
雖然高清晰度電視和影院品質(zhì)音響的出現(xiàn)是因為數(shù)字革命，但是新的模擬技術的采用和數(shù)字設計的創(chuàng)新一樣，也推動了高級電視的發(fā)展。即使進入數(shù)字廣播時代，電視機仍然需要兩種接口，即數(shù)字接口和模擬接口以支持傳統(tǒng)的錄像機(VCR)、DVD播放器和便攜式攝像機。能支持多種接口標準，從標準的模擬接口到新興的高清晰度多媒體接口(HDMl)-高集成度的接口IC將被應用并滿足從模擬或數(shù)字輸入到先進的平面顯示器連接的需求。[!--empirenews.page--]
高性能音頻處理器將有助于將模擬聲音處理的任務轉(zhuǎn)移到數(shù)字領域中，而且新高集成度的后級處理IC可以通過補償薄型平面電視設計的局限性來提高音頻質(zhì)量。值此，以等離子顯示電視音頻信號通道(見圖8(a))為例作一說明。從圖8(a) 的等離子顯示電視音頻信號通道看出， 高效率的D類音頻功率放大器以更高的功率解決了平板式顯示器音頻的兩個問題：熱消耗及功率消耗。低熱量消散不再需要大的散熱器。低功耗有效降低了交流/直流(AC/DC)電源的尺寸和成本。同樣的，這些優(yōu)點還使的平板式顯示器盡可能的輕薄。
*20W立體聲D類音頻放大器TPA3100D2主要特征
圖8(b)為TPA3100D2應用示意圖
TPA3100D2是高效D類音頻功率放大器.設計用于驅(qū)動橋接式立體聲揚聲器。TPA3100D2能驅(qū)動低至4Q的立體聲揚聲器。在播放音樂時，TPA3100D2的高效率(92%)使其不需要外置散熱器。其主要特點為：高效D類運轉(zhuǎn);寬泛的10V至26V運轉(zhuǎn)電源電壓;4個集成增益設定;具有熱保護及短路保護及錯誤報告。
應用：除了在等離子電視(PDP)應用之外，還可在CRT、數(shù)字光源處理電視(DLPTV)及液晶電視(LCDTV)方面使用.
4、結(jié)束語
從上分析，模擬技術是控制和管理現(xiàn)實世界中各種物理現(xiàn)象(例如圖像、光、聲音、運動、壓力和溫度)所需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術和前端信號處理技術，它對于創(chuàng)造一種有價值的、新型的數(shù)字化終端(設備)是非常重要的而且必不可少因素。因此，設計和開發(fā)模擬信號、數(shù)字信號和混合信號技術并且通過提高集成度、減小封裝尺寸、降低功耗及降低了系統(tǒng)成本是滿足能使數(shù)字設計流行的大眾市場成本結(jié)構的關鍵。故作為設計者應選擇合適的IC，將其數(shù)字設計的全部潛能帶到現(xiàn)實生活中去。
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