为什么需要模数转换器？模拟/数字转换器帧对齐监控详解

一直以来，模拟/数字转换器都是大家的关注焦点之一。因此针对大家的兴趣点所在，小编将为大家带来模拟/数字转换器的相关介绍，详细内容请看下文。

一、为什么需要模数转换器？

计算机软件、无线电、数字图像采集都需要ADC转换器的辅助，即人类数字化的浪潮推动了ADC转换器的发明、发展和不断变化。总之，ADC转换器在人类数字化中扮演着重要的角色。

1）许多录音室使用 24 位/96 kHz（或更高）脉冲编码调制(PCM) 或直接流数字(DSD) 记录格式，然后使用 ADC 采样或抽取信号以在光盘上进行数字音频制作。

2）使用ADC以数字形式存储或传输几乎任何模拟信号。例如，电视调谐卡使用快速视频模数转换器。数字存储示波器需要非常快速的模数转换器，而 ADC 对于软件定义无线电及其新应用也至关重要。

3）数字成像系统通常使用模数转换器来数字化像素。一些雷达系统通常使用 ADC 将信号强度转换为数字值，以便进行后续的信号处理。

某些非电子或仅部分电子的设备（如旋转编码器）也可被视为模数转换器。

二、模数转换步骤

将模拟量转换为数字量的过程称为模数转换，简称A/D，完成这一功能的电路称为模数转换器，简称ADC。

模数转换步骤动画

1）采样是指用一定时间间隔的信号样本序列代替时间上的原始连续信号，即对模拟信号进行时间离散化。

2）量化使用有限数量的幅度值来逼近原始连续变化的幅度值，即将模拟信号的连续幅度变为有限数量的具有一定间隔的离散值。

3）编码是根据一定的规则，将量化后的值用二进制数表示，再转换成二进制或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星频道等数字线路传输。

信号频率越高，A/D 电路的工作频率就越高。位数越多，信号的还原精度越高。MCU的I/O口需要程序配合才能完成A/D转换。此外，还可以单独使用A/D芯片来完成模数转换。

三、模拟/数字转换器帧对齐监控

如果接收器以正常方式向发射器请求同步模式，则将丢失与发射器发送同步前同步码相关联的数据。为防止这种数据丢失，JESD204 规范定义了另一种帧对齐方法，LTC2274 通过其帧对齐监控 （FAM） 模式提供这种方法。此模式允许检查同步，而不会丢失数据，也不会在 ADC 上断言同步请求输入。JESD204 标准定义了两种帧对齐监控方法（图 1）。

图 1：数据再同步的帧对齐监控模式

种帧对齐模式发生在数据未被加扰时。当前帧第二码组与上一帧第二码组相等时，当前码组被K28.7替换。然后接收方负责将 K28.7 八位位组替换为先前样本中的八位位组（图 1）。如果第三个第 2个 数据八位字节等于前两个，则将传输实际的八位字节。这种帧对齐模式高度依赖于数据，并且不能保证在任何时间长度内发生。

第二种帧对齐模式发生在数据八位位组在编码之前被加扰时。每当任何帧的第 2个 代码组等于 D28.7 时，它将被 K28.7 替换。然后接收器需要用正确的数据字符 D28.7 替换 K28.7。由于扰码器的效果是随机的，因此这种帧对齐方法对数据的依赖性较小。从统计上讲，K28.7 应该在每 256 帧中出现 1 次。

无论哪种方式，如果在个八位字节中找到控制字符K28.7，则可以确定存在错误 。如果发生这种情况，接收器可以重新对齐帧或激活同步请求信号以与发送器重新同步。在不启动同步请求的情况下重新对齐帧时，K28.7 应始终出现在第二个代码组中。如果在任何其他位置找到，则以下代码组将表示下一帧的个代码组的开始。此功能允许数据重新同步，而不会丢失来自 ADC 的数据。

如果接收到的数据移动了一个或多个位，这将导致无效的 8B/10B 代码组。然后接收器应重新声明帧同步请求信号，这将导致发送器发送 COMMA 字符流。如果数据偏移了整个代码组，则可以使用帧对齐监控来检测此偏移。整个代码组的数据偏移将导致数字信号处理应该能够检测到的数据损坏。

最后，小编诚心感谢大家的阅读。你们的每一次阅读，对小编来说都是莫大的鼓励和鼓舞。希望大家对模拟/数字转换器已经具备了初步的认识，最后的最后，祝大家有个精彩的一天。