FPGA 和CPU 性能随时间的变化图

[导读]通常来说，自然界产生的信号，其实都是模拟信号，像我们说话的声音，我们看到的图像，我们感受到的温度等等。

ADC是什么意思?

所谓的ADC，其全称是Analog-to-Digital Converter 模拟数字转换器的意思。通常来说，自然界产生的信号，其实都是模拟信号，像我们说话的声音，我们看到的图像，我们感受到的温度等等。但是这些模拟信号在电子产品中最终都得以数字信号Q的方式进行处理，存储或者传输，那如何把模拟信号转换成数字信号呢?所以，我们就需要ADC模数转换器了。

FPGA 和CPU 性能随时间的变化

随着摩尔定律影响着处理器的性能，IC 晶体管密度的增加也极大地提高了模数转换器(ADC) 和数模转换器的性能。如下图所示，摩尔定律对这些设备的性能产生了指数效应。模数转换器(ADC)位数是最广为人知的技术指标之一。

10 位ADC 性能(采样率)随时间的变化

随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，以及对于系统灵敏度等要求的不断提高，对于高速、高精度的ADC(Analog to Digital Converter)、DAC(Digital to Analog Converter)的指标都提出了很高的要求。比如在雷达和卫星通信中，所需要的信号带宽已经达到了 2 GHz 以上，而下一代的 5G 移动通信技术在使用毫米波频段时也可能会用到 2 GHz 以上的信号带宽。虽然有些场合(比如线性调频雷达)可能采用频段拼接的方式去实现高的带宽，但是毕竟拼接的方式比较复杂，而且对于通信或其它复杂调制信号的传输也有很多限制。

根据 Nyquist 采样定律，采样率至少要是信号带宽的 2 倍以上。同时为了支持灵活的制式、相控阵或大规模 MIMO 的波束赋形，现代的收发机模块越来越普遍采用数字中频直接采样，这其实进一步提高了对于高速 ADC/DAC 芯片的性能要求。

"本白皮书介绍了使用示波器或宽带数字化仪进行宽带信号应用的优点和缺点。"

高精度ADC模数转换器的重要性

提供更高的采样精度，从而可以更准确地测量模拟信号。这对于要求高精度测量的应用，如医疗仪器，测试和测量设备以及信号处理系统等是非常重要的。

更有效地抑制噪声，从而可以提高信号质量。这对于对信号质量要求高的应用，如音频处理，图像处理和通信系统等是非常重要的。

可以提供更大的动态范围，从而可以测量更广泛的信号范围。这对于测量信号变化幅度较大的应用，如重力测量，气压测量和加速度测量等是非常重要的。

高速 ADC/DAC 在现代全数字雷达中的应用

可以看到，ADC/DAC 芯片是模拟域和数字域的边界。一旦信号转换到数字域，所有的信号都可以通过软件算法进行处理和补偿，而且这个处理过程通常不会引起额外的噪声和信号失真，因此把 ADC/DAC 芯片前移、实现全数字化处理是现代通信、雷达技术的发展趋势。

在全数字化的发展过程中，ADC/DAC 芯片需要采样或者输出越来越高的频率、越来越高带宽的信号。而在模拟到数字或者数字到模拟的转换过程中造成的噪声和信号失真通常是很难补偿的，并且会对系统性能造成重大影响。所以，高速 ADC/DAC 芯片在采样或者产生高频信号时的性能对于系统指标至关重要。

目前在很多专用领域，使用的 ADC/DAC 的采样率可以达到非常高的程度。比如 Fujitsu 公司可以提供 110G~130GHz 的 IP 核，Keysight 公司在高精度示波器里用到了单片 40GHz 采样率、10bit 的 ADC 芯片，以及 Keysight 公司在高带宽任意波发生器里用到了 92GHz 采样率、8bit 的 DAC 芯片等。这些专用的芯片通常用于特殊应用，比如光通信或者高端仪表等，比较难以单独获得。

在商用领域，很多 ADC/DAC 芯片的采样率也都已经达到了 GHz 以上，比如 TI 公司的 ADC 12J4000 是 4 GHz 采样率、12bit 分辨率的高速 ADC 芯片;而 ADI 公司的 AD9129 是 5.6 GHz 采样率、14 bit 分辨率的高速 DAC 芯片。这一方面要求 ADC模数转换器有比较高的采样率以采集高带宽的输入信号，另一方面又要有比较高的位数以分辨细微的变化。

随着 ADC/DAC 的采样率的提高，高速 ADC/DAC 的数字侧的接口技术也在发生着比较大的变化。

低速串行接口

很多低速的 ADC/DAC 芯片采用 I2C 或 SPI 等低速串行总线把多路并行的数字信号复用到几根串行线上进行传输。由于 I2C 或 SPI 总线的传输速度大部分在10Mbps 以下，所以这种接口主要适用于MHz 以下采样率的ADC/DAC 芯片。

并行 LVCMOS 或 LVDS 接口

对于几 MHz 甚至几百 MHz 采样率的芯片来说，由于信号复用后数据速率太高，所以基本上采用并行的数据传输方式，即每位分辨率对应 1 根数据线(比如 14 位的 ADC 芯片就采用 14 根数据线)，然后这些数据线共用 1 根时钟线进行信号传输。这种方法的好处是接口时序比较简单，但是由于每 1 位分辨率就要占用 1 根数据线，所以占用芯片管脚较多。

1、预划分布先区域

2、分离模拟与数字信号

3、优化ADC与DAC的布线

①ADC输入布线：ADC的输入信号线应尽量短且直接，以减少信号衰减和噪声干扰。对于差分ADC，其输入线应等长且平行，以确保信号的对称性。同时，在ADC输入端加入适当的滤波电容，以滤除高频噪声。

②ADC基准电压布线：ADC的基准电压线应尽可能短且直接连接到基准电压源，以确保基准电压的稳定性和准确性。同时，在基准电压源与ADC之间加入去耦电容，以减少电源噪声对基准电压的影响。

③DAC输出布线：DAC的输出信号线同样应尽量短且直接，以减少信号衰减和噪声干扰。对于模拟输出，应使用屏蔽线或双绞线，并确保输出线与模拟地之间的隔离。

4、适用宽线与放射状布线

5、避免锐角和指教

6、合理防止解耦电容

7、利用多层PCB设计

ADC在芯片设计中有很多应用。以下是一些常见的例子：

通信系统：ADC可以用于将模拟信号(如音频信号、射频信号等)转换为数字信号，以便数字信号处理器进行数字信号处理和传输。

仪器仪表：ADC可以用于外部传感器的读取和采集，例如温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。

消费类电子产品：ADC广泛应用于消费类电子产品，例如数字相机、MP3播放器、手机等，用于音频、视频、图像等信号的采集和数字化。

控制系统：ADC可以用于控制系统中的反馈信号采集，例如机器人控制、汽车ABS系统等。

医疗设备：ADC可以用于医疗设备中的生物信号采集，例如心电图、脑电图等

那么既然有ADC需要吧模拟专场数字,反过来，就有DAC的存在。什么是DAC呢

DAC在芯片设计中通常指的是数模转换器(Digital-to-Analog Converter)，它是一种用于将数字信号转换为模拟信号的电路或芯片。DAC与ADC相反，ADC是将模拟信号转换为数字信号，而DAC则是将数字信号转换为模拟信号。DAC同样在各种应用领域中发挥着重要作用。

DAC的应用包括但不限于以下几个方面：

音频设备：DAC常用于数字音频设备，如数字音乐播放器、数字电视等，将数字音频信号转换为模拟音频信号输出到扬声器。

通信系统：在通信系统中，DAC用于将数字信号转换为模拟信号，例如在数字调制解调器(modem)中。

控制系统：DAC可用于控制系统中的数字信号输出，例如工业控制系统、自动化设备等。

仪器仪表：DAC可用于模拟仪器仪表中的控制信号输出。

模拟电路测试：在模拟电路测试中，DAC可用于产生各种波形信号以供测试分析。

总的来说，DAC在数字信号处理和模拟信号输出方面有着广泛的应用，是许多电子设备中不可或缺的关键组成部分

作为adc生产厂家，不得不提到核芯互联，它成立于2018年，在北京、青岛、上海、深圳设有研发中心，是一家专注于数模混合信号链芯片设计的国家级高新技术企业。团队聚集了研发和量产经验丰富的业界精英，在过去的短短的几年时间中快速推出了包括高精度数据转换器(AD/DA)、电压基准源、时钟生成器、时钟缓冲器、运算放大器等在内的上百个型号的芯片产品。相关产品已经在电力、轨交、智能制造等领域的数百家企业中批量使用。核芯互联将持续为客户提供高精度、高集成度、高稳定性的芯片产品，形成以ADC、DAC、时钟芯片、运放、高速SerDes、隔离器件、数模混合SoC为核心的一站式信号链解决方案公司。