ADI引领全球数据转换器市场，重心仍在工业与仪器仪表应用

近日，阿德诺半导体公司(ADI)深圳媒体培训交流会第二季在深圳召开，ADI现场应用经理章新明(Eagle Zhang)、技术业务经理张松刚(Singer Zhang)分别主讲了“高精度数据转换器原理以及精确技术指标对系统的影响”和“数据转换器在工业与仪器仪表领域的应用实例”两个部分。

SAR ADC的结构、特性与重要指标

ADI技术专家章新明首先讲解有关逐次逼近型ADC(SAR ADC)基础知识，包括逐次逼近型模数转换器的架构、算法、工作原理、逐次逼近型寄存器ADC的特点，以及转换器的高级规格，包括ADC和DAC的重要直流规格、分辨率、增益误差、失调误差、微分非线性(DNL)、积分非线性(INL)等性能参数的概念和校正方法。

与Σ-Δ型ADC不同，SAR ADC是由一个比较器和DAC通过逐次比较逻辑构成，其转换技术类似于利用一个天平将一个样本与一系列重量经过校准的测试样本进行比较，通过增减测试样本，利用分辨率误差最小并轻于样本的测试样本来估算样本的重量。其工作过程是从最大值MSB开始，按顺序地对每一位输入信号(VIN)与内置高分辨率DAC输出进行比较，经n次比较而输出数字值。

逐次逼近型寄存器ADC的特点（优缺点）：1.逐次逼近型寄存器ADC结构简单。它使用低压CMOS (<3V)，支持低功耗工作；2.常用于商业/工业及相关应用。中等分辨率（12 至16 位）；中等速度（100 kHz 至1 MHz）；3.ADC线性度高度依赖于内部DAC的精度。如果内部DAC不是单调递增，那么ADC本身就会存在失码。

判断ADC和DAC的性能，主要指标包括如下六个：分辨率、增益误差、失调误差、微分非线性(DNL)误差、积分非线性(INL)误差和失码。增益误差和失调误差，类似于运算放大器误差。失调误差会引起输入/输出关系在水平方向发生偏移，而增益误差会引起输入/输出关系发生旋转偏移。失调误差和增益误差均可消除。

除了分辨率或精度问题，另外两个重要的静态性能还包括微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)。DNL和INL是两个重要的直流指标，其测量方法主要是快速傅里叶变换。ADC的交流指标包括：信噪比(SNR)/信纳比(SINAD)、有效位数(ENOB)、全功率带宽(FPBW)、采样时钟抖动、高频失真(THD)、交调失真(IMD)和无杂散动态范围(SFDR)。其中，信纳比和无杂散动态范围是最重要的两个指标。

数据转换器是信号处理必不可少的组成部分，在工业自动化领域，运动控制和过程控制都离不开数据转换器。对于运动控制而言，电机运行的速度非常快，宜选用SAR ADC进行数据转换；而对于慢速的过程控制，则通常选用Σ-Δ ADC来实现。对于电机控制，一般12位ADC就能满足要求；对于电力系统智能电表的应用，则会用到14位、16位的ADC(电表动态范围为4000:1(0.01Ib~40Ib)时，12位精度是要求的底线)。

ADI转换器在工业领域中的主要应用

技术业务经理张松刚主讲ADI数据转换器在工业与仪器仪表领域的应用实例。在ADI 2011财年的30亿美元营收中，有超过三分之一是来自工业领域，远超其他终端市场，其余依次是通信、消费电子、汽车以及健康医疗领域。ADI产品线按照规模依次是转换器、放大器/RF、信号处理和MEMS、DSP、电源管理六大类，贯穿整个信号链，其方案包括参考设计、SiP和SOC产品。

而在市场份额方面，在全球范围内，ADI的数据转换器市场份额高达49%，比其他几家主要竞争对手的总份额加起来还要多。张松刚介绍说，ADI的工业和仪器仪表部门涵盖的领域非常广，包括过程控制、电机控制、安防、仪器仪表、能源管理、楼宇技术、自动化测试设备、军工、航天等等。其中，工业自动化（过程、电机、安防和建筑）、仪器仪表（分析、特殊类）和能源（电力输配、新能源、电表等）是ADI的三大主要市场。

张松刚阐述了过程控制、电网、仪器仪表、能源管理等领域的行业发展趋势，以及ADI产品为应对行业新趋势所带来挑战的应对之道。张松刚表示，凭借高性能高可靠的集成解决方案，ADI在众多工业领域有着大量的成功案例。比如，在中国的配输电领域，ADI最先推出的AD7755计量芯片也是中国最早的智能电表的计量芯片，是目前唯一一颗单颗卖到2亿颗的产品。现在，ADI已经在覆盖全程高中低压，着重于输配电领域。

从最早的AD7865到现在的AD7656、AD7606的，实际上反映了不同电力系统的拓扑结构不同的要求。四种拓扑结构的ADI产品在成本、噪声特性、和效率上都有不同的优缺点。

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四种电力系统拓扑结构和ADI产品

关于智能电网未来趋势，张松刚表示，通讯是未来智能电表的发展方向。而在通讯方式上，不同地区会有不同选择，日本、澳大利亚和美国关注的是RF无线，中国则更关注电力线载波，选择何种技术主要取决于当地的住宅、楼宇等环境特性。ADI的RF电表方案在美国加州已经得到普遍应用，在中国，由于竞争比较激烈，所以ADI的PLC方案主要还是集中在几家大的电表公司采用。

在新能源领域，太阳能逆变器的转换技术是ADI的关注点。在智能电网的应用中，对110KV以上的输电网应用而言，目前基本精度要求是12位转换器，对于三相电网而言，要求16位多通道同步采样转换器。如ADI的AD7606就是16位8通道同步采样转换器，满足高精度、多通道和高速转换的要求。而对于66KV以下的配网而言，原先对转换器的要求并不高，随着配送系统的复杂度的增加，现在则越来越向输电网要求看齐。[!--empirenews.page--]