模擬對(duì)數(shù)字：架起ADC到處理器的橋梁

作為一個(gè)模擬世界的后裔，我經(jīng)常可以在走廊上聽(tīng)到些評(píng)論，關(guān)于數(shù)字設(shè)計(jì)師多么不理解模擬問(wèn)題。數(shù)字設(shè)計(jì)師們也毫不留情地批評(píng)模擬集成電路設(shè)計(jì)師。這兩個(gè)陣營(yíng)涇渭分明，除非參與者們打破界限，一起進(jìn)入混合信號(hào)領(lǐng)域的研究。

對(duì)典型的模擬精神，不是所有轉(zhuǎn)換器都用相同的數(shù)據(jù)格式。一些轉(zhuǎn)換器用無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)類型，其他轉(zhuǎn)換器使用有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)。甚至更復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)換器輸出12位或是14位數(shù)據(jù)，還有16位輸出。還有另一種24位Δ-Σ轉(zhuǎn)換器技術(shù)。

先不管這些模擬設(shè)計(jì)結(jié)果的目的。對(duì)于這些轉(zhuǎn)換器而言，ADC最低有效位的位置是這些8位、16位或是32位字處理器的第0位。對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，這具有重要意義。然而，12位轉(zhuǎn)換器的符號(hào)位是處理器的位置11。如果分配16位寬度的變量C為轉(zhuǎn)換器輸出值，假定C符號(hào)位是位置15。處理器不能從轉(zhuǎn)換器識(shí)別出負(fù)數(shù)，所有來(lái)自12位的雙極性ADC數(shù)據(jù)都是正的。因?yàn)榉?hào)位處于錯(cuò)誤位置。

你可以通過(guò)幾個(gè)步驟來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。首先，讀-修改-寫步驟，將處理器寄存器中的數(shù)據(jù)移位。CPU讀取數(shù)據(jù)、移動(dòng)包含數(shù)據(jù)的寄存器的位到必要的位置，然后將這些數(shù)據(jù)寫回內(nèi)存。DSP可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成移位?？刂破餍枰芏鄷r(shí)鐘周期才能完成移位的過(guò)程。如果你選用了這種控制策略，要小心緩存區(qū)的不連續(xù)性。這意味著緩存區(qū)無(wú)法辨別DMA控制器是否將新數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。結(jié)果，CPU將緩存區(qū)的舊數(shù)據(jù)進(jìn)行移位操作。需要記住的是，無(wú)論什么時(shí)候向左移了一位，就意味著ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果乘了2。

另一種方式是在處理器循環(huán)中將數(shù)據(jù)右移。這種方式的缺點(diǎn)占用CPU并需要額外指令。另一種選擇是直接將轉(zhuǎn)換器與處理器的數(shù)據(jù)總線相連。如果你將12位轉(zhuǎn)換器的第11位與處理器總線上的第15位相連，那么符號(hào)位就會(huì)處于正確的位置。然后將數(shù)據(jù)的第11位到第14位置零來(lái)完成數(shù)據(jù)獲取，否則這些位的數(shù)據(jù)是不確定的。這種方法只適用于有并行接口。在這種方案中，基于DMA移動(dòng)就不需要數(shù)據(jù)移位了。

使用串行端口的用戶比并行端口的用戶要幸運(yùn)的多，因?yàn)榇蟛糠痔幚砥鞯拇卸丝谔峁┙邮盏?ldquo;左移用零填充至最低有效位”或“右移符號(hào)位擴(kuò)展至最高有效位”特點(diǎn)。這種特色大大減少了CPU處理內(nèi)存中數(shù)據(jù)的工作。一些串行端口只工作在接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是2的冪時(shí)，例如16位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。這些端口不能工作在12、14或是24位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)。

模擬工程師幫助處理處理器接口問(wèn)題。據(jù)我所知，處理器都是8位、16位或是32位的，我從沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)12位或14位的處理器。除非所有的模擬芯片設(shè)計(jì)者突破界限，否則為轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)數(shù)字接口是理所當(dāng)然的。閱讀ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)，核對(duì)向數(shù)字接口傳輸?shù)奈坏奈恢谩Ｈ绻麑?duì)ADC數(shù)據(jù)接口做了初始檢查，那么你會(huì)因?yàn)殚_(kāi)始的付出獲得更多成功。