初步了解信號(hào)鏈中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

信號(hào)鏈由多個(gè)組件構(gòu)成，如放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、時(shí)鐘和定時(shí)等。信號(hào)鏈的用途是采集和處理數(shù)據(jù)，或者根據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)信息的分析應(yīng)用系統(tǒng)控制。

本文中，我們將關(guān)注信號(hào)鏈的一部分：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（參見下圖1），但首先必須了解模擬和數(shù)字世界。

圖1：采用外部基準(zhǔn)電壓的基本ADC

信號(hào)需要經(jīng)過處理，才能顯示其中所含的信息、進(jìn)行信號(hào)分析或轉(zhuǎn)換成另一種能夠使用的信號(hào)類型。在實(shí)際應(yīng)用中，模擬產(chǎn)品檢測(cè)聲、光、溫度或壓力等信號(hào)，然后進(jìn)行操作處理。接著由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等轉(zhuǎn)換器接收真實(shí)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為1和0的數(shù)字格式。隨后，由數(shù)字信號(hào)處理器捕獲數(shù)字化信息并加以處理，最后反饋供現(xiàn)實(shí)世界使用。這個(gè)過程可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)，一是數(shù)字方式，二是經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），轉(zhuǎn)成模擬格式。二者均以高速完成。模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)僅捕捉部分信號(hào)。

在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC或DAC）時(shí)，需要了解一些基本知識(shí)。

例如，為什么首先要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化？原因有多個(gè)，其中包括：改善信號(hào)分析能力、更魯棒的存儲(chǔ)和更精確的傳輸。但另一方面，信號(hào)變得更為復(fù)雜，而且需要更長(zhǎng)的處理時(shí)間。有利就有弊，但好消息是：高性能轉(zhuǎn)換器有助于消除復(fù)雜性并增強(qiáng)性能。

ADC的用途涉及輸入信號(hào)的量化，這意味著轉(zhuǎn)換器會(huì)引入少量誤差。ADC的整體性能涉及許多參數(shù)，如熱噪聲、抖動(dòng)和量化噪聲-即指定帶寬（BW）內(nèi)的信噪比（SNR）。轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊(cè)中報(bào)告的信噪比可為設(shè)計(jì)人員提供實(shí)際的期望，幫助其了解轉(zhuǎn)換器在被采樣信號(hào)中的最低可分辨步長(zhǎng). ADC并非僅執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換，而是周期性地執(zhí)行轉(zhuǎn)換，即采樣。最終獲得的是將連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散或不連續(xù)信號(hào)的信號(hào)樣本或數(shù)字值序列。你會(huì)看到，這一過程對(duì)捕捉到的信號(hào)質(zhì)量有重大影響。

圖2.采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：采樣和量化。此處，采樣是時(shí)域上的影響，而量化則是幅度域上的影響。采樣這一行為導(dǎo)致二者同時(shí)發(fā)生，并把信號(hào)分為兩個(gè)軸。