作为"现实国际"模仿域与1和0构成的数字国际之间的关口，数据转化器是现代信号处理中的要害要素之一。曩昔30年，数据转化范畴涌现出了很多立异技能，这些技能不但助推了从医疗成像到蜂窝通讯、再到消费音视频，各个范畴的功能提升和架构前进，一起还为完成全新运用发挥了重要作用。

宽带通讯和高功能成像运用的持续扩张凸显出高速数据转化的特别重要性：转化器要能处理带宽规模在10 MHz至1 GHz以上的信号。人们经过多种各样的转化器架构来完成这些较高的速率，各有其优势。高速下在模仿域和数字域之间来回切换也对信号完整性提出了一些特别的应战——不只模仿信号如此，时钟和数据信号亦是如此。了解这些问题不只关于组件挑选十分重要，并且乃至会影响全体体系架构的挑选。

在许多技能范畴，从以太网到无线局域网再到蜂窝移动网络，数据通讯的实质就是不断进步数据传输速率。经过时钟速率的前进，微处理器、数字信号处理器和FPGA开展十分迅速。这些器材首要得益于尺寸不断缩小的蚀刻工艺，成果造就出开关速率更快、体积更小(功耗更低)的晶体管。这些前进创造出一个处理才能和数据带宽呈指数级增长的环境。这些强壮的数字引擎带来了相同呈指数级增长的信号和数据处理需求：从静态图画到视频，到带宽频谱，无论是有线仍是无线，均是如此。运转时钟速率为100 MHz的处理器或许能有用地处理带宽为1 MHz至10 MHz的信号：运转时钟速率达数GHz的处理器能够处理带宽达数百MHz的信号。

自然地，更强的处理才能、更高的处理速率会导致更快的数据转化：宽带信号扩展其带宽，成像体系寻求进步每秒像素处理才能，以便愈加快速地处理更高分辨率的图画。体系架构推陈出新，以利用极高的这种处理功能，其间还呈现了并行处理的趋势，这或许意味着对多通道数据转化器的需求。

架构上的另一重要变化是走向多载波/多通道，乃至软件界说体系的趋势。传统的模仿密集型体系在模仿域中完结许多信号调度工作；在经过充分准备后，对信号进行数字化处理。例如FM播送：给定电台的通道宽度通常为200 kHz，FM频段规模为88 MHz至108 MHz。传统接收器把方针电台的频率转化成10.7 MHz的中频，过滤掉所有其他通道，并把信号扩大到最佳解调起伏。多载波架构将整个20 MHz FM频段数字化，并利用数字处理技能来挑选和康复方针电台。虽然多载波方案需求选用复杂得多的电路，但它具有极大的体系优势：体系能够一起康复多个电台，包括边频电台。假如规划得当，多载波体系乃至能够经过软件重新装备，以支持新的标准。这种方法的最终方针是选用能够接纳所有频带的宽带数字化仪和能够康复任何信号的强壮处理器：这即是所谓的软件界说无线电。其他范畴中有等效的架构——软件界说仪表、软件界说摄像头等。咱们能够把这些当作虚拟化的信号处理等效物。使得诸如此类灵活架构成为或许的是强壮的数字处理技能以及高速、高功能数据转化技能。

无论是模仿仍是数字信号处理，其基本维度都是带宽和动态规模——这两个要素决议着体系实践能够处理的信息量。在通讯范畴，克劳德•香农的理论就运用这两个维度来描绘一个通讯通道能够携带的信息量的基本理论限值，但其原理却适用于多个范畴。关于成像体系，带宽决议着给守时刻能够处理的像素量，动态规模决议着最暗的可察觉光源与像素饱满点之间的强度或颜色规模。

数据转化器的可用带宽有一个由奈奎斯特采样理论设定的基本理论限值——为了表明或处理带宽为F的信号，咱们需求运用运转采样速率至少为2 F的数据转化器。关于实践体系，一定量的过采样可极大地简化体系规划，因而，更典型的数值是信号带宽的2.5至3倍。如前所述，不断添加的处理才能可进步体系处理更高带宽的才能，而蜂窝电话、电缆体系、有线和无线局域网、图画处理以及仪器仪表等体系都在朝着带宽更高的体系开展。这种不断进步带宽需求要求数据转化器具备更高的采样速率。

假如说带宽这个维度直观易懂，那么动态规模这个维度则或许稍显晦涩。在信号处理中，动态规模表明体系能够处理且不发作饱满或削波的最大信号与体系能够有用捕获的最小信号之间的分布规模。咱们能够考虑两类动态规模：可装备动态规模能够经过在低分辨率模数转化器(ADC)之前放置一个可编程增益扩大器(PGA)来完成：当增益设为低值时，这种装备能够捕获大信号而不会超越转化器的规模。当信号超小时，可将PGA设为高增益，以将信号扩大到转化器的噪底以上。信号或许是一个信号强或信号弱的电台，也或许是成像体系中的一个亮堂或暗淡的像素。关于一次只测验康复一个信号的传统信号处理架构来说，这种可装备动态规模或许是十分有用的。

瞬时动态规模愈加强壮：在这种装备中，体系拥有足够的动态规模，能够一起捕获大信号而不产生削波现象，一起还能康复小信号——现在，咱们或许需求一个14位的转化器。该原理适用于多种运用——康复强电台或弱电台信号，康复手机信号，或许康复图画的超亮和超暗部分。在体系倾向运用愈加复杂的信号处理算法的一起，对动态规模的需求也是水涨船高的走向。在这种情况下，体系能够处理更多信号——假如悉数信号都具有相同的强度，并且需求处理两倍的信号，则需求添加3 dB的动态规模。或许更重要的是，如前所述，假如体系需求一起处理强信号和弱信号，则动态规模的增量要求或许要大得多。

在数字信号处理中，动态规模的要害参数是信号表明中的位数，或称字长：一个32位处理器的动态规模多于一个16位的处理器。过大的信号将发作削波——这是一种高度非线性的运算，会损坏多数信号的完整性。过小的信号——起伏小于1 LSB——将变得不行检测并丢失掉。这个有限分辨率通常称为量化差错，或量化噪声，在确立可检测性下限时或许是一个重要要素。

事实上，每种运用或许都有自己的有用动态规模描绘方法。开始时，数据转化器的分辨率是其动态规模的一个良好代替方针，但在真实决议时挑选正确的技能标准是十分重要的。要害原则是，越多越好。虽然许多体系能够当即意识到需求更高的信号处理带宽，但对动态规模的需求却或许不是如此直观，即使要求愈加苛刻。

值得注意的是，虽然带宽和动态规模是信号处理的两个首要维度，但还有必要考虑第三个维度，即效率：对数据转化器和其他电子信号处理运用来说，一种愈加朴实的、衡量成本的技能手段是功耗。功能越高的体系——更大的带宽或动态规模——往往要消耗更多的电能。随着技能的前进，咱们都试图在进步带宽和动态规模的一起减少功耗。

完成宽带混合信号体系不只仅要挑选正确的数据转化器——这些体系或许对信号链的其他部分有着苛刻的要求。相同，应战是在较宽的带宽规模内完成优秀的动态规模——使更多的信号进出数字域，充分利用数字域的处理才能。

宽带和信号调度—在传统单载波体系中，信号调度就是赶快消除无用信号，然后扩大方针信号。这往往涉及挑选性滤波以及针对方针信号微调的窄带体系。这些经过微调的电路在完成增益方面或许十分有用，并且在某些情况下，能够利用频率规划技能来确保将谐波或其他杂散排除在带外。宽带体系不能运用这些窄带技能，并且在这些体系中完成宽带扩大或许面对巨大的应战。

数据接口—传统的CMOS接口不支持大大超越100 MHz的数据速率——并且低电压差分摆幅(LVDS)数据接口运转速率达800 MHz至1 GHz。关于较大数据速率，咱们能够运用多个总线接口，或许运用SERDES接口。现代的数据转化器选用的是最高速率达12.5 GSPS的SERDES接口——能够用多条数据通道来支持转化器接口中分辨率和速率的不同组合。这些接口本身或许十分复杂。

时钟接口—就体系中运用的时钟的质量来说，高速信号的处理也或许好不容易。时域中的颤动/差错会转化成信号中的噪声或差错。在处理速率大于100 MHz的信号时，时钟颤动或相位噪声或许成为转化器可用动态规模的一个限制要素。数字级时钟或许无法胜任这类体系，或许需求运用高功能时钟。

走向更宽带宽信号和软件界说体系的步伐不断加快，业界不断推陈出新，涌现出构建更好、更快数据转化器的立异方法，将带宽、动态规模和功效三个维度推上了新的台阶。

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