電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))單一的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器在控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，但分立式的配置并不能解決在集成趨勢(shì)下控制器設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的分立式配置在這么多年的發(fā)展下，其實(shí)已經(jīng)稱(chēng)得上優(yōu)秀與高效，但控制產(chǎn)品變體太多，分立式配置遠(yuǎn)不夠稱(chēng)得上“敏捷”。

集成仍然是最關(guān)鍵的概念，通過(guò)集成簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)通道設(shè)計(jì)、減小尺寸并提高性能，例如在工業(yè)機(jī)器人末端的夾具上，就有很多ADC/DAC的集成式應(yīng)用。這種集成式的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器往往會(huì)與其他技術(shù)結(jié)合，提供全面的功能集合。不論在可配置性、可靠性或是可檢測(cè)性上往往比分立式的配置表現(xiàn)得更好。

ADC/DAC高密度集成

整個(gè)器件高度集成的系統(tǒng)且不說(shuō)各元件性能指標(biāo)如何，往往都能大幅減少組件數(shù)量簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且通常都能在尺寸上符合空間受限應(yīng)用的要求。一個(gè)多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)多通道具有可編程輸出范圍的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、多個(gè)GPIO、一個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓以及一個(gè)本地溫感傳感器通道，像這樣高密度集成方案(通道數(shù)、分辨率可選)，可以組合出很多種完備的模擬監(jiān)視和控制系列。

這里我們挑選TI的AMC7836為例。其單調(diào)性12位DAC電壓可選范圍覆蓋±10V，電流驅(qū)動(dòng)能力最高可達(dá)±15mA并搭配自動(dòng)范圍檢測(cè)。集成的ADC為12位的SAR型ADC，21個(gè)外部模擬輸入中有16個(gè)為雙極輸入，剩余5個(gè)為高精度輸入。TI作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器頭部廠商，選取的ADC與DAC本身性能就已經(jīng)足夠強(qiáng)大，做這種高密度的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換集成注定離不開(kāi)深厚的技術(shù)積累。

高密度集成的器件可以適配尺寸要求嚴(yán)苛的多通道應(yīng)用，組件數(shù)量減少的同時(shí)簡(jiǎn)化了閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，極寬的工作溫度也讓器件能適應(yīng)更多工業(yè)級(jí)場(chǎng)合。在封裝上，耐熱增強(qiáng)型的薄封裝也讓該IC大大拓寬了其工作溫度。

上述這種高密度集成在多通道射頻通信系統(tǒng)中，不僅可以應(yīng)用與功率放大器的一體化還能應(yīng)用于低成本偏置控制電路。同時(shí)，憑借靈活的DAC輸出范圍，該器件可適用于多種晶體管技術(shù)的偏置解決方案以及通用監(jiān)視器和控制系統(tǒng)。

分立信號(hào)鏈與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單芯片集成

信號(hào)鏈技術(shù)大成者與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器頭部廠商無(wú)疑就是ADI了，ADI在ADC與DAC的組合上兼顧了通用性和靈活性，以及最有特色的軟件可配置I/O。在工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器和模塊化控制器應(yīng)用上非常經(jīng)典的AD74413R就是軟件可配置的四通道輸入/輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器組合，它能夠在任何引腳上實(shí)現(xiàn)各種功能。

AD74413R包括一個(gè)16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器和四個(gè)可配置的13位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可提供四個(gè)可配置的輸入/輸出通道和一套診斷功能。AD74413R可提供多種模式，電壓輸出、電流輸出、電壓輸入、外部供電的電流輸入、環(huán)路供電的電流輸入、外部RTD測(cè)量、數(shù)字輸入邏輯和環(huán)路供電的數(shù)字輸入，同時(shí)內(nèi)部包含一個(gè)高精度2.5 V基準(zhǔn)電壓源，用于驅(qū)動(dòng)DAC和ADC。

16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有可選的50Hz和60Hz抑制性能，DAC則是13位的單調(diào)DAC，器件可以實(shí)現(xiàn)真正零電壓輸出的電荷泵。AD74413R四個(gè)軟件可配置的通道與分立實(shí)現(xiàn)的方法不同，這種集成且可配置的I/O可以快速迭代，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。硬件和軟件設(shè)計(jì)均從資源密集型、冗長(zhǎng)、多產(chǎn)品變體開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向通過(guò)單一設(shè)計(jì)來(lái)滿足眾多需求，這樣可減少研發(fā)時(shí)間和成本，同時(shí)保持成熟架構(gòu)的高可靠性和穩(wěn)健性。集成式的配置設(shè)計(jì)能達(dá)到我們上面所說(shuō)的“能夠在任何引腳上實(shí)現(xiàn)各種功能”這種效果。

另外，由于元器件數(shù)量減少，PCB尺寸可減小多達(dá)40%，生產(chǎn)中的貼裝成本也會(huì)降低。此外，由于軟件可配置I/O支持設(shè)計(jì)重用，控制器制造商將需要更多同類(lèi)型的PCB。對(duì)于整體成本來(lái)說(shuō)似乎也是一個(gè)更優(yōu)的選擇。

小結(jié)

這種將分立信號(hào)鏈集成在單個(gè)芯片中的高度集成ADC/DAC組合，在市場(chǎng)上并不算多見(jiàn)。但其高超的技術(shù)性帶來(lái)的是器件從性能到成本的大提升。在其推動(dòng)下，不僅是控制系統(tǒng)，很多自動(dòng)化應(yīng)用都變得更加“敏捷”。

原文標(biāo)題：分立很難，集成更難!數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器集成式技術(shù)玩法

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審核編輯：湯梓紅