模拟工程师如何将数字设计带入现实生活.pdf

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模拟工程师如何将数字设计带入现实生活 “数字革命”通过改造我们与周围世界的关系已经改变了我们通信、工作和旅 行 的方式。数字化电子设备通过各种便携式的、容易访问的交互式通信媒体构成的 巨大网络已经改造了我们的世界。快速而准确地从我们的周围环境收集图象、语 音 和音频数据并且在数字领域内管理和控制这些数据的能力已经实现了任何时 间、任何地点的通信和提高性能的计算。数字化电子设备还产生了更可靠和更便 宜的医用 电子设备。它为多样性消费类设备带来了激动人心的、交互式的多媒 体内容。总起来说,上述的进步已经将我们生活的世界置于我们完全数字化的控 制和管理之中。 但是,数字技术可信赖的优势只有当它和模拟技术的能力一样好时才能体现出 来,模拟技术能够忠实地将由 “1”和“0”表示的数字信号还原为人能够听、看、 感觉或感知的模拟信号。 如 果没有重大而同步的模拟技术创新,那么数字革命的效果可能黯然失色。我 们用数字方式扑获信息的领域越多,我们必须完成的数模转换和还原的数据就越 多——不 论是实时的语音传输、音频信号还是视频图象。当今蜂窝手机不断减 小外形尺寸并且不断增加功能设置,高端汽车音响系统的声音质量以及广播数字 电视的高清晰度 (HD)图象不仅是智能电路设计、先进制造工艺和高性能数字 处理技术的产物,也是模拟设计不断进行革命的产物。 实际上,数以千计的终端 市场和应用中大量的数字产品已经引起了同样的、而 且往往是成比例增大的对高质量模拟技术的需求。例如,高速数字处理器(DSP) 能使数字音频接收器能够通 过增加多个音频通道来提高其性能。但是,每个新 的通道都需要一个独立的功率放大器以便按照人耳容易分辨和舒适的方式驱动 输出信号。事实上,据 DataBeans 市场调查公司估计,为一个电子终端产品设计 IC 1.4 IC 每增加一美元的数字集成电路( ),同时就需要价值高达 美元的模拟 。 数 字电子设备的迅速增长实际上更加驱动了对模拟IC 的需求。在许多情况下, IC 新的数字产品需要高集成度和高性能模拟 达到新的水平,以便能够转换、调 理和稳 定信号以及控制和给链路供电,从而决定当今的高级系统功能。实际上, 一些终端用户在获悉他们最喜爱的数字产品中的许多功能主要是由于模拟技术 创新而不是数 字电路时,可能会感到很惊讶。请考察下面的应用趋势和模拟技 术正在推动和决定数字技术前景的发展路线: ? 15 数码照相机:当数码照 相机在 年以前进入消费类市场时,它开始着手满 足并并且超过35mm 电影胶片的质量。虽然DSP 和微控制器(MCU)处理技术 的进步已经以数字方式为 快速地处理图象提供了所需的带宽,但是那些图象的 AFE 质量依赖数码照相机模拟前端( )中的高性能数据转换器的能力来降低噪声 并且增大动态范围。数据转换 技术的进步还使得AFE 解决了其它常见的性能问 题,例如降低功耗以延长电池的工作寿命,提高转换采样速率以提高照相机快门 的速度,还有提高图象传感器的感 光灵敏度以降低高分辨率照相机对闪光的要 求。这些功能已经使得一个典型的数码照相机中的模拟半导体 IC 成本从几年前 的不到2美元增加到如今的超过5美元。 下一代的数码照相机可能需要价值高达 15美元的模拟IC。 另外,模拟技术创新不仅仅提高了数码照相机的性能,它还有助于产生多种新的 照相机设计。例如,模拟技术和基于微电子机械系统(MEMS)的传感器相结合, 为了避免拍照出模糊的照片,通过增加陀螺仪和数据转换技术用于补偿照相机的 “颤动”。 ? 5.1 音频处理:无论是处理家庭影院应用中的杜比 通道环绕立体声,还是高 端汽车系统中的12通道音频,当今的音频信号链日益数字化。但是,实际上,信 号链仅 仅是名义上“全数字”而已,因为大量的多通道音频对模拟技术提出了新 的性能要求。例如,多通道数字音频结构中存在固有的数字信号处理难题,需要 设计工程师 采用多个高性能模拟功率放大器来驱动扬声器和能够转换模拟音频 信号的音频编解码器,才能够不牺牲,或者说“放弃”DSP 的性能。 ? 另外在许多

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