小身材大能量，TI四款数据转换器“身手不凡”

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2018-12-21

市场变迁不断推动新技术的涌现与发展，自动化是当前非常引人关注的话题。与之相对应的是，要实现自动化就必须部署大量的传感器和数据转换器。以工业和汽车等应用为例，首先由传感器感知信息，经模数转换器（ADC）将模拟量转化成数字信号后，再经一系列控制处理和数据转换才能实现真正的自动化。在未来的世界，传感器将无处不在，ADC的需求量也会显著增长。5G即将到来，它将引发两大变革，一是信号频率更高，二是数据速率将比4G提高40倍。要达到更高的数据通信能力，就需要模数转换器/数模转换器（ADC/DAC)拥有更高的性能，同时体积还要今可能的小。

为了应对工业、汽车、通信等应用中的种种挑战，性能更优、体积更小的数据转换器呼之欲出。

德州仪器（TI）最新推出的四种微型高精度数据转换器，每种转换器均具有业界同类产品中的最小尺寸，且性能卓越。这些全新的数据转换器可以帮助设计人员在缩减系统电路板占用空间的同时，还可让系统更智能并增加更多功能。其中，DAC80508与DAC70508是八通道高精度数模转换器（DAC），分别提供真正的16位和14位分辨率。ADS122C04与ADS122U04是24位高精度模数转换器（ADC），分别提供双线I2C兼容接口及双线UART兼容接口。上述四款产品均属小体型、高性能或限制成本的高精度ADC和DAC，非常适用于工业、通信和个人电子应用，例如光学模块、现场变送器、电池供电系统、楼宇自动化及可穿戴电子设备等。

图1  德州仪器数据转换器产品业务部副总裁兼总经理Karthik Vasanth表示，最新发布的四款产品是目前业界最小的高精度数据转换器

两款高精度数模转换器DAC80508和DAC70508，能在紧凑空间内打造卓越的性能，主要有两大优点：

1、减小系统尺寸：这两款DAC都包括一个2.5V、5ppm/℃的内部基准，不再需要外部提供精度基准。同时有两种封装尺寸可供选择，一是2.4 mm x 2.4 mm晶粒尺寸型球栅阵列封装（DSBGA）或晶圆级封装（WCSP），另一个是3 mm x 3 mm四方扁平无引脚(QFN)-16封装。据德州仪器数据转换器产品业务部副总裁兼总经理Karthik Vasanth介绍，这些产品的尺寸最多可比竞争对手的产品缩小36%。设计人员从此不必在高性能与小尺寸之间艰难取舍，设计的系统既可以实现最佳精度，又能减小板尺寸或增加通道密度。

2、最大系统精度与更高可靠性：除紧凑尺寸外，DAC80508和DAC70508还能提供真正的1位最低有效位（LSB）积分非线性。Karthik Vasanth表示，两款DAC因此能够实现16位和14位分辨率水平上的最高精度，与竞争对手产品相比，线性度高出66%。在增强产品可靠性方面，TI主要做了两件事：一是把芯片的工作温度扩展至-40℃到+125℃，更大温度范围不仅可以应对工业应用中的恶劣环境，还可以应用到需要更高温度范围的领域。二是在通信中增加了循环冗余校验（CRC）功能，在DAC与应用处理器件通信的时候加入校验码，对那些工作在恶劣环境中的应用，例如工业马达，因运转时周边将产生大量的干扰信号，此时的循环校验码可帮助识别通信中出现的误码，避免读取到错误数据。

两款高精度模数转换器ADS122C04和ADS122U04，在减小系统尺寸的同时，同样可取得高性能。

1、体积最小化：ADS122C04和ADS122U04微型24位精度ADC有3 mm x 3 mm特薄QFN (WQFN)-16和5 mm x 4.4 mm超薄紧缩小型封装(TSSOP)-16选项。较之串行外围接口（SPI）、双线接口，只需少量数字隔离通道，有效降低了隔离系统的总成本。当使用这两款ADC时，设计人员可以充分利用芯片内部集成的输入多路复用器、低噪声可编程增益放大器、两个可编程励磁电流源、一个振荡器和一个高精度温度传感器，从而舍弃很多外部电路。

2、改进性能：两款芯片都具有低漂移2.048V、5ppm/℃的内部基准。内置的2%精度振荡器，有助于设计人员改进电源线循环噪声抑制，在嘈杂环境中实现更高精度。另外。芯片的增益值为1~128，噪声则低至100 nV，设计人员可将其与测量小信号的传感器配合使用，形成宽信号输入范围。

图2  TI高精度数据转换器的尺寸演进过程

TI在数据转换器上一直持续投入，总体趋势是尺寸缩小、功耗下降，而性能显著提升。如图2所示，从2000年到今天，以DAC芯片为例，从开始的大封装到现在的2.4mm×2.4mm WCSP封装，体积缩小很多，这是直观可见的。

TI为什么要这样做？Karthik Vasanth表示，因为TI一直关注用户在实际应用中的真实需求。比如在光通信领域，数据速率不断提高，已从4Gbps增加到100Gbps，但是光通信模块的体积却减少了12倍。数字转换器作为光通信模块中非常关键的器件，必须满足这些需求。这也是TI努力做出符合高需求产品的初衷。接下来，TI还将根据细分领域的需求，重点投资小体积、低功耗、高精度、高速率的数据转换器产品。

小体积、高性能是八通道高精度DAC芯片DAC80508与DAC70508、24位高精度ADC芯片ADS122C04与ADS122U04的共同特点。之所以能够做到这一点，Karthik Vasanth认为是因为TI做到了下面三点：一是拥有一个具有非常丰富设计经验的芯片设计工程师团队，通过20年的经验积累，不断从架构的角度去优化产品，用创新的方法将体积减小或者提高性能。二是在产品中用到了可帮助减少体积和提高性能的工艺。三是在封装上TI有独特的创新，能够让封装尺寸最小化。

现在，DAC80508、DAC70508、ADS122C04和ADS122U04已经实现量产。借助DAC80508评估模块、ADS122C04评估模块和ADS122U04评估模块即可开始评估四款数据转换器。