数据转换器

2017数据转换器市场报告

据麦姆斯咨询报道,全球数据转换器市场规模预计将从2017年的35.2亿美元增长至2023年的50.8亿美元,2017~2023年间的复合年增长率(CAGR)为6.3%。终端用户对测试和测量解决方案需求的日益增长、科学和医学应用中对高分辨率图像需求的不断增长、先进技术数据采集系统的应用增长,以及数据转换器生态系统通过如产品发布和开发、兼并和收购、合作伙伴、合同、协议和合作等有机和无机增长策略的发展,推动了全球数据转换器市场的增长。本报告以2016年为基准年,对2017~2023年间的数据转换器市场进行预测。

按类型细分,在数据转换器的所有类型中,模数转换器(ADC)市场预计将在2017~2023年间以最高的复合年增长率增长。对高分辨率图像的需求增长,促进了模数转换器的应用,模数转换器能够在为一组数据提供额外、通常也是关键的细节的同时,提供精准且灵活的模数转换;对模数转换器的需求将继续提升市场中的竞争,这可能会相应带来数据转换器的进一步创新。

按采样率细分,高速数据转换器市场预计将在2017~2023年间快速增长。无线通信网络的发展推动了对高速数据转换器的需求。例如,5G无线通信技术正在迅速发展,并且预计至2020年将开始在全球铺开。对于先进的高性能通信应用,网络基础设施制造商需要开发高速无滞后解决方案,从而增加了对高速数据转换器的需求。

作者:Anthony Collins、Harpinder Matharu和Ehab Mohsen,赛灵思公司,美国加利福尼亚州圣何塞

第五代无线接入网络预计能够满足2020年及以后新用例和新应用的系统与服务要求。5G新无线电(5G NR)预计提供每用户10Gbps的峰值数据速率,是第四代无线接入网络的近100倍。4G LTE-Advanced Pro,也就是部分厂商所称的4.5-4.9G,利用更高带宽和载波聚合能实现高达1Gbps的峰值数据速率。LTE-Advanced Pro的每用户持续数据传输率一般介于25-50Mbps之间。5G NR的目标是通过将每用户持续数据传输率推高到500Mbps,实现100倍的提升。

频谱效率显著提高和充分利用超过6GHz的闲置频率是实现千兆位级数据速率的增强型移动宽带(eMBB)的关键因素。大规模MIMO(或大型天线阵列),是实现这一数据数率提升的基本技术。大规模MIMO通过在频率和时间之外新增空间维度,显著提高了频谱效率。通过阵列增益和多波束正交性得到的高信噪比(SNR)让多个用户能够使用相同的时间和频率分配。

采用FinFET工艺中的IP克服数据转换器设计挑战

作者:Manuel Mota,Synopsys产品营销经理

介绍

半导体行业不断演变,旨在满足用户对移动设备和数字家庭等领域中每一代新产品的多方面需求,包括更多功能、性能、电池寿命和更低成本。半导体工艺技术的演进遵循摩尔定律,这是这些产品得以上市的主要促成因素。对整个行业来说,从基于大体积平面晶体管向FinFET三维晶体管的过渡是一个重要里程碑。这一过渡促使工艺技术经过了几代的持续演进,并且减小了外形尺寸,提高了速度,同时减少了泄漏。

过去,最先在先进的工艺技术中部署的绝大多数产品都采用以数字为中心的数据处理方式,而模拟处理方式则保留给更保守的工艺技术使用。设计人员选择利用保守工艺中对模拟方式更加友好的特征,并且错误地认为模拟块区域在先进的工艺技术中无法扩展,或者价格昂贵。

同步数据转换器阵列的采样时钟

作者:Kazim Peker和Altug Oz ADI公司

摘要
在各种应用中(从通信基础设施到仪器仪表),对系统带宽和分辨率的更高要求促进了将多个数据转换器以阵列形式连接的需求。设计人员必须找到低噪声、高精度解决方案,才能为使用普通JESD204B串行数据转换器接口的大型数据转换器阵列提供时钟和同步。

时钟生成器件包含抖动衰减功能、内部VCO以及各种输出和很多同步管理功能,现已问世,它能解决这个系统问题。然而,在很多实际应用中,数据转换器阵列所需的大量时钟已经超出了单个IC元件所能提供的极限。设计人员经常试图连接多个时钟生成和时钟分配元件,从而创建丰富的时钟树。

本文提供一个关于如何构建灵活可编程时钟扩展网络的真实案例,它不仅具有出色的相位噪声/抖动性能,还可将所需的同步信息从时钟树的第一个器件传递至最后一个器件,同时提供确定性控制。

简介

业界首款RFSoC首秀:消除对分立ADC/DAC的需求

Xilinx 发布全球首款 All Programmable RFSoC, 将数千兆采样 RF 数据转换器集成于其 16nm MPSoC 器件中。全新 RFSoC 消除了分立数据转换器 ADC 和 DAC 的需求,而且还有助于新一代无线电及 RF 通信系统进行扩展,满足功耗、封装尺寸以及通道密度的需求。

RFSoC 首秀视频演示:

数据转换器功能
数据转换器是全面可编程模数子系统的部件,具有:

  • 基于 16nm FinFET 芯片工艺的业界领先性能功耗比
  • 高达 4GSPS 的 12 位 ADC 支持集成式数字下变频 (DDC)
  • 高达 6.4GSPS 的 14 位 DAC 支持集成式数字上变频 (DUC)
  • 作者:David Robertson,产品线总监;Gabriele Manganaro,工程总监,ADI公司

    不断丰富的高速和极高速ADC以及数字处理产品正使过采样成为宽带和射频系统的实用架构方法。半导体技术进步为提升速度以及降低成本做出了诸多贡献(比如价格、功耗和电路板面积),可让系统设计人员使用宽带转换器探索转换与处理信号的各种方式。这些技术改变了我们对信号处理的认识,以及我们选择产品的方式。

    本文说明如何观察噪声频谱密度(NSD)及其在目标频段内分布能够有助于指导系统设计人员选择最合适的转换器。

    处理增益:我的目标频段内有多少噪声?
    考虑图1中的简化情况。我们的ADC时钟为75 MHz,并在输出数据上运行FFT,因此我们看到的频谱为从直流到37.5 MHz。我们的“目标信号”是唯一的大信号,且碰巧位于2 MHz附近。指定数据转换器的信噪比(SNR)后,它将指示与其他所有频率仓中的总噪声功率相比的满量程信号功率。对于白噪声(大部分情况下包含量化噪声和热噪声)而言,噪声均匀分布在转换器的奈奎斯特频段内;本例中为直流至37.5 MHz。

    高速转换器:内涵、原因和原理概述

    作者:David Robertson,ADI公司模拟技术部副总裁

    作为“现实世界”模拟域与1和0构成的数字世界之间的关口,数据转换器是现代信号处理中的关键要素之一。过去30年,数据转换领域涌现出了大量创新技术,这些技术不但助推了从医疗成像到蜂窝通信、再到消费音视频,各个领域的性能提升和架构进步,同时还为实现全新应用发挥了重要作用。

    宽带通信和高性能成像应用的持续扩张凸显出高速数据转换的特殊重要性:转换器要能处理带宽范围在10 MHz至1 GHz以上的信号。人们通过多种各样的转换器架构来实现这些较高的速率,各有其优势。高速下在模拟域和数字域之间来回切换也对信号完整性提出了一些特殊的挑战——不仅模拟信号如此,时钟和数据信号亦是如此。了解这些问题不仅对于组件选择十分重要,而且甚至会影响整体系统架构的选择。

    更快、更快、更快

    系统设计师通常侧重于为应用选择最合适的数据转换器,在向数据转换器提供输入的时钟发生器件的选择上往往少有考虑。然而,如果不慎重考虑时钟发生器、相位噪声和抖动性能,数据转换器、动态范围和线性度性能可能受到严重的影响。

    一、系统考虑因素
    采用MIMO (多输入多输出)架构的典型LTE (长期演进)基站如图1所示。该架构由多个发射器、接收器和DPD (数字预失真)反馈路径构成。各种发射器/接收器组件(如数据转换器(ADC/DAC))和本振(LO)要求采用低抖动参考时钟以提高性能。其他基带组件也要求各种频率的时钟源。

    图1.面向采用MIMO架构的典型LTE基站的时钟时序解决方案

    图1.面向采用MIMO架构的典型LTE基站的时钟时序解决方案

    ADC和DAC术语

    摘要:本文汇总和定义模/数转换器(ADC)和数/模转换器(DAC)领域常用的技术术语。

    采集时间
    采集时间是从释放保持状态(由采样-保持输入电路执行)到采样电容电压稳定至新输入值的1 LSB范围之内所需要的时间。采集时间(Tacq)的公式如下:

    混叠
    根据采样定理,超过奈奎斯特频率的输入信号频率为“混叠”频率。也就是说,这些频率被“折叠”或复制到奈奎斯特频率附近的其它频谱位置。为防止混叠,必须对所有有害信号进行足够的衰减,使得ADC不对其进行数字化。欠采样时,混叠可作为一种有利条件。

    另请参考应用笔记-滤波器基础:抗混叠

    孔径延迟

    作者: Jonathan Harris

    目前,将JESD204B作为高速数据转换器首选数字接口的趋势如火如荼。JESD204接口于2006年首次发布,2008年改版为JESD204A,2011年8月再改版为目前的JESD204B。与LVDS等以前的技术相比,该接口在效率上技高一筹,同时还有多种其他优势。采用JESD204B的设计拥有更快的接口带来的好处,能与转换器更快的采样速率同步。其封装引脚数量减少,由此减小了封装尺寸,缩短了走线长度。该标准同时适用于模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A),其主要目的是作为现场可编程门阵列(FPGA)的通用接口——比如,Xilinx Kintex或Vertex平台——但也可用于ASIC。

    同步内容