研尚科技的客戶在一個(gè)項(xiàng)目中，向我們提出了這一問題，來看看研尚的技術(shù)專家是如何解答的。

客戶問題描述

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我正在一個(gè)需要同時(shí)進(jìn)行ADC / DAC的項(xiàng)目中。典型的微控制器中的板載ADC的規(guī)格非常薄弱，而具有良好規(guī)格的單獨(dú)ADC則比音頻編解碼器貴得多。例如，比較以下三個(gè)選項(xiàng)：

• 某具有三個(gè)16位，最大50ksps的ADC，有效達(dá)到不到15位的水平。這可能是針對(duì)高分辨率ADC的最佳選擇。它還具有一些高速12位ADC和一些DAC。價(jià)格：3.26美元
  

  
  

• 一個(gè)基于I2S的音頻編解碼器，它具有六個(gè)具有17.5有效位的24位，96ksps ADC（如果我對(duì)數(shù)據(jù)手冊(cè)的閱讀是正確的話）。它還具有八個(gè)規(guī)格相似的DAC。所有輸入/輸出均為全差分，并且可以關(guān)閉ADC上的高通濾波器。價(jià)格：4.90美元

  
  

• 具有類似規(guī)格的最便宜的TI ADC是，這是一款24位，105ksps ADC，還具有約17.5有效位。但是，這是$ 6.31的一部分，并且只有一個(gè)通道！四通道器件的價(jià)格為14.65美元。

因此，使用音頻編解碼器進(jìn)行測(cè)量似乎很有吸引力。

為什么不這樣做呢？使用音頻編解碼器進(jìn)行測(cè)量是否有任何意外的缺點(diǎn)？

研尚專家解答

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音頻編解碼器的線性度很高且噪聲極低，但是它們通常通過交流耦合消除直流偏移，并且它們的絕對(duì)精度（比例因子）不是很嚴(yán)格地控制，因?yàn)檫@些方面在音頻工作中并不那么重要。這使得它們不太適合通用ADC / DAC應(yīng)用。

我在下面介紹一般概念。當(dāng)然，所提到的內(nèi)容需要大量的工程設(shè)計(jì)-電路僅用于說明工作原理。選擇校準(zhǔn)算法，參考轉(zhuǎn)換器，開關(guān)以及模擬緩沖和信號(hào)處理將決定設(shè)計(jì)的性能。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器

一般要求是要有一個(gè)多于n個(gè)輸出通道的DAC通道。還需要參考ADC。每個(gè)輸出通道都可以取自兩個(gè)相鄰DAC之一。ADC被饋送來自DAC之一的輸出。當(dāng)n個(gè)DAC饋入輸出時(shí)，一個(gè)正在饋入ADC并進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，DAC返回其輸出占空比，下一個(gè)DAC連接至ADC。

上面的示例顯示了用于獲得3個(gè)輸出的4CH DAC。開關(guān)位置如下：

• CH1校準(zhǔn)，CH2-4輸出：SW1閉合，SW11下降，SW12下降，SW13下降。
  

• CH2校準(zhǔn)，CH1,3-4輸出：SW2關(guān)閉，SW11上升，SW12下降，SW13下降。
  

• CH3校準(zhǔn)，CH1-2,4輸出：SW3關(guān)閉，SW11向上，SW12向上，SW13向下。
  

• （如圖所示）CH4校準(zhǔn)，CH1-3輸出：SW4關(guān)閉，SW11向上，SW12向上，SW13向上。
  

將測(cè)試波形施加到正在校準(zhǔn)的通道，并使用“體面的” ADC捕獲。有很多可負(fù)擔(dān)得起的，DC精確度的ADC，甚至是sigma-delta的ADC?？梢詼y(cè)量捕獲的波形以得出校準(zhǔn)系數(shù)-至少在偏移和增益方面。校準(zhǔn)本身通過數(shù)字信號(hào)輸入到DAC中進(jìn)行。

為了使開關(guān)毛刺饋通最小，輸出選擇器開關(guān)可以是光致動(dòng)MOSFET。包括一對(duì)SW1x的一對(duì)單極開關(guān)中的每一個(gè)都可以被定相以重疊操作。當(dāng)SW1x的兩個(gè)極都連接到輸出時(shí)，輸出實(shí)際上是平均值。只需一點(diǎn)點(diǎn)，您就需要為兩個(gè)通道提供相同的輸出數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，每個(gè)通道具有不同的校準(zhǔn)，因此將相同的輸出饋送到兩個(gè)通道DAC需要饋入不同的二進(jìn)制輸入。

如果正確開發(fā)了此概念，則可以以非常合理的成本來產(chǎn)生非常準(zhǔn)確的高性能輸出。如果您小心的話，只需花幾美元，就可以得到16位以上的準(zhǔn)確通道。由于大多數(shù)音頻DAC產(chǎn)生小幅度信號(hào)，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮放和放大。除非它們具有足夠的直流精度，否則任何信號(hào)處理階段都應(yīng)在校準(zhǔn)環(huán)路內(nèi)。該概念還固有地確保了每個(gè)通道的診斷。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

可以反向應(yīng)用相同的方法：具有一個(gè)額外的ADC通道和一個(gè)參考DAC。每個(gè)ADC的輸入可以來自三個(gè)源：兩個(gè)相鄰輸入通道之一或參考DAC。當(dāng)n個(gè)ADC對(duì)輸入進(jìn)行采樣時(shí)，一個(gè)對(duì)來自DAC的參考信號(hào)進(jìn)行采樣并進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，ADC返回其輸入占空比，下一個(gè)ADC連接至DAC。

上面的示例顯示了一個(gè)用于對(duì)3個(gè)輸入進(jìn)行采樣的4CH ADC。開關(guān)位置如下：

CH1校準(zhǔn)，CH2-4輸入：SW1閉合，SW11下降，SW12下降，SW13下降。

CH2校準(zhǔn)，CH1,3-4輸入：SW2關(guān)閉，SW11向上，SW12向下，SW13向下。

CH3校準(zhǔn)，CH1-2,4輸入：SW3關(guān)閉，SW11向上，SW12向上，SW13向下。

（如圖所示）CH4校準(zhǔn)，CH1-3輸入：SW4關(guān)閉，SW11向上，SW12向上，SW13向上。

多層次設(shè)計(jì)

可以將相同的概念應(yīng)用于參考轉(zhuǎn)換器。假設(shè)您有一個(gè)6通道音頻編解碼器，具有6個(gè)輸入和6個(gè)輸出。您可以將其應(yīng)用于4通道模擬I / O設(shè)計(jì)，剩下5個(gè)DAC用于輸出，一個(gè)DAC用于輔助基準(zhǔn)，5個(gè)ADC用于輸入，一個(gè)ADC用于輔助基準(zhǔn)。最后，您只需要一個(gè)主要的基準(zhǔn)ADC或DAC。一個(gè)可用于校準(zhǔn)輔助參考，一個(gè)可用于校準(zhǔn)另一個(gè)輔助參考，最后，輔助參考可用于校準(zhǔn)用于I / O數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的ADC和DAC。這可以被稱為是微型的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室了

研尚科技可提供的部分產(chǎn)品列表

• 音頻編解碼器： Codec、 ADC、 DAC、 音頻功放、 硅麥、 耳放

• 射頻器件： 定位芯片、 定位模塊、 LNA、 無線射頻芯片、 NFC

• 電源轉(zhuǎn)換： 升壓芯片、 降壓芯片、 LDO、 背光驅(qū)動(dòng)

• 電源管理： 鋰電池充電管理、 鋰電池保護(hù)、 QC快充協(xié)議、 OVP/OCP、 電壓檢測(cè)、 復(fù)位芯片、 PMU、 顯示屏電源芯片、 MOSFET、 ESD

• 存儲(chǔ)器： SDRAM、 DDR、 Flash、 EEPROM

• 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)： 步進(jìn)電機(jī)/無刷&有刷

• MCU微控制器： MCU、 指紋芯片、 加密芯片

• 無線通信： 5G&4G通訊模組、 NB-IoT模組

• 其它芯片： 運(yùn)算放大器、 OSD