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请问如何为数字应用提供模拟方案?

62 数据传输
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请问如何为数字应用提供模拟方案?
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2021-4-20 06:04:02   评论 分享淘帖 邀请回答
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  以下我们将针对一些使用在通信数据传输产品和PC应用上的模拟器件加以讨论,并将阐述这些产品的功能和讨论其存在的原因。
  目前数字传输中一个最主要问题是耗用的频宽比所传输的资料率还要高许多倍,为了解决采用纯数字化信号传输的带宽瓶颈,调制解调技术目前已逐渐蓬勃地发展成一系列数字用户环路(DSL)型态的产品,通常统称为xDSL。
  在这些应用中,模拟技术可以将电话线上资料的传输率提升数百倍以上。目前还没有任何数字形式的传输可以达到这样的要求,因此信号必须先调变为模拟的形式以便将占用的频宽降至最低。举例来说,早期的ADSL的G.lite技术可以用少于1MHz的频宽来传送2Mb/s的资料,并在稍后的G.DMT全速率中达到6-8Mb/s。
  最主要的是采用一种正交振幅调制(QAM)技术,并且对每个参与信号传输的器件在线性化程度的要求上都非常地高,通常所有相关器件的失真或者是噪声影响必须要低于0.1%,而且A/D与D/A转换器的分辨率必须为12bit或14bit,在输入及输出的带通滤波线路中也不能采用数字或者是无源式,而且需要将一个如EL2221C/EL2244C的高度线性、高信噪比(S/N)的运算放大器放置在LC滤波线路中;另外ADSL线路驱动放大器必须要在这样的系统中输出±12V,170~450mA峰值的信号,目前只有少数的驱动器,如EL1501C/EL1502C/EL1503C/EL1509C与EL1507C能够达到这样的要求。
  这一类的产品将能够大幅扩展Internet的用途,也将会是今后3~10年内的消费时尚和热点。
  多媒体附加卡,如显示卡以及图像捕捉卡,是另一个成长快速的PC周边市场,其中也采用了大量的模拟器件。模拟信号在过去多年来已被用于传递图像信号的显示设备上,而随着技术的改进,图像信号的频宽也由CGA,VGA一路发展到现在SVGA与XGA。由于改用数字方式传递这些信号需要更高的频率,因此预料模拟传输方式还是会在未来的几年持续被使用,而且它同时也能够降低相关信号所带来的接线问题。在这些应用上需要较高的驱动力以及大约250MHz频宽的放大器,EL2386C就是这样的一个放大器,它在一个芯片上包含了三组放大器,使得它非常适用于处理PC显示器上所使用的RGB三个信号,这些放大器通常以非反相的模式运作,增益设为2,终端负载75Ω,这些终端匹配器最主要的功用是用来消除传输信号上的反射与振铃波。
  在图像捕捉卡的输入端我们可以发现许多的模拟器件,输入的信号必须要能够被调整到正确的电压电平以便透过A/D转换器转成数字信号,负责这个功能的是一个直流电平恢复转换放大器。这类放大器包括有EL4089C,EL2090C,EL4093C与EL4390C,时序信号则由一个称为同步信号分离器的模拟器件所产生。产品编号为EL1881C,EL4581C与EL4583C的器件可以经由标准图像输入信号产生该信号的时序信息,另外在图像输入上还可能会看到如EL4584C或EL4585C等锁相器器件,这些器件由同步信号分离器取得水平时序信号,然后产生A/D转换器使用的像素时钟,这个时钟与输入的扫描线频率信号在相位上保持同步。
  就如CD播放机取代了盒式录放机一样,许多人预测DVD播放机将会很快取代VHS录放影机,而CD-R/W与DVD-RAM也将取代PC上使用的CD-ROM光盘机。对大部分使用者来说,CD与DVD显然是将资料以二进位数字方式储存的数字系统,但却没有多少人真正明白,要制作出更高速CD或DVD播放机的一个主要的关键在于I/V放大器的反应速度,而这正是一个模拟器件,以实际数字来说,一个42×CD-ROM需要42MHz频宽的I/V放大器,而8×DVD ROM 则需要48MHz频宽的I/V放大器,同时这个I/V放大器还必须具有快速的增益切换功能以适应不同型态的光学媒体,并且由于它通常位于移动读取头上检测二极管阵列的旁边,因此两个符合以上条件的产品为EL6260C/EL6261C,这类器件拥有8个I/V放大器,并且有高达60/80MHz的频宽。
  除了I/V放大器之外,激光二极管光学APC放大器也是DVD信号读取头上另一个重要的模拟器件,光学自动功率控制器(APC)放大器,如EL6270C,包含了所有将激光二极管驱动至额定光学输出电平的所有相关模拟器件。
  EL6290C是一个可编程的激光驱动器,可集成多种波形,广泛支持DVD或CD等不同工业标准的格式、媒质和刻写速率。
  针对CD-R,CD-RW与DVD-RAM等各种不同的激光驱动器,有EL6273C,EL6274C与EL6275C等以及EL6257C与EL6259C等的产品。
  对大部分PC使用者来说,扫描仪是个数字式设备;但事实上,高速的放大器,也就是模拟电路中最基本的构成方块,在扫描器内扮演了相当重要的角色,就如DVD应用中的放大器一样。这些高速放大器可以作为如模拟处理器高输入容抗等模拟输入噪声与CCD/CIS感测器输出隔离的一个缓冲,如果输入容抗大于CCD/CIS影像感测器的驱动能力,那么稳定时间将会受到影响,由于大部分的CCD/CIS感测器都以单一的5V电源供电,因此当然希望放大器也能够使用相同的单一电源,为了达到最大的增益以及最高的分辨率,放大器必须采用全振幅的输出方式,而且同样的,我们也必须将低耗电以及小型化封装作为基本的要求,因为这些放大器必须直接安装在CCD/CIS感测器旁,EL5144C/EL5146C就提供了这类应用的最佳选择,拥有100MHz的频宽、200V/us的电压变换率以及快速稳定的特性,可以被应用在高分辨率的9600dpi×9600dpi彩色打印扫描器上,采用小型SOT-23封装,这个器件可以被摆放在相当接近CCD/CIS感测器的位置,因此可以大幅度降低因为电路交错所产生的分布电容,改进所需的稳定时间与精确度。
  目前取代标准阴极射线管显示器的一个替代方案为薄膜晶体管液晶(TFT-LCD)显示器,液晶显示器目前已经能够提供高级显示器所需的分辨率,并且能够以更薄更精简的体积提供高品质的图像。许多人都认为其中的器件为数字方式,但事实上却包含了相当多的模拟电路。显示器的输入端通常都采用模拟的方式以便与目前许多使用中的显示器标准相兼容,输入端多工器,如EL4331C,首先被用来在数个图像来源之间作选择,然后这个信号再透过如EL4093C或EL2090C等器件作直流电平恢复,直流电平恢复放大器还必须透过另一颗模拟器件,也就是同步信号分离器来提供时序脉冲(这类的芯片包括有EL1881C,EL4581C与EL4583C),接着这些信号被数字化,然后送到线路驱动芯片上。
  虽然目前流行的是系统芯片(SOC)的集成趋势,但是一些高性能的模拟基本架构器件,如高频多工放大器、可变增益放大器、取样及保持电路以及特殊应用芯片也是系统集成不可缺少的器件。投影机或高级监视器的前端处理电路通常都包含一个多工(MUX)放大器(如EL4331C,EL4332C)、直流恢复放大器(如EL4093C,EL4390C,EL2090C)以及同步分离器(如EL1881C,EL4581C,EL4583)。
  以EL4331C来说,这是一个频宽300MHz,内含三组2:1的多工放大器,可以用来在两组RGB图像来源之间作切换,接着同步分离器由所选择的图像信号取得时序脉冲。水平同步输出通常用来驱动一个锁相环路(PLL)以产生信号数字化应用的高频像素时钟信号(EL4585C就是这样的器件),同时它还可以很轻易地依照需求产生多种通用的像素时钟标准信号,而同步分离器的后端输出则可以用来触发直流恢复电路,将输入影像信号的黑幕电平调整到一个预设的电压值,以便在模拟以及数字系统中使用。
  当CMOS晶体管的体积越来越小,而数字系统的运作越来越快时,对直流电源的需求也将有所改变,Intel公司CPU的进化过程就是一个很好的例子。标准的486CPU需要5V,2A的电源,300MHz以上的Pentium MMX需要3.3V,6A的电源,较新的400MHz~800MHz Pentium II/III则需要1.8V~3.5V,15A的电源,解决方案也从直接由电脑内部标准的AC-DC电源供应器提供(486)转变到特别的线性稳压器(Pentium),然后到目前专用的DC-DC开关式稳压器(Pentium III/IV)。照着IntelCPU改变的方式,其实大部分数字系统如DSP,FPGA也大都依循相同的趋势。Elantec与许多其他的模拟器件供应商一样也提供针对这类电源供应需求的解决方案,两个DC-DC转换器产品系列,分别为MonoPower?完全集成式DC-DC转换器,如EL7556BC,EL7558BC,EL7564C,EL7563C,(输出为6A,8A和4A)以及只含PWM控制器的系列EL7571C。MonoPower系列将MOSFET开关管集成到芯片当中,可以达到更高的效率并减少电路板的占用面积和电磁干扰,而效率也因采用同步整流方式,可以高达95%。这些器件主要是针对需要2A~8A之间供应电流的应用所设计,完成一个20W DC-DC转换器所需的电路板面积可以在全部采用表面贴装器件时,缩减到只有两平方英寸。
  无线鼠标以及无线键盘可以利用红外线或者是无线连接的方式来加以实现,需要的资料传输率以及距离并不高,方便性才是主要的要求。无线通信最好的解决办法其实还是采用模拟的方式,也就是一个简单的传输器加上一个简单的接收器,EL6200C/EL6201就是个相当好的传输器,它可以直接接受模拟或者数字资料的输入,并且能够直接驱动天线。在接收部分,MICRF001可以简单地完成相关的工作,如果配合上比较精细的接收器电路,我们就可以有相当廉价的方式制作出办公室与办公室之间无线以太网连接。
  以上的这些例子其实只是运用Elantec半导体有限公司模拟器件来达成数字世界的许多方式之一,透过降低频宽的要求、提高与通用标准的相容性,并且帮助我们与实际的模拟世界沟通,这些器件都扮演着相当重要的角色。同时,当数字信号的速度越来越快时,就必须得依赖模拟信号,其中最主要的原因来自于我们所使用的电路板以及连接线上的寄生电阻与电容,只要这些寄生效应存在,模拟处理技术就必须用来帮助我们解决这些问题。
  模拟绝对不是过去式,正相反,模拟也是未来发展的趋势。
2021-4-20 14:42:28 评论

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