Аналого-цифровое преобразование (2007) PDF, DjVu

Глава I. ИСТОРИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (Уолт Кестер)
Предисловие к главе
1.1. Ранняя история
Ранние годы: от телеграфа до телефона
Изобретение импульсно-кодовой модуляции (РСМ)
Математическое обоснование ИКМ
Патент Алекса Харли Ривза на ИКМ
ИКМ и Bell System: Вторая мировая война, и до 1948 года
ОУ и регенеративные импульсные ретрансляторы: от электронно-вакуумных до полупроводниковых устройств
Список литературы к 1.1. Ранняя история
1.2. Преобразователи 1950-х и 1960-х годов (Уолт Кестер)
Коммерческие преобразователи: 1950-е годы
История развития преобразователей: 1960-е годы
Архитектуры преобразователей
Список литературы к 1.2. Преобразователи 1950-х и 1960-х годов
1.3. Развитие преобразователей в 1970-е годы
Монолитные преобразователи 1970-х годов
Модульные преобразователи 1970-х годов
Список литературы к 1.3. Развитие преобразователей в 1970-е годы
1.4. Преобразователи данных в 1980-е годы (Уолт Кестер)
Введение
Монолитные ЦАП в 1980-е годы
Монолитные АЦП 1980-х годов
Монолитные параллельные АЦП в 1980-е годы
Гибридные и модульные ЦАП и АЦП в 1980-е годы
1.5. Преобразователи в 1990-е годы (Уолт Кестер)
Введение
Монолитные ЦАП в 1990-х годах
Монолитные АЦП в 1990-е годы
Гибридные и модульные ЦАП и АЦП в 1990-е годы
1.6. Преобразователи в 2000-х годах (Уолт Кестер)
Глава 2. ОСНОВЫ СЧИТЫВАНИЯ ДАННЫХ В АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ
2.1. Кодирование и квантование (Уолт Кестер, Дэн Шайнголд, Джеймс Брайант)
Однополярные коды
Код Грея
Биполярные коды
Комплементарные коды
Статические передаточные характеристики ЦАП и АЦП и погрешности постоянного тока
Список литературы к 2.1. Кодирование и квантование
2.2. Теория отсчетов (Уолт Кестер)
Необходимость в наличии функции выборки-хранения
Критерий Найквиста
Фильтры для устранения эффекта наложения спектров (антиалайзинговые фильтры)
Субдискретизация (Undersampling) (гармоническая дискретизация (Harmonic Sampling), дискретизация модулированных сигналов (Bandpass Sampling), дискретизация на промежуточной частоте (ПЧ) (IF Sampling), прямое
преобразование ПЧ в цифровую форму (Direct IF-to-Digital))
Фильтры для устранения эффектов смещения и наложения спектров в приложениях с субдискретизацией
Список литературы к 2.2. Теория отсчетов
2.3. Погрешности переменного тока преобразователей (Уолт Кестер, Джеймс Брайант)
Теория шума квантования идеального TV-разрядного преобразователя
Шум в реальных АЦП
Динамические характеристики преобразователей
Динамические характеристики ЦАП
Список литературы к 2.3. Погрешности переменного тока
преобразователей
2.4. Общие технические характеристики преобразователей (Джеймс Брайант)
Общие положения
Логический интерфейс
Логическая часть преобразователей: тактирование и другие показатели
2.5. Определение технических характеристик (Дэн Шайнголд, Уолт Кестер)
Общая библиография по преобразованию данных и сопутствующим вопросам
Глава 3. АРХИТЕКТУРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАННЫХ
3.1. Архитектуры ЦАП {Джеймс Брайант, Уолт Кестер)
Введение
Обсуждение выходов ЦАП
Базовые структуры ЦАП
Другие архитектуры с малыми искажениями
Обсуждение логики ЦАП
Список литературы к 3.1. Архитектуры ЦАП
3.2. Архитектуры АЦП (Уолт Кестер, Джеймс Брайант)
Введение
Компаратор: 1-разрядный АЦП
Архитектуры высокоскоростных АЦП
Архитектуры счетных и интегрирующих АЦП
Список литературы к 3.2. Архитектуры АЦП
3.3. Сигма-дельта преобразователи (Уолт Кестер, Джеймс Брайант)
Историческая перспектива
Основы сигма-дельта АЦП
Обсуждение систем более высокого порядка
Измерительные сигма-дельта АЦП высокого разрешения
Полосовые сигма-дельта преобразователи
Сигма-дельта ЦАП
Выводы
Список литературы к 3.3. Сигма-дельта преобразователи
Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
4.1. Ранние процессы (Уолт Кестер)
Электронно-вакуумные преобразователи
Полупроводниковые модульные и гибридные преобразователи
Процесс калибровки
Список литературы к 4.1. Ранние процессы
4.2. Современные процессы (Уолт Кестер, Джеймс Брайант)
Биполярные процессы
Технология тонкопленочных резисторов
Комплементарные биполярные технологии
Технологии КМОП (CMOS)
Технологии и архитектура преобразователей
Список литературы к 4.2. Современные процессы
4.3. Разумное разделение (Дэйв Робертсон, Мартин Кесслер)
Когда полная интеграция не является оптимальным решением
Для чего необходимо разумное разделение?
Что меняется?
Глава 5. ТЕСТИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАННЫХ
5.1. Тестирование ЦАП (Уолт Кестер, Дэн Шейнголд)
Тестирование статических характеристик ЦАП
Тестирование динамических показателей ЦАП
Список литературы к 5.1. Тестирование ЦАП
5.2. Тестирование АЦП (Уолт Кестер)
Краткий исторический обзор спецификаций и методов тестирования
преобразователей данных
Тестирование статических характеристик АЦП
Тестирование динамических характеристик
Список литературы к 5.2 . Тестирование АЦП
Дополнительная литература по БПФ и ЦОС
Программные пакеты для вычисления БПФ и анализа технических данных
Общая литература по преобразованию данных и смежным вопросам
Глава 6. ИНТЕРФЕЙСЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАННЫХ
6.1. Сопряжение аналоговых входов АЦП (Уолт Кестер)
Введение
Анализ работы усилителя на постоянном и переменном токе
Сопряжение измерительных АЦП высокого разрешения
Сопряжение АЦП последовательного приближения с одним входом
и однополярным питанием 1,6—3,6 В
Сопряжение АЦП с однополярным питанием с масштабируемыми входами
Сопряжение CMOS АЦП с коммутируемыми конденсаторами и дифференциальным входом
Схемы подключения по одному входу CMOS АЦП с дифференциальным входом
Драйверы АЦП с дифференциальным входом
Сопряжение АЦП с дифференциальными усилителями
Список литературы к 6.1. Сопряжение аналоговых входов АЦП
6.2. Цифровые интерфейсы АЦП И ЦАП (и связанные темы) (Уолт Кестер)
Введение
Инициализация преобразователей данных при включении
Инициализация внутренних регистров управления преобразователя данных
Экономичный режим, спящий режим и режим готовности
Ждущий режим, толчковый режим и режим дискретизации на минимальной частоте
Цифровые выходные интерфейсы АЦП
Цифровые входные интерфейсы ЦАП
Список литературы к 6.2. Цифровые интерфейсы АЦП и ЦАП (и связанные системы)
6.3. Буферизация аналоговых выходов ЦАП (Уолт Кестер)
Предисловие
Техника преобразования дифференциального сигнала к одному выходу
Преобразование ток-напряжение с одним выходом
Преобразование дифференциального тока в дифференциальное напряжение
Активные фильтры НЧ для аудио ЦАП
Список литературы к 6.3. Буферизация аналоговых выходов ЦАП
6.4. Опорные напряжения преобразователей данных (Уолт Кестер)
Введение
6.5. Формирование синхроимпульсов дискретизации (Уолт Кестер)
Введение
Фазовый шум и дрожание генератора
«Гибридные» генераторы частоты
Подключение дифференциальных входов синхронизации
Выводы по тактированию выборок
Список литературы к 6.5. Формирование синхроимпульсов дискретизации
Глава 7. СХЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАННЫХ
7.1. Источники опорного напряжения (Уолт Джанг, Уолт Кестер, Джеймс Брайант)
Прецизионные источники опорного напряжения
Типы источников опорного напряжения
ИОН с напряжением запрещенной зоны
ИОН на заглубленных стабилитронах
ИОН XFET®
Характеристики ИОН
Список литературы к 7.1. Источники опорного напряжения
7.2. Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения (Уолт Джанг)
Введение
Основы линейных стабилизаторов напряжения
Проходные элементы, их преимущества и недостатки
Архитектуры стабилизаторов с малым падением напряжения
Семейство стабилизаторов с малым падением напряжения апуСАР®
Контроллеры LDO-стабилизаторов
Список литературы к 7.2. Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения
7.3. Аналоговые ключи и мультиплексоры (Уолт Кестер)
Введение
Основы КМОП-ключей
Источники ошибок в КМОП-ключах
Применение аналоговых ключей
КМОП-ключи с полосой 1 ГГц
Видеоключи и мультиплексоры
Видео кросс-коммутаторы
Цифровые коммутаторы
Семейства ключей и мультиплексоров производства Analog Devices
Паразитное защелкивание в КМОП-ключах и мультиплексорах
7.4. Схемы выборки и хранения (Уолт Кестер)
Введение и исторический обзор
Основные принципы работы УВХ
Характеристики режима слежения
Характеристики режима перехода от выборки к хранению
Характеристики режима хранения
Характеристики в режиме перехода от хранения к выборке
Архитектуры УВХ
Внутренние УВХ ИС АЦП
Применение УВХ
Список литературы к 7.4. Схемы выборки и хранения
Глава 8. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАННЫХ
8.1. Прецизионные измерения и преобразование сигналов датчиков
Введение
Применение прецизионных измерительных АЦП
Анализ проекта весов на базе AD7730
Термопара с AD7793
Прямые цифровые измерения температуры
Датчики температуры микропроцессорных подложек
Применение АЦП в ваттметрах
Список литературы к 8.1. Прецизионные измерения и преобразование сигналов датчиков
8.2. Многоканальные системы сбора данных (Уолт Кестер)
Конфигурации систем сбора данных
Мультиплексирование
Фильтрация в системах сбора данных
Системы сбора данных на кристалле
Мультиплексирование входов АЦП
Системы с одновременной выборкой
Системы распределения данных
Распределение данных при помощи схем с выборкой и бесконечным хранением
Список литературы к 8.2. Многоканальные системы сбора данных
8.3. Цифровые потенциометры (Уолт Кестер, Уолт Хайнцер)
Введение
Современные цифровые потенциометры в миниатюрных корпусах
Цифровые потенциометры с энергонезависимой памятью
Однократно программируемые (OTP) цифровые потенциометры
Характеристики цифровых потенциометров по переменному току
Примеры применения
Резюме
Список литературы к 8.3. Цифровые потенциометры
8.4. Цифровой звук (Уолт Кестер)
Введение
Требования к частоте дискретизации и THD + N для цифрового звука
Общие тенденции в аудио АЦП и ЦАП
Речевые кодеки
Высококачественные аудио АЦП и ЦАП в раздельных корпусах
Высококачественные многоканальные аудиокодеки и аудио ЦАП
Преобразователи частоты дискретизации
Список литературы к 8.4. Цифровой звук
8.5. Цифровое видео и цифровая электроника дисплеев (Уолт Кестер)
Цифровое видео
Электронные компоненты дисплеев
Электроника плоских дисплеев
Электроника ПЗС
Устройства оцифровки сенсорных экранов
Список литературы к 8.5. Цифровое видео и цифровая электроника дисплея
8.6. Программное радио и дискретизация на промежуточной частоте (Уолт Кестер)
Введение
Развитие беспроводного радио
АЦП с дискретизацией на ПЧ в режиме разделения во времени с цифровыми пост-процессорами (Марк Луни)
Список литературы к 8.6. Программное радио и дискретизация
на промежуточной частоте
8.7. Прямой цифровой синтез (Уолт Кестер)
Введение в технологию DDS
Наложение в DDS-системах
Частотное планирование в DDS-системах
Современные интегрированные DDS-системы
Список литературы к 8.7. Прямой цифровой синтез
8.8. Прецизионные аналоговые микроконтроллеры (Грэйсон Кинг)
Введение
Характеристики семейства микроконвертеров
Некоторые примеры применения микроконвертеров
Микроконвертеры ADuC7xxx на базе ядра процессора ARM7T
Список литературы к 8.8. Прецизионные аналоговые микроконтроллеры
Глава 9. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ
9.1. Пассивные компоненты (Джеймс Брайант, Уолт Джанг, Уолт Кестер)
Введение
Конденсаторы
Резисторы и потенциометры
Индуктивность
Список литературы к 9.1. Пассивные компоненты
9.2. Вопросы конструирования печатных плат
(Джеймс Брайант, Уолт Кестер, Уолт Джанг)
Сопротивление проводников
Падение напряжения на сигнальных проводниках — обратная связь Кельвина
Обратные сигнальные токи
Заземление в системах со смешанными аналого-цифровыми сигналами
(Уолт Кестер, Джеймс Брайант, Майк Бирн)
Некоторые общие правила разводки ПП для систем со смешанными сигналами
Скин-эффект
Линии передачи (длинные линии)
Будьте внимательны к разрывам в заземляющих поверхностях
Методы изоляции заземления
Статические эффекты ПП
Динамические эффекты ПП
Список литературы к 9.2. Вопросы контруирования печатных плат
9.3. Системы «аналогового» питания (Уолт Джанг, Уолт Кестер)
ИС линейных стабилизаторов
Некоторые основы линейных стабилизаторов напряжения
Проходные элементы
±15 В стабилизатор на базе ИС с регулируемым напряжением
Архитектуры стабилизаторов с низким падением напряжения
Преобразователи напряжения с подкачкой заряда
Преобразователи напряжения на принципе подкачки зарядов со стабилизированным выходом
Линейные постстабилизаторы для импульсных источников питания
Заземление линейных и импульсных стабилизаторов
Снижение шумов и фильтрация напряжения источника питания
Список литературы к 9.3. Системы «аналогового» питания
9.4. Защита от перенапряжения (Уолт Джанг, Уолт Кестер, Джеймс Брайант, Джо Бакстон, Вес Фримэн)
Защита от внутрисхемного перенапряжения
Защита от внесхемного перенапряжения
Список литературы к 9.4. Защита от перенапряжения
9.5. Управление тепловым режимом (Уолт Джанг)
Основные тепловые характеристики
Отвод тепла
Список литературы к 9.5. Управление тепловым режимом
9.6. Вопросы электромагнитных/радиочастотных помех (Джеймс Брайант, Уолт Джанг, Уолт Кестер)
Механизмы электромагнитных/радиочастотных помех
Список литературы к 9.6. Вопросы электромагнитных/радиочастотных помех
9.7. Интерфейс с низковольтной логикой (Уолт Кестер, Этан Бордо, Йоханнес Хорват, Кэтрин Редмонд, Ева Мерфи)
Устойчивость к повышенному напряжению и совместимость по напряжению
Соединение 5-вольтовых и 3,3-вольтовых систем с помощью «шинных переключателей» на К-МОП полевых транзисторах
Интерфейс между логиками с питанием 3,3 и 2,5 В
Интерфейсы 3,3 В/2,5 В; 3,3 В/1,8 В; 2,5 В/1,8 В
Применение шинных переключателей для горячей замены и горячего подключения
Устойчивость и совместимость по напряжению, обеспечиваемая внутренними средствами схемы
Список литературы к 9.7. Интерфейс с низковольтной логикой
9.8. Макетирование и создание прототипов (Уолт Кестер, Джеймс Брайант, Уолт Джанг)
Создание прототипов — «мертвых жуков»
Макетирование на Solder-Mount
Создание прототипов на фрезерованных ПП
Остерегайтесь панелек!
Некоторые дополнительные вопросы, касающиеся создания прототипов
Оценочные платы
Оценочные платы общего назначения для операционных усилителей в середине 1990-х годов
Резюме
Список литературы к 9.8. Макетирование и создание прототипов