通用 ADC、音频 ADC 和视频 ADC 有什么区别?

电器工程 声音的 ADC
2022-01-17 19:25:49

ADC 只是将模拟信号转换为数字信号。那么为什么我们有专门的 ADC 用于音频和视频应用呢?如果要在其中使用通用运算放大器怎么办?

4个回答

首先,我认为你用“仅仅”这个词很轻。ADC 是使用中最复杂、最具挑战性的混合信号系统之一。为了满足不同的性能目标,实际的 ADC 使用许多不同的架构(目前最重要的是 sigma-delta、SAR 和流水线)。

ADC 设计的特点是在速度、精度、噪声和功耗之间进行非常痛苦的权衡。例如,将受热噪声限制的 ADC 的 SNDR 增加一位,功率会增加大约 4 倍(因为噪声与 sqrt(C) 成正比)。

首先(请注意,这非常粗略),您可以认为 ADC 的速度精度乘积是恒定的。因此,要使 ADC 非常精确,它必须很慢,相反,最快的 ADC(现在为 40 GS/s 及以上)具有非常低的分辨率(4 - 6 位左右)。这是由于多种因素的组合,例如降低速度的过采样(进行多个采样和平均),以及采样保持电路以所需精度采集信号的能力(例如,10 位采样和保持电路) -hold 需要对输入信号进行采样,精度约为 0.1%。16 位采样保持需要对输入进行采样,精度约为 0.001% (!)。精度,即信号稳定,需要时间。

因此,音频 ADC 通常为 16-24 位,并且具有 44kHz 至 96kHz 或更高的有效采样率。(请记住,由于 sigma-delta 调制,ADC 的采样速度比这快得多)。

视频 ADC 通常为 8-12 位(有时为 14b),采样频率在 10-40 MHz 之间。

Gb 以太网芯片中的 ADC 更像是 6 - 8 位 @ 125 MHz。

10Gb 以太网芯片中的 ADC 更像是 6 - 8 位 @ 1.25 GHz。

用于 DDR4 收发器或雷达接收器的 ADC 在 10 GHz 时可能更像是 4 位。

等等。有这么多 ADC 的原因是参数空间中有很多地方。你在乎噪音吗?它会花费你。你在乎权力吗?它会花费你。

通用 ADC 是不同因素的平衡,可用于各种应用,但不能以极高的速度或精度执行。

通用 ADC 有望很好地捕获从 DC 到其带宽限制的任何类型的频率内容;记录任何特定频率内容的准确性不应受到其他频率内容的影响。

预计音频 ADC 在捕获不扩展到 DC 的范围内的音频信号时工作得相当好,并且通常不会像许多通用 ADC 设备那样高。虽然通用 ADC 在一个频率上捕获内容的准确度应该不受其他频率的影响,但这对于音频来说并不是那么重要。最大允许信号与最安静可检测信号上的噪声量之间的比率应该很高,但通常可以接受的是,最响亮的信号与该信号上可能存在的噪声量之间的比率要低得多。

视频 ADC 需要比许多通用或音频设备运行得更快,但通常不需要特别好的线性规范。此外,虽然出现在通用 ADC 输入上的信号与其传播到输出之间的延迟通常不超过两个采样时间,但在视频 ADC 上该时间可能更长。在控制环路中使用 ADC 时,将通过 ADC 的延迟降至最低很重要,但当延迟可接受时,它可以简化 ADC 的硬件。需要产生“即时”结果的 6 位 ADC 需要 63 个比较器,而 8 位 ADC 需要 255 个。这种设计称为“闪存”ADC,闪存 ADC 的成本随着分辨率呈指数增长。如果不需要 ADC 来快速,

现代视频 ADC 将作为这两种方法的交叉。任何特定样本都必须通过 ADC 的不同部分分多个步骤进行处理,但 ADC 的不同部分可以同时工作。一旦流水线 ADC 的第一级将样本交给第二级,它就可以立即开始处理下一个样本;它不必等待剩余的阶段完成他们对第一个样本的工作。视频 ADC 处理一个样本可能需要 125ns,但每秒可以处理 6400 万个样本。第一个样本的数据要等到另外八个样本到达后才能获得,这一事实对于拥有多个简单阶段而不是一个真正庞大的阶段来说是一个很小的代价。

  • 通用 ADC - 这些是磨机 ADC 的通用运行,可用于称重传感器、温度传感器等。它们有单端和差分,各种

  • 音频 ADC - 有两件事可以让音频 ADC 变得特别。首先,它们通常具有交流耦合输入,这意味着它们的范围不是 0-5V,而是 -2.5-2.5V。大多数这些天将是 24 位的。通常情况下,它们会有一个 I2S 接口,以及每个 ADC 的板载 DAC。

  • 视频 ADC - 考虑老式 640x480 VGA 信号。它有一个 25MHz 的像素时钟。视频 ADC 必须非常快。

概括地说,它主要与带宽和量化保真度有关。

音频需要相对较低的转换速率(例如 44.1kHz),但通常需要 16 位分辨率或更高的转换。

视频的转换率要高得多(几兆赫兹),但通常分辨率要低得多——比如每个颜色通道 (RGB) 8、10 或 12 位。

还有其他应用也适合使用“音频”或“视频”ADC。

对于这些类型的应用(和其他应用)而言,ADC同时采样多个通道(例如左 + 右音频,或 RG & B 视频)非常重要,这实际上是系统中所需的 ADC 数量的两倍/三倍。芯片(当然更贵),而“通用”ADC 通常不能同时采样多个通道,它们只是一个单个 ADC,前面有一个多路复用开关来选择所需的通道 - 所以如果你想要对所有 4 个通道进行采样,您先采样 #1,然后是 #2,然后是 #3,然后是 #4。如果采样时间之间的时间差异对您来说并不重要,那么这种多输入 ADC 就可以了。

至于 ADC 前端模拟电路中涉及的运算放大器,这些运算放大器同样是为一系列适合被操纵信号的带宽和幅度的参数指定的 - 增益带宽积、输入偏移电压、电压范围、线性度等。术语“通用”运算放大器可能有点中等领先,但它基本上意味着它在任何特定规格中都不擅长;这对于特定应用程序是否足够好取决于设计人员来计算。

编辑: 此外,许多 ADC 具有差分输入,通常需要差分运算放大器。