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模拟工程师如何将数字设计带入现实生活中

发布时间:2007/9/8 0:00:00 访问次数:481

“数字革命”通过改造我们与周围世界的关系已经改变了我们通信、工作和旅行的方式。数字化电子设备通过各种便携式的、容易访问的交互式通信媒体构成的巨大网络已经改造了我们的世界。快速而准确地从我们的周围环境收集图象、语音和音频数据并且在数字领域内管理和控制这些数据的能力已经实现了任何时间、任何地点的通信和提高性能的计算。数字化电子设备还产生了更可靠和更便宜的医用电子设备。它为多样性消费类设备带来了激动人心的、交互式的多媒体内容。总起来说,上述的进步已经将我们生活的世界置于我们完全数字化的控制和管理之中。

但是,数字技术可信赖的优势只有当它和模拟技术的能力一样好时才能体现出来,模拟技术能够忠实地将由 “1”和“0”表示的数字信号还原为人能够听、看、感觉或感知的模拟信号。

如果没有重大而同步的模拟技术创新,那么数字革命的效果可能黯然失色。我们用数字方式扑获信息的领域越多,我们必须完成的数模转换和还原的数据就越多——不论是实时的语音传输、音频信号还是视频图象。当今蜂窝手机不断减小外形尺寸并且不断增加功能设置,高端汽车音响系统的声音质量以及广播数字电视的高清晰度(HD)图象不仅是智能电路设计、先进制造工艺和高性能数字处理技术的产物,也是模拟设计不断进行革命的产物。

实际上,数以千计的终端市场和应用中大量的数字产品已经引起了同样的、而且往往是成比例增大的对高质量模拟技术的需求。例如,高速数字处理器(DSP)能使数字音频接收器能够通过增加多个音频通道来提高其性能。但是,每个新的通道都需要一个独立的功率放大器以便按照人耳容易分辨和舒适的方式驱动输出信号。事实上,据DataBeans市场调查公司估计,为一个电子终端产品设计每增加一美元的数字集成电路(IC),同时就需要价值高达1.4美元的模拟IC。

数字电子设备的迅速增长实际上更加驱动了对模拟IC的需求。在许多情况下,新的数字产品需要高集成度和高性能模拟IC达到新的水平,以便能够转换、调理和稳定信号以及控制和给链路供电,从而决定当今的高级系统功能。实际上,一些终端用户在获悉他们最喜爱的数字产品中的许多功能主要是由于模拟技术创新而不是数字电路时,可能会感到很惊讶。请考察下面的应用趋势和模拟技术正在推动和决定数字技术前景的发展路线:

? 数码照相机:当数码照相机在15年以前进入消费类市场时,它开始着手满足并并且超过35 mm电影胶片的质量。虽然DSP和微控制器(MCU)处理技术的进步已经以数字方式为快速地处理图象提供了所需的带宽,但是那些图象的质量依赖数码照相机模拟前端(AFE)中的高性能数据转换器的能力来降低噪声并且增大动态范围。数据转换技术的进步还使得AFE解决了其它常见的性能问题,例如降低功耗以延长电池的工作寿命,提高转换采样速率以提高照相机快门的速度,还有提高图象传感器的感光灵敏度以降低高分辨率照相机对闪光的要求。这些功能已经使得一个典型的数码照相机中的模拟半导体IC成本从几年前的不到2美元增加到如今的超过5美元。下一代的数码照相机可能需要价值高达15美元的模拟IC。

另外,模拟技术创新不仅仅提高了数码照相机的性能,它还有助于产生多种新的照相机设计。例如,模拟技术和基于微电子机械系统(MEMS)的传感器相结合,为了避免拍照出模糊的照片,通过增加陀螺仪和数据转换技术用于补偿照相机的“颤动”。

? 音频处理:无论是处理家庭影院应用中的杜比5.1通道环绕立体声,还是高端汽车系统中的12通道音频,当今的音频信号链日益数字化。但是,实际上,信号链仅仅是名义上“全数字”而已,因为大量的多通道音频对模拟技术提出了新的性能要求。例如,多通道数字音频结构中存在固有的数字信号处理难题,需要设计工程师采用多个高性能模拟功率放大器来驱动扬声器和能够转换模拟音频信号的音频编解码器,才能够不牺牲,或者说“放弃”DSP的性能。
?
另外在许多应用中,将多通道音频引入到越来越小的系统中,这就需要能够以高效率工作的低功耗和低成本的模拟IC。即使大批量的消费类音频系统也需要一流的音频转换器以便保证数字处理器达到最高性能所需的高性能和精度性。

? 蜂窝手机:随着蜂窝基础设施从2 G和2.5 G到更高性能的2.75 G和3 G业务升级,推动了新一代智能更高、功能更丰富的手机的发展。语音、视频和数据的快速会聚允许设计工程师在下一代手机中增加这样一些令人兴奋的功能,例如MP3音乐和广播电视。蜂窝手机市场已经朝着各种方向发展,因为制造商划分其产品系列以便满足不同用户的需求和习惯。但是,这些“数字”蜂窝手机中的功能也正在推动对新的模拟功能的需求。将高分辨率照相机集成到无线手机中的发展趋势要求提高模拟图象处理的性能、图象稳定性、聚焦和伸缩控制——以及支持这些功能所必需的数据转换器和放大器。新的带有易读的彩色显示屏,用户界面更友好的手机需要先进的液晶显示屏(LCD)背光

“数字革命”通过改造我们与周围世界的关系已经改变了我们通信、工作和旅行的方式。数字化电子设备通过各种便携式的、容易访问的交互式通信媒体构成的巨大网络已经改造了我们的世界。快速而准确地从我们的周围环境收集图象、语音和音频数据并且在数字领域内管理和控制这些数据的能力已经实现了任何时间、任何地点的通信和提高性能的计算。数字化电子设备还产生了更可靠和更便宜的医用电子设备。它为多样性消费类设备带来了激动人心的、交互式的多媒体内容。总起来说,上述的进步已经将我们生活的世界置于我们完全数字化的控制和管理之中。

但是,数字技术可信赖的优势只有当它和模拟技术的能力一样好时才能体现出来,模拟技术能够忠实地将由 “1”和“0”表示的数字信号还原为人能够听、看、感觉或感知的模拟信号。

如果没有重大而同步的模拟技术创新,那么数字革命的效果可能黯然失色。我们用数字方式扑获信息的领域越多,我们必须完成的数模转换和还原的数据就越多——不论是实时的语音传输、音频信号还是视频图象。当今蜂窝手机不断减小外形尺寸并且不断增加功能设置,高端汽车音响系统的声音质量以及广播数字电视的高清晰度(HD)图象不仅是智能电路设计、先进制造工艺和高性能数字处理技术的产物,也是模拟设计不断进行革命的产物。

实际上,数以千计的终端市场和应用中大量的数字产品已经引起了同样的、而且往往是成比例增大的对高质量模拟技术的需求。例如,高速数字处理器(DSP)能使数字音频接收器能够通过增加多个音频通道来提高其性能。但是,每个新的通道都需要一个独立的功率放大器以便按照人耳容易分辨和舒适的方式驱动输出信号。事实上,据DataBeans市场调查公司估计,为一个电子终端产品设计每增加一美元的数字集成电路(IC),同时就需要价值高达1.4美元的模拟IC。

数字电子设备的迅速增长实际上更加驱动了对模拟IC的需求。在许多情况下,新的数字产品需要高集成度和高性能模拟IC达到新的水平,以便能够转换、调理和稳定信号以及控制和给链路供电,从而决定当今的高级系统功能。实际上,一些终端用户在获悉他们最喜爱的数字产品中的许多功能主要是由于模拟技术创新而不是数字电路时,可能会感到很惊讶。请考察下面的应用趋势和模拟技术正在推动和决定数字技术前景的发展路线:

? 数码照相机:当数码照相机在15年以前进入消费类市场时,它开始着手满足并并且超过35 mm电影胶片的质量。虽然DSP和微控制器(MCU)处理技术的进步已经以数字方式为快速地处理图象提供了所需的带宽,但是那些图象的质量依赖数码照相机模拟前端(AFE)中的高性能数据转换器的能力来降低噪声并且增大动态范围。数据转换技术的进步还使得AFE解决了其它常见的性能问题,例如降低功耗以延长电池的工作寿命,提高转换采样速率以提高照相机快门的速度,还有提高图象传感器的感光灵敏度以降低高分辨率照相机对闪光的要求。这些功能已经使得一个典型的数码照相机中的模拟半导体IC成本从几年前的不到2美元增加到如今的超过5美元。下一代的数码照相机可能需要价值高达15美元的模拟IC。

另外,模拟技术创新不仅仅提高了数码照相机的性能,它还有助于产生多种新的照相机设计。例如,模拟技术和基于微电子机械系统(MEMS)的传感器相结合,为了避免拍照出模糊的照片,通过增加陀螺仪和数据转换技术用于补偿照相机的“颤动”。

? 音频处理:无论是处理家庭影院应用中的杜比5.1通道环绕立体声,还是高端汽车系统中的12通道音频,当今的音频信号链日益数字化。但是,实际上,信号链仅仅是名义上“全数字”而已,因为大量的多通道音频对模拟技术提出了新的性能要求。例如,多通道数字音频结构中存在固有的数字信号处理难题,需要设计工程师采用多个高性能模拟功率放大器来驱动扬声器和能够转换模拟音频信号的音频编解码器,才能够不牺牲,或者说“放弃”DSP的性能。
?
另外在许多应用中,将多通道音频引入到越来越小的系统中,这就需要能够以高效率工作的低功耗和低成本的模拟IC。即使大批量的消费类音频系统也需要一流的音频转换器以便保证数字处理器达到最高性能所需的高性能和精度性。

? 蜂窝手机:随着蜂窝基础设施从2 G和2.5 G到更高性能的2.75 G和3 G业务升级,推动了新一代智能更高、功能更丰富的手机的发展。语音、视频和数据的快速会聚允许设计工程师在下一代手机中增加这样一些令人兴奋的功能,例如MP3音乐和广播电视。蜂窝手机市场已经朝着各种方向发展,因为制造商划分其产品系列以便满足不同用户的需求和习惯。但是,这些“数字”蜂窝手机中的功能也正在推动对新的模拟功能的需求。将高分辨率照相机集成到无线手机中的发展趋势要求提高模拟图象处理的性能、图象稳定性、聚焦和伸缩控制——以及支持这些功能所必需的数据转换器和放大器。新的带有易读的彩色显示屏,用户界面更友好的手机需要先进的液晶显示屏(LCD)背光

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