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            為什么不使用音頻編解碼器芯片作為測量ADC / DAC?
            發布時間:2021-03-22 15:40:58  閱讀次數:

            為什么不使用音頻編解碼器芯片作為測量ADC / DAC?(圖1)

            研尚科技的客戶在一個項目中,向我們提出了這一問題,來看看研尚的技術專家是如何解答的。


            客戶問題描述

            我正在一個需要同時進行ADC / DAC的項目中。典型的微控制器中的板載ADC的規格非常薄弱,而具有良好規格的單獨ADC則比音頻編解碼器貴得多。例如,比較以下三個選項:

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


            • 一個基于I2S的音頻編解碼器,它具有六個具有17.5有效位的24位,96ksps ADC(如果我對數據手冊的閱讀是正確的話)。它還具有八個規格相似的DAC。所有輸入/輸出均為全差分,并且可以關閉ADC上的高通濾波器。價格:4.90美元


            • 具有類似規格的最便宜的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,并且只有一個通道!四通道器件的價格為14.65美元。


            因此,使用音頻編解碼器進行測量似乎很有吸引力。


            為什么不這樣做呢?使用音頻編解碼器進行測量是否有任何意外的缺點?


            研尚專家解答

            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,并且它們的絕對精度(比例因子)不是很嚴格地控制,因為這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應用。


            我在下面介紹一般概念。當然,所提到的內容需要大量的工程設計-電路僅用于說明工作原理。選擇校準算法,參考轉換器,開關以及模擬緩沖和信號處理將決定設計的性能。


            數模轉換器

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



            上面的示例顯示了用于獲得3個輸出的4CH DAC。開關位置如下:

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

            • CH2校準,CH1,3-4輸出:SW2關閉,SW11上升,SW12下降,SW13下降。

            • CH3校準,CH1-2,4輸出:SW3關閉,SW11向上,SW12向上,SW13向下。

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


            將測試波形施加到正在校準的通道,并使用“體面的” ADC捕獲。有很多可負擔得起的,DC精確度的ADC,甚至是sigma-delta的ADC??梢詼y量捕獲的波形以得出校準系數-至少在偏移和增益方面。校準本身通過數字信號輸入到DAC中進行。


            為了使開關毛刺饋通最小,輸出選擇器開關可以是光致動MOSFET。包括一對SW1x的一對單極開關中的每一個都可以被定相以重疊操作。當SW1x的兩個極都連接到輸出時,輸出實際上是平均值。只需一點點,您就需要為兩個通道提供相同的輸出數據。請注意,每個通道具有不同的校準,因此將相同的輸出饋送到兩個通道DAC需要饋入不同的二進制輸入。


            如果正確開發了此概念,則可以以非常合理的成本來產生非常準確的高性能輸出。如果您小心的話,只需花幾美元,就可以得到16位以上的準確通道。由于大多數音頻DAC產生小幅度信號,因此需要對信號進行縮放和放大。除非它們具有足夠的直流精度,否則任何信號處理階段都應在校準環路內。該概念還固有地確保了每個通道的診斷。


            模數轉換器

            可以反向應用相同的方法:具有一個額外的ADC通道和一個參考DAC。每個ADC的輸入可以來自三個源:兩個相鄰輸入通道之一或參考DAC。當n個ADC對輸入進行采樣時,一個對來自DAC的參考信號進行采樣并進行校準。校準完成后,ADC返回其輸入占空比,下一個ADC連接至DAC。


            上面的示例顯示了一個用于對3個輸入進行采樣的4CH ADC。開關位置如下:

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

            CH2校準,CH1,3-4輸入:SW2關閉,SW11向上,SW12向下,SW13向下。

            CH3校準,CH1-2,4輸入:SW3關閉,SW11向上,SW12向上,SW13向下。

            (如圖所示)CH4校準,CH1-3輸入:SW4關閉,SW11向上,SW12向上,SW13向上。


            多層次設計

            可以將相同的概念應用于參考轉換器。假設您有一個6通道音頻編解碼器,具有6個輸入和6個輸出。您可以將其應用于4通道模擬I / O設計,剩下5個DAC用于輸出,一個DAC用于輔助基準,5個ADC用于輸入,一個ADC用于輔助基準。最后,您只需要一個主要的基準ADC或DAC。一個可用于校準輔助參考,一個可用于校準另一個輔助參考,最后,輔助參考可用于校準用于I / O數據轉換的ADC和DAC。這可以被稱為是微型的標準實驗室了



            研尚科技可提供的部分產品列表

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