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在现代电子系统设计与高速通信、信号处理、雷达探测、医疗成像以及各种工业自动化应用中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色。ADC负责将模拟信号精确且高效地转换为数字信号，以便于进行数字信号处理和数据传输；而DAC则执行相反的功能，它将数字数据流还原为高质量的模拟信号，以供实际设备或系统使用。 随着技术的不断进步，尤其是对于5G通信、航空航天及国防等领域的严苛要求，高速、高精度、高分辨率以及大动态范围的ADC和DAC变得越来越重要。为了深入探究这些关键器件的基础性能指标，德思特将引领您走进ADC和DAC的静态参数测试世界。本篇文章将为您介绍ADC中的一个关键概念——转换点。 TS-ATX7006和软件TS-ATView7006有两种确定跳变点的方法： ● 跳变点搜索方法：算法“搜索”跳变点。考虑测量代码在结果数组中的位置。 ● 代码排序方法：代码在结果数组中出现的次数是LSB步长的度量。 跳变点搜索法 x+1)的跳变点，首先搜索数据数组中代码x的第一次出现以及数据数组中代码x+1的最后一次出现，这就是跳变点的搜索数组。 代码x和小于代码x的出现次数均计入该区域。跳变点位于首次找到代码x加上该计数器值（在该区域中找到代码x及更少代码的次数）的位置。 开始和结束时丢失的代码将通过理想的转换器步骤 (DNLE=0) 进行推断，并以第一个找到的跳变点作为参考。最后，跳变点是从最后找到的跳变点推断出来的。所有其他缺失代码都会导致 DNLE为-1：跳变点位于与其前一个跳变点相同的位置。 噪声或测量分辨率不足可能导致DNLE小于1 LSB。 举例说明 无噪声 捕获的数字数据阵列： 跳变点0→1: 搜索区域：位置0-11。 计数：6 跳变点位于位置5至6。跳变点电压为： Vtrp=Vstart+count*Vstep-1/2Vstep 其中： Vstart=提供的斜坡的起始电压。 startposition=首次找到代码的位置，此处为位置0。 count=找到代码0的次数 Vstep=提供的斜坡的电压步长。 带有噪声 捕获的数字数据阵列： 跳变点0→1: 搜索区域：位置0-11。 计数：5 跳变点位于位置4至5。 跳变点1→2: 搜索区域：位置3-14。 计数：8（6次代码1+2次代码0） 跳变点位于位置10至11。 丢失代码 捕获的数字数据阵列： 排序代码方法 跳变点0→1和0→2: 搜索区域：位置0-11。 计数：5 两个跳变点均位于位置4至5。 排序代码方法 所有代码都在数据数组中排序。排序后，数据数组从所有测量代码0开始，然后是代码1，依此类推。因此，测量数据中代码的位置不相关。使用排序代码方法不会发生小于-1的DNL错误。 示例 排序前捕获的数字数据数组： 排序后捕获的数字数据数组：

物联网应用中，这些关键的模拟信号链产品，介绍你认识一下！ 【导读】在当前几乎所有以数字为中心的系统中，模拟IC仍然是一个关键组件。通常来讲，模拟IC市场的增长/下降速度比整个IC市场的增长/下降速度要慢，但2021年的市场情况恰好相反。 今年6月份，半导体行业发布了两条引人关注的消息： 一是IC Insights在其5月份发布的（2022 McClean Report）Q2的更新中提到，2021年，Taxes Instruments（TI）凭借141亿美元的模拟销售额和19%的市场份额，继续保持其作为全球领先模拟IC供应商的稳固地位；二是今年下半年全球模拟芯片供货紧张的问题将出现转机，原因是TI表示到第三季度公司芯片产能紧缺情况将得到缓解。 为此，行业人士将其解读为：若下半年TI的产能得到提升，则整个模拟芯片行业的供货都将得到缓解，芯片价格也将下跌。 在当前几乎所有以数字为中心的系统中，模拟IC仍然是一个关键组件。通常来讲，模拟IC市场的增长/下降速度比整个IC市场的增长/下降速度要慢，但2021年的市场情况恰好相反。 IC Insights在其（2022 McClean Report）Q1报告中指出，2020年爆发的新冠病毒对全球经济带来了巨大冲击，然而，2021年的模拟IC市场却出现了前所未有的30%激增，与之对应的是整个IC市场的增幅为26%。预计2022年模拟IC将再次实现两位数的市场增长，增幅达到12%，总销售额约为832亿美元，出货量将增长11%，达到2,387亿只（图1）。 图1：模拟市场销售情况及2022年预测 （图源：IC Insights） 因突出的增长力度和广度，去年的模拟IC市场有可能成为一个值得铭记的市场。IC Insights的数据显示，2021年整个模拟市场的销售额创下了741亿美元的历史新高。其中，全球前十大模拟产品供应商占去了销售额的68%。强劲的需求合并供应链中断问题，致使去年模拟IC的平均售价（ASP）上涨了6%。在此之前，模拟产品ASP增长的年头要回溯到17年前的2004年。2022年，IC Insights跟踪的每个主要通用模拟和特定应用模拟市场类别预计都会出现销售增长，比如细分市场的放大器和比较器约增长7%，汽车特定应用模拟IC的增长将高达17%。 模拟技术：物联网中不可或缺的关键技术 在很多人的印象中，如今的物联网（IoT）大部分创新都集中在数字技术上。从尽人皆知的云计算，到近年来炙手可热边缘智能，这其中数字技术的推动作用大家有目共睹。不过，在讨论中也许我们都忽略了这样一个事实，即物联网的边缘实际上仍然是模拟的，系统必须借助光、压力、温度、位置等检测方案才能获取关键数据。换句话说，物联网实际上是对模拟源生成的数据进行一系列智能处理后所采取的行动，即：模拟部件 + 数字连接及处理 = 有效的物联网部署。 由于模拟技术位于网络的最边缘，模拟层的质量最终决定了系统中其他一切的质量。有噪声的模拟前端会导致数字信息失真，对整个系统产生重大影响。只有把模拟部分做好，数字应用才会更好。此外，对于控制流程的物联网应用程序，数字信息也必须在边缘准确地转换回模拟信号。尽管设计工程师普遍认为，为支持物联网而开发的大多数新产品都是在数字领域，但在未来的许多年里，模拟技术仍将在物联网中发挥关键作用。 信号链是模拟技术的基础，其目的是在实时信息分析的基础上收集和处理数据。通常，模拟信号链产品是指拥有对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等处理能力的 集成电路 。按照功能划分，模拟信号链芯片可以分为线性产品、转换器产品、接口产品、时钟和定时产品等。其中，线性产品主要包括放大器和比较器，转换器指的是模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等。 模拟信号链产品的设计考虑 在物联网中，传感信号与无限变化的物理参数有关，比如温度、光线、压力、接近度、速度和触摸，以及流体和液体（包括烟雾、气体等）等。 传感器 输出的都是幅值较小的电压或电流信号，很难直接转换为数字信号，转换之前必须先要进行信号调理。这里的信号调理技术实际上就是将传感器输出的模拟信号在经过放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护等措施后，使其适合模/数转换器（ADC）的输入。采用关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。 图2为典型的IoT系统工作框图。如图所示，信号链从感知模拟世界的传感器开始，接下来是信号放大器、数据转换器、接口以及时钟和定时电路等。一个物联网设备的成功运行在很大程度上取决于这些器件的参数选择。接下来我们就聊一聊物联网设备中放大器和数据转换器这两大关键器件的选择。 图2：IoT系统工作框图，其中红色部分为所涉及的模拟信号链产品（图源：TI） 运算放大器 的选择 前文已经提到，在收集压力、温度、振动和光照等信息，并将其将转移到数字域之前，确保信号的准确性非常重要。为了获得最佳的信噪比（SNR），我们需要设计一个低噪声模拟前端和一个能够以高精度捕获传感器信号的ADC。虽然现在器件的集成度越来越高，但有时为了让设计具有更多的可控性和灵活性，工程师们仍然使用单独的运算放大器而不是集成的模拟前端。目前，市场上主要的运算 放大器IC 供应商有ADI、TI、STMicroelectronics（ST）、 ROHM 、 Microchip 、 Renesas 和NXP等，他们向市场上提供了数以万计的产品供设计师选择。 在寻找最佳运算放大器时，设计师一定要充分考虑放大器是否会降低ADC或DAC的性能，同时还需要考虑信号范围、增益、静态和动态负载以及电源电压。以下是市场上几款性价比较高的运算放大器。 ST TSV772运算放大器 ST的TSV772运算放大器是一种双运放，属于公司高性能5V运放系列，可在2V低电压下工作，具有轨到轨输入和轨到轨输出，增益带宽积（GBW）20MHz，单位增益稳定，压摆率13V/µs，输入电压噪声7nV/rtHz，4kV ESD防护能力（HBM），是一款强大的全能型产品。TSV772的特点是输出电容为47pF，简化了作为A/D转换器输入 缓冲器 的使用。该器件甚至可以在电池深度放电的情况下运行，推荐应用包括烟雾探测器、太阳能发电机、电信基础设施设备和计算机服务器等。 图3：TSV772运算放大器（图源：贸泽电子） ADI ADA4077-2双通道放大器 ADI公司的ADA4077-2双通道放大器是一种高精度运算放大器，设计用于过程控制、化学和环境监测、电机控制等。在1kHz时ADA4077-2的典型带宽为3.9MHz，电压噪声为7nV/rtHz。在25℃时，标称电源电压为±15Vdc时的典型功耗仅为400µA。该器件有两个等级可供偏置和热漂移使用，为设计工程师提供了满足预算和封装要求的灵活性。ADA4077-2被认为是为过程控制 输入模块 等应用设计传感器接口的理想前端放大器。 图4：TSV772运算放大器（图源：贸泽电子） TI OPAx320/OPAx320-Q1 COS运算放大器 TI公司的OPAx320/OPAx320-Q1 COS运算放大器是低功耗、单电源应用的理想选择，具有低噪声（7nV/rtHz）和高速运算特性，非常适用于驱动采样ADC，还可用于信号调理和传感器放大等应用场合。该系列TI运算放大器采用了零交越失真的线性输入级设计，在整个输入范围内具有出色的共模抑制比（CMRR），典型值为114dB。其输入共模范围在正负电源轨上扩展了100mV。输出电压的轨内典型摆幅小于10mV。OPAx320/OPAx320-Q1的电源电压范围较宽，为1.8V至5.5V，在整个供电范围内具有出色的电源抑制比（106dB）。 图5：OPAx320/OPAx320-Q1 COS运算放大器 （图源：贸泽电子） 如果你打算寻找一个小型运算放大器。TI的TLV9061为单5.5V，具有轨对轨输入和输出摆动功能。该器件价格不高，尺寸小巧，专门为低压操作（1.8V至5.5V）设计，性能规格类似于OPAx316和TLVx316设备。其应用包括：电动自行车、烟雾探测器、暖通空调（HVAC）、电机控制、可穿戴设备、传感器信号调节、条形码扫描仪等。 A/D转换器的选择 与一些数字电路相比，设计混合信号和模拟信号会带来更多的复杂性。A/D转换器的目的是对输入进行量化，这意味着转换器会引入少量误差。A/D转换器的总体性能实际上是一系列参数（如热噪声、抖动和量化噪声）的体现。目前市场上有三种最流行的ADC架构，分别是逐次逼近（SAR）ADC、∑-Δ ADC和Pipeline ADC，相应的产品种类多达数千个。要想为特定应用选择合适的ADC似乎是一项艰巨的任务。在IoT设备中，很大一部分方案可以由逐次逼近（SAR）ADC和∑-Δ ADC来完成。 图6：不同的ADC架构所对应的应用、分辨率以及采样率（图源：ADI） ADI AD7983模数转换器 ADI的AD7983模数转换器是一款16bit、逐次逼近（SAR）ADC，采用单电源供电。它内置一个低功耗、高速、16位采样ADC和一个多功能串行接口端口。在CNV上升沿，该器件对IN+与IN-之间的模拟输入电压差进行采样，范围从0V至REF。基准电压（REF）由外部提供，并且可以独立于电源电压（VDD）。功耗和吞吐速率呈线性变化关系。SPI兼容串行接口还能够利用SDI输入，将几个ADC以菊花链形式连接到一条三线式总线上，并提供可选的繁忙指示。非常适合电池供电设备、数据采集等应用。 图7：AD7983模数转换器（图源：贸泽电子） TI ADS1278模数转换器 TI的ADS1278模数转换器是一款适和宽带宽应用的24位、144kSPS 8通道同步采样Δ-ΣADC，它的内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现8通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式。同时，ADS1278具有优良的AC和DC特性，采样率最高可以达128Ks／s，62kHz带宽时信噪比可达111dB，失调漂移为0.8μV／℃。数据输出可选帧同步或SPI串行接口，每个接口均支持菊花链连接，可应用于要求严格的多通道信号采集系统，如振动分析、医疗监控、动态应变测量设备等。 图8：ADS1278模数转换器（图源：贸泽电子） 为了节省开发时间，设计师还可以选择使用TI提供的ADS1278EVM-PDK评估模块，这是一套完整的评估/演示套件，它将ADS1278EVM与用作主板的基于DSP的MMB0板组合在一起。该套件包括主板和ADCPro评估软件，可与运行 Microsoft Windows操作系统的个人电脑配合使用，以实现对ADS1278器件的完整评估。 买电子元器件现货上唯样商城 本文小结 虽然当前的数字物联网边缘设备能够同时处理多个任务，但模拟传感器在大多数情况下依然仅限于信号增强功能。然而，正是因为模拟信号的准确性要求与物联网的应用密切相关，所以也更加体现了模拟技术在物联网中的重要性。也许这也是模拟和数字技术通吃的设计师非常抢手的原因。 传感器、放大器、数据转换器，这些都是收集和传输数据的器件，它们的存在为物联网更广阔的应用前景提供了动力。作为物联网的起点，物联网工程师需要了解，工程上的挑战是在数字化之前控制信号保真度、放大和滤波，因此，无论是差分放大器、运算放大器还是其他放大器，设计师必须要掌握放大器的基本原理。 另一方面，虽然物联网中的一些数字传感器集成度已经做到非常高，集成的ADC既可以降低开发工作量和成本，又可以减少驱动设备所需的功率，但不可否认的是本地模拟通常可以更准确地表示数据源，单独的A/D转换器其作用仍然至关重要。

一个量程10千克的秤若能分辨出1克的重量变化，那么这个秤的主要组件常常是增量累加模数转换器。设计师需要温度测量的精确度达到0.01度时，增量累加ADC也常常成为首选方案。增量累加ADC还能够取代那些前面加有一个增益级的传统型逐次逼近寄存器ADC。由于这些数据转换器非常适用于量度真实世界的微小变化，所以温度传感器、天平、换能器、流量计等精密仪器以及无数其他类型的传感器都非常适合采用增量累加ADC。 增量累加ADC表面上看起来也许很复杂，但实际上它是由一系列简单的部件所构成的精确数据转换器。增量累加ADC由两个主要构件组成：执行模数转换的增量累加调制器和数字低通滤波器/抽取电路。增量累加调制器的基本构件（集成运算放大器、求和节点、比较器/1 位ADC和1位DAC）如图1所示。调制器的充电平衡电路强制比较器的数字输出位流来代表平均模拟输入信号。在把比较器输出回送至调制器的1位DAC的同时，还利用一个低通数字滤波器对其进行处理。这个滤波器主要计算0和1的数量，并去掉大量噪声，从而实现高达24位的数据转换器。 图 1：增量累加 ADC 由执行模数转换的增量累加调制器及其后的数字滤波器和抽取器组成 实现更多位数分辨率的一个主要障碍是噪声。对于那些试图从热电偶、传感器或其他低电平信号源来辨别微伏（μV）级变化的设计师来说，噪声将会是一个主要的问题。噪声层由所有不想要的外部和调制器周围的噪声源产生的噪声总和组成。而且噪声层越厚，检测你试图测试的模拟输入信号的真实变化就越难。 过采样、噪声成形、数字滤波和抽取是增量累加转换器用来降低噪声并产生高分辨率输出数据的4种重要方法。假定以频率fS对一个数据转换器的输入信号采样，根据数据的奈奎斯特定理 (Nyquist theorem)，fS 必须至少是输入频率的2倍（fIN＝fS/2）。过采样是以高于输入信号频率两倍的频率对输入信号采样。一个较大的过采样比（k）将产生一个更加充分的数字位流表示。组成位流的 “1” 或 “0” 越多，输入信号的数字近似就越好。图2显示了以采样率k x fS/2进行的过采样怎样让调制器将相同数量的噪声扩展到更宽的频率范围上。这极大地缩小了在所关注频带中的噪声层。过采样率每增加2倍，理想的信噪比（SNR）就提高3dB。较大的SNR意味着增量累加转换器可以更好地分辨模拟输入中更小的变化。 图 2：过采样缩小了所关注频带中的噪声层 通过用调制器控制环路中的积分器进行噪声成形，增量累加转换器可以准确地测量模拟输入。积分器的噪声成形过程是，将更多噪声强制推移到更高频率上，如图3所示。然后，数字低通滤波器去除噪声的高频部分，这极大地改善了SNR。数字滤波器还可以用来极大地降低在50Hz、60Hz或其它不想要的频率噪声。 图 3：积分器将噪声强制推移到更高的频率上 数字位流中总是会有一些输入信号带来的噪声。但是通过平均和滤波，增量累加ADC极大地缩小了噪声层。过采样率和内部增量累加调制器的“阶数”决定噪声高低。阶数这个术语指的是积分器的数量。例如，一个3阶调制器含有3积分器级。 尽管增加积分器级数和增大过采样率可以进一步降低噪声，但是稳定性是3阶或更高阶增量累加转换器需要关注的大问题。一旦增量累加调制器出现不稳定，那么除非进行功率循环，否则它们常常不会再次变至稳定状态。凌力尔特公司的所有增量累加转换器都采用3阶调制器，而且每次转换都对调制器和滤波器复位。即使调制器进入不稳定状态（这很可能发生在基准电压很低、输入信号又很大的情况下），凌力尔特公司的增量累加ADC也可以无需周期性地开关电源而自己恢复到稳定状态，其它ADC产品也许做不到这一点。 调制器环路稳定且噪声由积分器成形后，接下来要对所产生的数字信号进行滤波和抽取。抽取就是舍弃一些采样，主要是去掉由过采样带来的冗余信号信息。如果过采样率为256，那么ADC求取256个采样的平均值，而抽取器则每256个采样产生1个数字输出。滤波和抽取后产生的数字信号再从ADC输出，一采取串行格式。 增量累加ADC的数字输出与基准源一样好。有噪声的基准是任何数据转换器的主要误差源。增量累加调制器的1位DAC由正基准电压和负基准电压偏置。正（或高）基准电压一般是输入范围的上限，而负（或低）基准电压一般是下限。有些增量累加ADC的正和负基准都连接到外部，另一些则将低的基准连接到共用电压上，如地电压。其它ADC可以选择使用内部带隙基准或外部基准。凌力尔特公司的增量累加转换器允许设计师改变基准和输入共模电压，变化范围从地一直到电源电压。 在选择增量累加转换器时，转换时钟和数据延迟是两个需要考虑的重要因素。时钟控制数据处理的内部时序，并决定转换时间。转换时钟可以从内部提供，或者采用外部晶体或硅振荡器。不过，既然数字滤波器不抑制振荡器频率，那么采用内部振荡器是有优势的。 由于数据延迟，当前输出结果落后于输入一个采样周期。凌力尔特公司所有无延迟增量累加（No Latency Delta SigmaTM）转换器都在一个周期内稳定，简化了多路复用应用。 增量累加ADC虽然本质上很简单，但是配置这种ADC却常常是一个复杂的过程，如要写很多指令、平衡输入级的复杂性和选择外部振荡器。凌力尔特公司的增量累加转换器没有校准序列、配置寄存器、滤波器稳定时间和外部振荡器，降低了设计的复杂性。每个转换周期中都执行透明的偏移和满标度自动校准，以确保高准确度，而高准确度则保证能够分辨出1克或0.01度的差别。

专注于工业、通信和数据中心应用的Exar公司，日前携其最新的PowerXR系列产品，于IIC-China展会再度亮相，向大家展示了最近备受业界关注的可编程电源、云存储/计算等热点产品和解决方案。展会上，笔者接触了Exar亚太区销售副总裁张宇清先生。   据张宇清介绍，Exar产品主要包括两个大类：模拟、数字电源管理产品和接口类产品(如串行收发器、UART等)。Exar的接口产品系列囊括250多款 产品，包括各种通用异步收发器和串行收发器等。这些接口产品广泛适用于工业应用(例如：POS机、工业自动化设备、售票系统)、通信应用(例如：远程接入 服务器、网络服务器管理、中继器)和消费类应用(例如：GPS模块、智能电话、高清电视)等多个新兴领域。   在众多的接口产品中，USB UART系列产品XR21V141x与USB 2.0全速兼容。该系列产品具有极小的封装，并支持总线供电和自供电两种供电方式。PCIe UART系列产品与PCIe 2.0兼容，通过扩展接口，最多可以支持16个通道。其他接口(8位、VIO、I 2 C、SPI)的UART产品，在内部集成了电平转换器，具有高达14Mbps数据率。I 2 C和SPI GPIO扩展器支持5V容错输入，具有启用/禁用输入滤波器功能，并可对任何GPIO输出引脚实现三态输出。   Exar新增的串行收发器，包括RS485/422串行收发器和多协议串行收发器两种产品。RS485/422串行收发器可兼容Profibus总线，并 具有增强型收发器故障保护和热插拔保护功能。值得推荐的是多协议串行收发器SP338/339。该产品采用了集成型终端电阻，可实现±15kV ESD保护。SP338/339支持现场可编程更改，和4路信号收发。1颗产品替代了30多颗传统的模拟芯片，从而能够帮助用户大幅节省成本。   在展会上，Exar还展出了针对云存储和云计算推出的数据压缩和安全解决方案，主要面向于网络服务(如B2B、B2C等)和基站应用(如发射台、射频通信 等)。8200系列处理器数据处理速率高达800MBps。该产品采用硬件加速方式实现压缩和加密，支持OpenSSL和Openswan开源应用，并支 持IPsec、IPComp、SSL/TLS等多种协议。Exar还为客户提供了即插即用型的Express适配卡，包括DX1700和DX1800两个 系列。该产品主要用于直接出售给服务器用户，如一些大型的B2B企业。   在要求高能效的今天，电源管理类产品层出不穷。Exar为此推出了电源转换、系统控制、可编程电源和LED照明等多种不同产品。在电源转换方面，Exar 推出了开关控制器，稳压器，POLA模块替代解决方案，线性LDO和稳压器；在系统控制方面，推出了基准电压器，监控器和电源开关；在可编程电源方面，多 通道降压PWM控制器可实现数字回路控制，每通道可提供多种输出电流，并内置了MOS管驱动；在LED照明方面，则提供了升压器和降压稳压器，大功率 LED驱动器，以及超级电容LED闪光驱动器等。张宇清表示，这些电源管理类产品涵盖多款数字电源芯片，在系统上极具成本优势，从而为电源架构师提供了更 多的选择机会。

数字图像已经发展到高清晰度和高速刷新的阶段，当今CMOS成像器的优越性能正推动了这个进程，成为这一领域图像传感器的唯一选择。高清晰度的图像包含了巨大的信息量，而高刷新速率的高清晰度图像，又要求以极高的速度传输和处理这些巨大的数据量。一帧数字图像包含的总像素数Nframe为： Nframe = Ncolumn x Nrow   其中Ncolumn是图像阵列的列数，即水平方向每行的像素数；Nrow是图像阵列的行数，即一帧图像垂直方向的行数。静止图像的帧刷新速率FR (Frame Rate or Fresh Rate)往往比较低，而摄取活动画面的视频图像则要求更高的帧刷新率，通常从每秒15帧到120帧，在特殊应用中可以达到每秒上千帧的要求。高清晰度和高刷新率，使成像器的数据处理和传输速率达到每秒Giga像素的要求。因为绝大多数图像应用都要求高速刷新和传输图像信息，而CMOS成像器又具备直接输出数字图像信息的特点，所以从一开始CMOS成像器芯片就从引脚上直接输出并行数据，静止图像往往并行输出14 - 16bit图像数据，而视频图像因为要求更高的刷新速率通常输出8 - 12 bit。   如表是高清晰度电视HDTV和4K影院级高清晰度图像的像素速率：          影院级高清晰度图像的清晰度描述，用水平一行像素数的1024(1K)倍数表示，如表中4K图像表示的是每行4096像素的图像。可以看出，即使在HDTV格式，象素数据的输出速率也高达124 M pixel / s；而在4K高清晰度影院格式，这一速率要求甚至高达1.1G pixel / s。当图像数据并行输出时，图像数据速率分别对应于：124 MB / s和1.1GB / s。虽然在CMOS结构中这样速率的数字信号是有成熟的技术来解决的，但对于图像信息的模拟通道和12bit的模数转换，却难以简单地解决。所幸CMOS成像器在即使低清晰度的世代，就习惯于用多路模拟通道和多ADC结构，来降低对模拟电路的速度和采样速率的要求。          图6示意一个4K高清晰度成像器的多模拟通道和模数转换结构框图。在图中，像素阵列的下方，布局了偶数列的模拟通道；而阵列的上方，布局了奇数列的模拟通道。这种奇偶数列被分开上下的排列，即使在最初的成像器芯片上，也常被采用来抑制由于模拟信号引出方向而导致的固定图样噪声FPN。图中每一侧的每N个通道由模拟开关依次切换到N个可变增益模拟放大器Amp. s/n 中，然后由N个模数变换器ADC s/n 转换成N路数字图像数据。阵列上下两侧每隔N列共享一路模拟放大器和模数变换器通道。上下共2N路模拟通道和模数转换器输出，使每一列模拟数据的采样时间延长2N倍。     虽然模拟信号通道的速度要求得到了降低，但是所有的数据都必须与像素时钟信号保持严格同步和良好的信号完整性，这个像素时钟的频率等于图像的像素速率： CLK pixel = Pixel Rate   任何相对于像素时钟的偏移skew和抖动jitter都将会影响图像的正确重建。所以所有的图像数据输出必须由达到Gigabit / s速率的高速差分标准并行传输。   模拟信号通道的分组数根据实际情况而定，分组和并行的结果将使芯片的引脚数大幅度增加，而差分数据结构又使引脚数增加一倍。对于HD视频图像而言，可以采用BGA焊球网格阵列高密度封装，通常需要上千个引脚数才能满足要求。高速数据传输还会增加芯片的功耗，并使芯片的工作温度升高，对于集成有传感器的芯片而言，温度噪声将降低图像信号的信噪比，这对于芯片和片外结构设计都提出了挑战。   当然对于静止图像的传感器，被摄物体的运动和连续曝光速度的要求，也会对数据传输速率提出要求。但是就不会有像对连续图像高达每秒120帧那么高刷新率的要求，通常的要求在每秒10帧以下的数量级。   下一期话题：CMOS成像器的图像信号ADC 浅谈CMOS成像器连载之一：CMOS成像器是可以用户定制的 浅谈CMOS成像器连载之二：APS像素的原理和结构 浅谈CMOS成像器连载之三：APS像素阵列结构 浅谈CMOS成像器连载之四：像素阵列的曝光 浅谈CMOS成像器连载之五：阵列信息的模拟读出 浅谈CMOS成像器连载之六：高清晰度和高速CMOS成像器 浅谈CMOS成像器连载之七：CMOS成像器的图像信号ADC