När ettor och nollor kommit att representera mer och mer av vår värld har AD-omvandlarna blivit en allt viktigare komponent.

Samtidigt som vissa kretsar koncentrerar sig på snabbhet eller noggrannhet, anpassar sig andra till en speciell tillämpning eller mot en specifik styrkrets.

Analog/digital-omvandlaren har fått en rejäl skjuts framåt av den pågående digitaliseringen av världen omkring oss. Någon har uttryckt det som så att om datoriseringen ses som ett klot, så är AD- och DA-omvandlarna klotets skal. I takt med att klotet blir större växer också skalet.

Inom trådlös kommunikation, video, TV och bildbehandling vill man ha bättre kvalitet på ljud och bild, och därför måste dataomvandlarna bli snabbare och noggrannare.

För skarp-TV, HDTV, bör man ha en 10 bitars AD-omvandlare som klarar uppemot 70- 80 miljoner sampel per sekund, MSa/s, men sådana omvandlare har inte riktigt nått marknaden ännu.

Däremot finns det flera tillverkare av omvandlare för annan video och multimedia av hög kvalitet. Prestandakraven beror på hur många bildpunkter man använder och vilken bildfrekvens man vill ha. Normalt är det 12 bitars upplösning och 2-20 MSa/s.

Bildscannrar är en annan växande marknad. Riktigt proffsiga scannrar använder tolv bitar och lite billigare tio. I vanliga faxmaskiner kan det också sitta 8- bitarsomvandlare, därav den dåliga kvaliteten. Åtta- och tiobitarsomvandlare är också vanliga i hemvideokameror.



Kombinerade arkitekturer


I sin strävan mot mer avancerade omvandlare har analogkonstruktörerna utvecklat nya arkitekturer som ofta består av fiffiga kombinationer av gamla tekniker.

Analog Devices använder flerstegsteknik i sin 12-bitars AD9042 som klarar 40 MSa/s. Omvandlingen delas upp i två steg. I det första digitaliseras de sex mest signifikanta bitarna. Resultatet omvandlas tillbaka till analog form och subtraheras från insignalen, varefter man AD-omvandlar den rest som blir kvar. I detta andra steg används sju bitar, vilket ger en extra bit vid utgången där utsignalerna kombineras. Denna extra bit används för att korrigera eventuella linjäritetsfel.

Några av de snabbaste AD-omvandlarna kommer från Signal Processing Technology, SPT. De har en 8-bitarskrets som kan ge 1 GSa/s. För att klara detta används 256 stycken komparatorer som direkt ger rätt digitalt värde ut. Kretsen byggs i bipolär flashteknik.

För att kunna konstruera bredare omvandlare än åtta bitar utan att kiselytan rusar i höjden kombinerar SPT flashtekniken med vanliga successivt approximerande register. Registren används för de första bitarna så att man får kvar sex eller kanske åtta bitar som körs i flashkomparatorer.

I andra änden av spektret finns de extremt noggranna omvandlarna. Burr-Brown kommer efter påsk att lansera ADS1210 och 1211. De är 24-bitarsomvandlare som utnyttjar delta-sigma-tekniken, se rutan nedan. Kretsarna har variabel översampling, vilket ger bättre upplösning även vid snabbare sampling. Vid 10 Hz utlovas 23 effektiva bitar och vid 1 000 Hz 20 effektiva bitar. Kretsen tillverkas i CMOS med linjebredden 1,2 μm.



Specifika gränssnitt


Burr-Browns 24-bitarskrets har något som blir allt vanligare i AD-omvandlare, nämligen ett gränssnitt som går att köra direkt mot exempelvis en styrkrets. I Burr-Browns fall rör det sig om SPI- alternativt SSI-bussen, båda seriella gränssnitt, men många kretsar har också parallella gränssnitt som till exempel PCI och ISA.

Fördelen med en seriebuss är att den kräver få pinnar. Parallellbussarna använder flera pinnar, men ger i gengäld högre överföringskapaciteter.

Det finns också AD-omvandlare med gränssnitt speciellt anpassade för specifika processorer såsom 8051 och TMS320.



Bipolärt håller gott


Bipolära processer är alltjämt vanligast, idag är tre av fyra analoga kretsar byggda i bipolär teknik, enligt analysföretaget Integrated Circuit Engineering Corp, ICE. Den siffran spås minska till sex av tio vid sekelskiftet på bekostnad av CMOS, BiCMOS och galliumarsenidprocesser.

En fördel med CMOS är att det vid måttliga hastigheter drar så lite ström. En annan är att det är lätt att bygga in digitala funktioner i kretsarna. Ofta innehåller en AD- eller DA-omvandlare rätt mycket styrlogik, det är nästan som en liten mikroprocessor.

Ser man det från den digitala sidan har många vanliga styrkretsar en inbyggd AD- omvandlare. Tidigare var det oftast 8 bitar i omvandlaren, men nu börjar även 10-bitarsomvandlare bli vanliga.

Dessutom är det lätt för analogföretagen att hitta ledig tillverkningskapacitet i halvledarfabriker. Bipolära processer är mindre vanliga och mera avancerade så tillverkarna har en tendens att hålla sina processer hemliga.

Mikael Zackrisson

Burr-Brown representeras av Bexab Sweden. Signal Processing Technology representeras av ScandComp.