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数字化浪潮推动模拟技术创新

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  随着数字技术的不断进步,各种数字消费电子产品不断向人们生活中渗透,迎来了以移动电话、数码相机、MP3、数字电视为代表的数字消费电子时代。在强大数字浪潮的冲击下,传统的模拟电子产品正逐渐被数字电子产品取代,以家庭多功能显示终端为代表的数字电视的普及为标志,模拟技术将丧失在主要消费电子产品中的主导地位。各种新型数字消费电子产品的不断产生,使人们不得不关注:面对巨大的电子市场,模拟技术路在何方? 

  数字化浪潮是促进模拟技术发展的新动力 

  在消费电子领域,甚至在整个电子领域,面对数字化浪潮的冲击,模拟技术应用领域不断被数字技术侵蚀,是否标志着模拟技术的终结?回答是否定的。 

  一方面,高速发展的数字化浪潮并不能掩盖我们生活在一个模拟世界的现实,人们所感知及保存的信息也都建立在模拟基础之上,这些信息只有通过模拟技术处理之后,才有可能进行更高级别的数字化处理;数字化程度再高,最终也必须转换成模拟的声音、色彩等才能被人类所感知。 

  另一方面,数字电子产品离不开模拟技术的配合,相关统计表明,电子产品每投入1美元在MCU上,相应需要1.5美元的模拟电子元件作为外围支持;而且数字技术的发展对模拟技术提出了新的要求,新型数字消费电子产品的问世,将促进系列模拟技术的发展。

  数字视频电子产品在近几年发展变化最快,不断提高影像质量成为其在竞争中获胜的重要手段。在以数码相机为代表的视频记录产品中,图像解析度和色彩深度是决定数码影像产品质量的两个重要参数。 图像解析度是由视频传感器的分辨率决定的,反映图像层次感的色彩深度则是由视频信号在数字化之前的信噪比和动态范围决定的。增强视频信号放大单元的信噪比和动态范围,提高模数转换器的分辨率是提高彩色深度的重要措施,而模数转换器的转换速度决定了数码相机成像速度。因此寻求高性能低功耗的视频放大器、数模转换器是数码相机生产厂家在激烈的竞争中获胜的重要手段。 

  为了满足市场的需求,世界著名模拟器件供应商不断刷新视频放大器、数模转换器的性能。在2000年以前,数码相机所用的模数转换器为8位,而到了2004年,即使对图像质量要求不高的照相手机,所用模数转换器的分辨率已由原来的8位升级到了12位(4096种色彩),高端数码相机所用模数转换器的分辨率已达到14位(16384种色彩)。从成像速度来看,采用普通数码相机摄取一段运动图像已成为现实。 

  在CRT显示的传统电视机中,它仅需要一套亮度控制单元和一套色彩控制单元就能完成整台电视的亮度和色彩控制。但在等离子、液晶等以点阵方式显示的超薄电视机中,一台显示器的亮度和色彩控制单元在数量相当于数百台传统的CRT电视机的亮度和色彩控制单元的总和。不管是CRT,还是液晶、等离子,其亮度和色彩都是由模拟方式控制的,由于CRT电视机仅仅只有一套亮度控制单元和一套色彩控制单元,因此它对功耗、占用空间和成本方面的限制比较少,而且还不存在一致性方面的问题;而在液晶、等离子电视机中,由于亮度和色彩控制单元众多,不仅涉及功耗、占用空间和成本方面的问题,而且还涉及一致性校正,这又对摸拟技术提出了新课题。

  数字化的产品离不开模拟技术的配合,各种新型数字产品的应用不但对模拟技术提出了新要求,同时也影响着模拟产品的发展方向。而美国半导体工业协会SIA的市场统计也显示,模拟市场在未来2年-3年的发展中,将快速超越数字市场,成为市场及产品的主流。

  数字化浪潮增强了模拟与数字的融合 

  处于同一范畴的模拟与数字技术不仅不是相互对立的,而且是相互补充的。数字化浪潮增强了模拟与数字技术的融合,这主要表现在以下几个方面: 

  第一,模数与数模转换器是数字化浪潮的前沿。世界是一个模拟的世界,我们生活中的信息只有通过模数转换器变换为数字信息之后,才能进行数字处理;而数字化后的信息只有通过数模转换器变换为模拟信息之后,才能被人们所感知。受数字化浪潮的驱使,集模数与数模于一体的模数与数模转换器是目前集成电路发展最快的领域之一。 

  随着数字化浪潮的到来,寻求高性能的模数与数模转换器一直是各种数字化产品设计人员的目标。为了满足市场的需求,近年来模数与数模转换器的性能在不断增加,而价格却在不断下降。在低速高分辨率方面,24位分辨率的模数与数模转换器已成为声卡、CD、MP3的标准配置;在高速高分辨率方面,模数与数模转换器在转换速度提高的同时,其分辨率提高十分迅速。转换速度高、分辨率高的模数与数模转换器的出现不但为提高数码相机、数字电视的性能提供了高性能的模数与数模转换器,而且为实施软无线电提供了基础元件,有助于加速3G的发展进程。 

  第二,数字与模拟之间的融合促进了新型电子器件的诞生。不断地提高性能一直是电子器件追求的目标,模拟与数字的融合首先提高传统电子器件的性能,促进了新型电子器件的诞生。 

  例如,传统电位器噪声大、使用寿命短、可靠性差,而集成了EEROM、电子开关和线性电阻技术数字电位器因根除了传统电位器的机械结构,根除了传统电位器的固有缺陷,提高了其性能。目前各种电子产品中广泛应用的开关电压调节器、D类音频功率放大器都是数字与模拟相结合的新型电子器件。 

  人们对便携式数字消费电子产品的体积、重量和工作时间要求在不断提高,数字与模拟相结合的低功耗、小体积的开关电压调节器、D类音频功率放大器已逐渐成为数字消费电子的标准解决方案。 

  第三,模拟技术是高速数字系统设计的基础。随着数字系统速度的不断加快,在高速数字系统中,数字信号传输过程中所出现的EMC、信号完整性问题,就不可能应用简单的数字技术来解决了,这涉及到模拟技术中的信息传输理论。只有将整个高速数字系统视为一个模拟系统,才有可能设计出稳定可靠的数字产品,这就要求数字产品设计人员在精通数字技术的同时,还必须会熟练应用相关的模拟技术知识。



来源:中国电子报   作者:  2005/3/14 9:00:00
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