原標(biāo)題：ADI公司宣布推出可增強(qiáng)功能、性能和易用性的無混疊ADC

一、無混疊ADC的核心突破：從“抗混疊濾波”到“原生信號(hào)保真”

傳統(tǒng)ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）需依賴外部抗混疊濾波器（AAF）抑制高頻噪聲，避免信號(hào)頻譜混疊（Aliasing）導(dǎo)致失真。ADI公司推出的新一代無混疊ADC通過架構(gòu)創(chuàng)新與算法融合，徹底顛覆這一設(shè)計(jì)范式，實(shí)現(xiàn)三大核心優(yōu)勢(shì)：

1. 架構(gòu)創(chuàng)新：Δ-Σ調(diào)制器+數(shù)字濾波器重構(gòu)

• 高階Δ-Σ調(diào)制器（5th-Order及以上）

• 過采樣率（OSR）提升：典型OSR≥256，將量化噪聲功率推至高頻段（遠(yuǎn)超信號(hào)帶寬），通過噪聲整形（Noise Shaping）使帶內(nèi)噪聲降低40dB以上；

• 示例：24位Δ-Σ ADC（如AD7768）在1kHz帶寬下，動(dòng)態(tài)范圍（DR）達(dá)120dB，較傳統(tǒng)SAR ADC（如ADS1256）提升20dB，等效于人耳可感知的10萬倍信號(hào)細(xì)節(jié)差異。

• 數(shù)字抽取濾波器（Decimation Filter）

• 可編程低通濾波：用戶通過寄存器配置截止頻率（如10Hz-24kHz），替代傳統(tǒng)模擬AAF的固定截止頻率，避免相位失真；

• 級(jí)聯(lián)積分梳狀（CIC）濾波器：通過硬件加速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)濾波，延遲<100μs，滿足工業(yè)控制（如電機(jī)調(diào)速）的快速響應(yīng)需求。

2. 性能躍升：信噪比、帶寬與功耗的三角平衡

關(guān)鍵技術(shù)突破：

• 動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整：通過SPI接口實(shí)時(shí)切換濾波器帶寬（如從1kHz切換至10kHz），適應(yīng)多速率信號(hào)采集場(chǎng)景（如音頻處理+振動(dòng)監(jiān)測(cè)）；

• 超低功耗設(shè)計(jì)：采用亞閾值邏輯電路（Subthreshold Logic），在0.8V供電下仍可維持18位ENOB，滿足物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備5年電池壽命需求。

3. 易用性革命：簡化設(shè)計(jì)、降低成本與加速開發(fā)

• 無需外部濾波器：

• BOM成本降低：以醫(yī)療ECG設(shè)備為例，取消2階RC濾波器可節(jié)省0.3/通道??，在128導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)中總成本降低??38.4；

• PCB面積縮減：濾波器元件（電阻、電容）占用面積減少60%，適配可穿戴設(shè)備（如智能手環(huán)）的微型化需求。

• 即插即用配置工具：

• ADI SigmaStudio圖形化界面：拖拽式設(shè)置采樣率、濾波器類型（如FIR/IIR）、增益等參數(shù)，開發(fā)周期從2周縮短至2小時(shí)；

• 自動(dòng)校準(zhǔn)算法：內(nèi)置ADC失調(diào)、增益誤差補(bǔ)償，無需外部精密基準(zhǔn)源，生產(chǎn)測(cè)試時(shí)間減少80%。

• 跨平臺(tái)兼容性：

• SPI/I2C/UART多接口支持：兼容STM32、ESP32等主流MCU，無需額外接口轉(zhuǎn)換芯片；

• Linux/Windows驅(qū)動(dòng)庫：提供HAL庫與示例代碼，支持Raspberry Pi、NVIDIA Jetson等邊緣計(jì)算平臺(tái)快速集成。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景與行業(yè)價(jià)值

1. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）：預(yù)測(cè)性維護(hù)與高精度控制

• 振動(dòng)監(jiān)測(cè)：

• 痛點(diǎn)：傳統(tǒng)方案需在電機(jī)軸承旁部署模擬AAF，易受溫度漂移影響，導(dǎo)致頻譜泄漏；

• 解決方案：AD7768-1（24位無混疊ADC）直接采集加速度計(jì)信號(hào)，通過數(shù)字濾波器提取10kHz以內(nèi)諧波分量，故障識(shí)別準(zhǔn)確率提升至99.5%。

• 伺服電機(jī)控制：

• 需求：需在100μs內(nèi)完成電流環(huán)采樣與PID計(jì)算；

• 優(yōu)勢(shì)：AD4130-8（8通道無混疊ADC）支持同步采樣，相位延遲<50ns，滿足EtherCAT實(shí)時(shí)總線要求。

2. 醫(yī)療電子：便攜化與高精度診斷

• 便攜式超聲：

• 挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)探頭需集成模擬濾波器，導(dǎo)致體積>50cm3；

• 突破：AD9637（14位無混疊ADC）采用QFN封裝，面積僅4mm×4mm，支持128通道并行采集，探頭體積縮小至20cm3，分辨率達(dá)0.1mm。

• 腦電（EEG）監(jiān)測(cè)：

• 需求：需抑制50Hz工頻干擾，同時(shí)保留δ波（0.5-4Hz）信號(hào)；

• 方案：ADAS3022（16位無混疊ADC）配置50Hz陷波濾波器+0.5Hz高通濾波器，共模抑制比（CMRR）>120dB，偽跡降低90%。

3. 汽車電子：自動(dòng)駕駛與車聯(lián)網(wǎng)

• 激光雷達(dá)（LiDAR）：

• 痛點(diǎn)：模擬AAF在-40℃至+125℃溫漂導(dǎo)致距離測(cè)量誤差>5%；

• 改進(jìn)：AD7779（24位無混疊ADC）內(nèi)置溫度補(bǔ)償算法，距離測(cè)量精度<1cm，滿足L4級(jí)自動(dòng)駕駛要求。

• 車載音頻：

• 需求：需同時(shí)處理語音（300Hz-3.4kHz）與警報(bào)聲（8kHz-16kHz）；

• 方案：ADAU1466（集成無混疊ADC的音頻DSP）通過動(dòng)態(tài)濾波器切換，實(shí)現(xiàn)雙頻段無損處理，信噪比達(dá)108dB。

三、技術(shù)對(duì)比與選型指南

1. 與傳統(tǒng)ADC+AAF方案對(duì)比

2. 選型關(guān)鍵參數(shù)

• 分辨率與帶寬：

• 高精度低速：AD7768（24位，100kHz帶寬），適合壓力/溫度傳感器；

• 高速中精度：AD9265（16位，125MSPS），適合雷達(dá)信號(hào)處理。

• 接口與功耗：

• 低功耗IoT：AD4020（18位，1.8V供電，50μW功耗），電池壽命延長5年；

• 高速同步：AD9680（14位，500MSPS，8通道同步），適配相控陣?yán)走_(dá)。

• 特殊功能：

• 內(nèi)置PGA：AD7124-8（24位，可編程增益1-128），簡化傳感器接口設(shè)計(jì)；

• 抗混疊保護(hù)：AD4134（內(nèi)置50Hz/60Hz陷波器），專為電網(wǎng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化。

四、客戶價(jià)值與實(shí)施路徑

1. 適用客戶類型

• 高優(yōu)先級(jí)：

• 工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等對(duì)精度、成本、開發(fā)周期敏感的行業(yè)；

• 需多通道同步采樣或動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整的復(fù)雜系統(tǒng)。

• 低優(yōu)先級(jí)：

• 僅需基礎(chǔ)信號(hào)采集的低速場(chǎng)景（如溫濕度監(jiān)測(cè)）；

• 對(duì)功耗不敏感的大型設(shè)備（如服務(wù)器監(jiān)控）。

2. 實(shí)施步驟

1. 需求定義：

• 明確關(guān)鍵指標(biāo)（分辨率、帶寬、通道數(shù)、功耗）；

• 評(píng)估現(xiàn)有模擬濾波器對(duì)系統(tǒng)性能的影響（如相位失真、溫漂）。

2. 器件選型：

• 工業(yè)控制：AD4021（18位，200kSPS，內(nèi)置診斷功能）；

• 醫(yī)療影像：ADAS3023（16位，8通道，符合IEC 60601標(biāo)準(zhǔn)）；

• 汽車?yán)走_(dá)：AD9094（14位，1GSPS，支持JESD204B接口）。

3. 系統(tǒng)集成：

• 在MCU中配置ADC寄存器（如采樣率、濾波器系數(shù)）；

• 通過ADI CrossCore Embedded Studio調(diào)試數(shù)字信號(hào)處理算法。

4. 驗(yàn)證與優(yōu)化：

• 使用ADI提供的FFT分析工具驗(yàn)證頻譜純凈度；

• 通過蒙特卡洛仿真評(píng)估器件參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

3. 成本與收益測(cè)算

• 直接成本：

• 無混疊ADC芯片價(jià)格：5?50（依分辨率與帶寬）；

• 傳統(tǒng)方案總成本（含濾波器）：10?100。

• 隱性收益：

• 開發(fā)成本節(jié)省：減少濾波器仿真/調(diào)試時(shí)間，單項(xiàng)目節(jié)省20,000?50,000；

• 市場(chǎng)競爭力提升：產(chǎn)品上市時(shí)間縮短3-6個(gè)月，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

五、未來展望：ADC技術(shù)的“三化”趨勢(shì)

1. 智能化：

• AI驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)配置：通過機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)優(yōu)化濾波器參數(shù)，適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境；

• 自診斷功能：檢測(cè)ADC內(nèi)部故障（如時(shí)鐘失鎖、增益誤差）并觸發(fā)冗余備份。

2. 集成化：

• 傳感器+ADC+MCU單芯片：如ADuCM355（集成生物電勢(shì)ADC與ARM Cortex-M3），簡化可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)；

• 光子ADC：利用光子技術(shù)突破電子ADC的帶寬瓶頸（>100GHz），滿足6G通信需求。

3. 綠色化：

• 能量采集供電：從環(huán)境光、振動(dòng)中獲取能量，支持ADC永久運(yùn)行；

• 低電壓設(shè)計(jì)：0.5V供電下仍維持16位ENOB，適配納米級(jí)CMOS工藝。

六、總結(jié)：ADI無混疊ADC的三大核心價(jià)值

1. 性能顛覆：24位ADC實(shí)現(xiàn)112dB SNR與18.5位ENOB，定義高精度采集新標(biāo)準(zhǔn)；

2. 成本革命：單芯片替代復(fù)雜濾波電路，BOM成本降低40%，開發(fā)周期縮短10倍；

3. 場(chǎng)景全覆蓋：從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)到醫(yī)療電子，提供跨行業(yè)定制化解決方案。

直接結(jié)論：
對(duì)于高精度測(cè)量、多通道同步、嚴(yán)苛環(huán)境適應(yīng)性等需求，ADI無混疊ADC是成本效益比最優(yōu)的選擇，其性能、成本與易用性優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方案。建議客戶根據(jù)自身需求選擇對(duì)應(yīng)型號(hào)，并利用ADI提供的開發(fā)工具加速產(chǎn)品上市。