模擬對數字:架起ADC到處理器的橋梁

作為一個模擬世界的后裔，我經常可以在走廊上聽到些評論，關于數字設計師多么不理解模擬問題。數字設計師們也毫不留情地批評模擬集成電路設計師。這兩個陣營涇渭分明，除非參與者們打破界限，一起進入混合信號領域的研究。

　　對典型的模擬精神，不是所有轉換器都用相同的數據格式。一些轉換器用無符號二進制數類型，其他轉換器使用有符號二進制補碼數據。甚至更復雜的問題，轉換器輸出12位或是14位數據，還有16位輸出。還有另一種24位Δ－Σ轉換器技術。

　　先不管這些模擬設計結果的目的。對于這些轉換器而言，ADC最低有效位的位置是這些8位、16位或是32位字處理器的第0位。對模擬電路設計者來說，這具有重要意義。然而，12位轉換器的符號位是處理器的位置11。如果分配16位寬度的變量C為轉換器輸出值，假定C符號位是位置15。處理器不能從轉換器識別出負數，所有來自12位的雙極性ADC數據都是正的。因為符號位處于錯誤位置。

　　你可以通過幾個步驟來解決這個問題。首先，讀－修改－寫步驟，將處理器寄存器中的數據移位。CPU讀取數據、移動包含數據的寄存器的位到必要的位置，然后將這些數據寫回內存。DSP可以在一個時鐘周期內完成移位。控制器需要很多時鐘周期才能完成移位的過程。如果你選用了這種控制策略，要小心緩存區的不連續性。這意味著緩存區無法辨別DMA控制器是否將新數據寫入內存。結果，CPU將緩存區的舊數據進行移位操作。需要記住的是，無論什么時候向左移了一位，就意味著ADC轉換結果乘了2。

　　另一種方式是在處理器循環中將數據右移。這種方式的缺點占用CPU并需要額外指令。另一種選擇是直接將轉換器與處理器的數據總線相連。如果你將12位轉換器的第11位與處理器總線上的第15位相連，那么符號位就會處于正確的位置。然后將數據的第11位到第14位置零來完成數據獲取，否則這些位的數據是不確定的。這種方法只適用于有并行接口。在這種方案中，基于DMA移動就不需要數據移位了。

　　使用串行端口的用戶比并行端口的用戶要幸運的多，因為大部分處理器的串行端口提供接收的“左移用零填充至最低有效位”或“右移符號位擴展至最高有效位”特點。這種特色大大減少了CPU處理內存中數據的工作。一些串行端口只工作在接收數據長度是2的冪時，例如16位數據長度。這些端口不能工作在12、14或是24位數據長度時。

　　模擬工程師幫助處理處理器接口問題。據我所知，處理器都是8位、16位或是32位的，我從沒聽說過12位或14位的處理器。除非所有的模擬芯片設計者突破界限，否則為轉換器設計數字接口是理所當然的。閱讀ADC數據手冊，核對向數字接口傳輸的位的位置。如果對ADC數據接口做了初始檢查，那么你會因為開始的付出獲得更多成功。