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模拟对数字：架起ADC到处理器的桥梁
发布时间:2018-08-11 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]作为一个模拟世界的后裔，我经常可以在走廊上听到些评论，关于数字设计师多么不理解模拟问题。数字设计师们也毫不留情地批评模拟集成电路设计师。这两个阵营泾渭分明，除非参与者们打破界限，一起进入混合信号领域的研究。
对典型的模拟精神，不是所有转换器都用相同的数据格式。一些转换器用无符号二进制数类型，其他转换器使用有符号二进制补码数据。甚至更复杂的问题，转换器输出12位或是14位数据，还有16位输出。还有另一种24位Δ－Σ转换器技术。
先不管这些模拟设计结果的目的。对于这些转换器而言，ADC最低有效位的位置是这些8位、16位或是32位字处理器的第0位。对模拟电路设计者来说，这具有重要意义。然而，12位转换器的符号位是处理器的位置11。如果分配16位宽度的变量C为转换器输出值，假定C符号位是位置15。处理器不能从转换器识别出负数，所有来自12位的双极性ADC数据都是正的。因为符号位处于错误位置。
你可以通过几个步骤来解决这个问题。首先，读－修改－写步骤，将处理器寄存器中的数据移位。CPU读取数据、移动包含数据的寄存器的位到必要的位置，然后将这些数据写回内存。DSP可以在一个时钟周期内完成移位。控制器需要很多时钟周期才能完成移位的过程。如果你选用了这种控制策略，要小心缓存区的不连续性。这意味着缓存区无法辨别DMA控制器是否将新数据写入内存。结果，CPU将缓存区的旧数据进行移位操作。需要记住的是，无论什么时候向左移了一位，就意味着ADC转换结果乘了2。
另一种方式是在处理器循环中将数据右移。这种方式的缺点占用CPU并需要额外指令。另一种选择是直接将转换器与处理器的数据总线相连。如果你将12位转换器的第11位与处理器总线上的第15位相连，那么符号位就会处于正确的位置。然后将数据的第11位到第14位置零来完成数据获取，否则这些位的数据是不确定的。这种方法只适用于有并行接口。在这种方案中，基于DMA移动就不需要数据移位了。
使用串行端口的用户比并行端口的用户要幸运的多，因为大部分处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“右移符号位扩展至最高有效位”特点。这种特色大大减少了CPU处理内存中数据的工作。一些串行端口只工作在接收数据长度是2的幂时，例如16位数据长度。这些端口不能工作在12、14或是24位数据长度时。
模拟工程师帮助处理处理器接口问题。据我所知，处理器都是8位、16位或是32位的，我从没听说过12位或14位的处理器。除非所有的模拟芯片设计者突破界限，否则为转换器设计数字接口是理所当然的。阅读ADC数据手册，核对向数字接口传输的位的位置。如果对ADC数据接口做了初始检查，那么你会因为开始的付出获得更多成功。
英文原文：
Analog versus digital: Bridging the ADC-to-processor divide
Don’t take things for granted when you are designing the digital interface to a converter. Read the ADC data sheet and verify the bit positions in the transmission across the digital interface.
By Bonnie Baker -- EDN, 5/10/2007
As an analog-world descendant, I always hear comments in the hallway about how digital designers don’t really understand analog issues. Digital designers will go so far as to unsympathetically say the same about analog-IC designers. There is no bridge between these two camps unless the participants ride the fence and enter the mixed-signal domain together.
True to the analog spirit, not all data converters use the same digital format. Some converters use unsigned-binary-data types; other converters use two’s-complement signed data. To even further complicate matters, some converters produce 12- or 14-bit output words, and others produce 16-bit output words. Yet another technology is the 24-bit delta-sigma converter.
Forget the reasons for these analog-design decisions. With all of these converters, the location of the ADC LSB is in the processor’s 0-bit location within the 8-, 16-, or 32-bit word. This situation makes perfect sense to an analog designer. However, the signed-bit of a 12-bit converter resides in position 11
in the processor. If you assign a 16-bit-wide C variable to the converter’s output word, C assumes that the sign bit is in position 15. The processor does not recognize a negative number from the converter and assumes that all codes from the 12-bit, bipolar-in ADC are positive. This situation occurs because the signed bit is in the wrong position.
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