作为＂现实世界＂模拟域与 1 和 0 构成的数字世界之间的关口，数据转换器是现代信号处理中的关键要素之一。过去 30 年，数据转换领域涌现出了大量创新技术，这些技术不但助推了从医疗成像到蜂窝通信、再到消费音视频，各个领域的性能提升和架构进步，同时还为实现全新应用发挥了重要作用。

宽带通信和高性能成像应用的持续扩张凸显出 高速数据转换的特殊重要性：转换器要能处理带宽范围在 10 MHz 至 1 GHz 以上的信号。人们通过多种各样的转换器架构来实现这些较高的速率，各有其优势。高速下在模拟域和数字域之间来回切换也对信号完整性提出了一些特殊的挑战——不仅模拟信号如此，时钟和数据信号亦是如此。了解这些问题不仅对于组件选择十分重要，而且甚至会影响整体系统架构的选择。

图 1．

更快、更快、更快

在许多技术领域，我们习惯于把技术进步与更高的速率关联起来： 从以太网到无线局域网再到蜂窝移动网络，数据通信的实质就是不断提高数据传输速率。通过时钟速率的进步，微处理器、数字信号处理器和 FPGA 发展十分迅速。这些器件主要得益于尺寸不断缩小的蚀刻工艺，结果造就出开关速率更快、体积更小（而且功耗更低）的晶体管。这些进步创造出一个处理能力和数据带宽呈指数级增长的环境。这些强大的数字引擎带来了同样呈指数级增长的信号和数据处理需求：从静态图像到视频，到带宽频谱，无论是有线还是无线，均是如此。运行时钟速率为 100 MHz 的处理器或许能有效地处理带宽为 1 MHz 至 10 MHz 的信号：运行时钟速率达数 GHz 的处理器能够处理带宽达数百 MHz 的信号。

自然地，更强的处理能力、更高的处理速率会导致更快的数据转换：宽带信号扩大其带宽（往往达到物理或监管机构设定的频谱极限），成像系统寻求提高每秒像素处理能力，以便更加快速地处理更高分辨率的图像。系统架构推陈出新，以利用极高的这种处理性能，其中还出现了并行处理的趋势，这可能意味着对多通道数据转换器的需求。

架构上的另一重要变化是走向多载波 ／ 多通道，甚至软件定义系统的趋势。传统的模拟密集型系统在模拟域中完成许多信号调理工作（滤波、放大、频率转换）；在经过充分准备后，对信号进行数字化处理。一个例子是 FM 广播：给定电台的通道宽度通常为 200 kHz，FM 频段范围为 88 MHz 至 108 MHz。传统接收器把目标电台的频率转换成 10．7 MHz 的中频，过滤掉所有其他通道，并把信号放大到最佳解调幅度。多载波架构将整个 20 MHz FM 频段数字化，并利用数字处理技术来选择和恢复目标电台。虽然多载波方案需要采用复杂得多的电路，但它具有极大的系统优势：系统可以同时恢复多个电台，包括边频电台。如果设计得当，多载波系统甚至可以通过软件重新配置，以支持新的标准（例如，分配在无线电边频带的新型高清电台）。这种方式的最终目标是采用可以接纳所有频带的宽带数字化仪和可以恢复任何信号的强大处理器：这即是所谓的软件定义无线电。其他领域中有等效的架构——软件定义仪表、软件定义摄像头等。我们可以把这些当作虚拟化的信号处理等效物。使得诸如此类灵活架构成为可能的是强大的数字处理技术以及高速、高性能数据转换技术。

图 2． 多载波示例