ADC基礎及不同ADC技術的比較分析

這個世界既是模擬的，也常常被我們切割成一個個數字碎片。隨著通信數字化和計算能力的提高，信號被轉換成更易傳輸、在數學上更易計算的數字。信號轉換過程是個模擬到數字的過程，這促使了模數轉換器（ADC）的問世。

數字信號與時鐘頻率同步。根據奈奎斯特標準，ADC的采樣速率應至少是被數字化的模擬輸入信號最高頻率的兩倍。該頻率被稱為奈奎斯特采樣率。

圖1：ADC采樣率

如圖2所示，ADC的量化粒度（granularity）隨采樣率和分辨率的增加而增多。y軸是分辨率，實際上是ADC的位數。x軸是采樣率。

圖2：ADC精度取決于采樣率和分辨率

位數是以2的冪來定義的。因此，一個8位ADC將有28或256位的分辨率。對于一個簡單的3位ADC轉換器示例，其分辨率顯示在圖3的階梯式類比中，其中y軸顯示了三位數的ADC編碼，x軸顯示了信號電壓范圍及增量。

圖3：ADC數字編碼與輸入電壓

剛接觸數字信號的人，可以這么看：使用“1”和“0”的二進制只不過是把值為“1”的位看成開關的開，把值為“0”的位看成開關的關。它與源于我們人類雙手手指個數的十進制計數系統截然不同。電子電路不容易實現十位開關。因此，焦點集中在更快的開關晶體管并導致追求高頻的狂熱。

有幾個因素在數字化信號時起作用。它們在電壓檢測電平間產生諸如量化誤差之類的誤差，其它誤差包括信號的非線性。

誤差不限于ADC的模擬端。噪聲和時鐘抖動也影響數字信號。

不同類型的ADC有不同的（誤差）源。ADC的基本類型包括：

1. Flash ADC
   

2. Sigma-delta ADC
   

3. 雙斜率ADC
   

4. 逐次逼近ADC

在選用ADC時一般是基于速度和精度。ADC的位數越多，精度就越高，速度就越慢（因每一位都增加一個時鐘周期）。圖4對各類ADC的速度和精度進行了比較。

圖4：不同ADC技術比較

盡管ADC是數字器件，但每種ADC技術的前端都涉及大量模擬技術。另外，可用的通信總線類型有助于選擇過程，因為許多串行鏈路對帶寬或位數有限制。同任何產品一樣，所需的性能越高、速度越快，復雜性和成本就越高。這導致ADC市場的不斷擴大、應用的不斷擴展，這與傳感器市場類似。與傳感器市場同樣類似的是，隨著技術的發展、功能的提高，ADC也在不斷進步。