很久以前，人類從原始的模擬泥沼中掙脫出來，開始接觸數(shù)字技術。他們很快注意到并量化了一個根本需求：將他們新獲得的量化數(shù)值信息與老工程師所構建的經(jīng)典連續(xù)體連接起來。于是，模數(shù)轉換器(ADC)應運而生。
當然，ADC方案和原理圖有很多種。其中最早、最簡單的方案之一就是單斜率型ADC。
單斜率模數(shù)轉換器(ADC)有兩種主要類型。其中一種是生成線性模擬電壓斜坡并將其與輸入信號進行比較。斜坡從零(或接近零)上升到與輸入信號相等所需的時間與輸入信號的幅度成正比，并以此作為數(shù)字轉換結果。
在另一種單斜坡轉換器中，電容器被充電至輸入電壓，然后線性下降至零。所需時間與輸入電壓Vin成正比，并計入轉換結果。
雖然簡單廉價無疑是優(yōu)點，但過猶不及。圖1中的電路在基本設計的基礎上進行了一些改進(成本也略有增加)，旨在獲得更高的精度(甚至兩個數(shù)量級)以及更快的速度。
圖1：簡單快速單斜率(SSSS)ADC雙相轉換周期。
工作原理如下：
(CONVERT =1)開關U1將C1充電至Vin
(CONVERT=0)C1由Z1Q1提供的100μA電流線性放電。
注意：Z1、C1和R2應為精密型元件。
轉換分兩個階段進行，由配置為輸出的GPIO位選擇(CONVERT/ACQUIRE)。
在采集(1)期間，單刀雙擲開關U1將積分電容C1連接到輸入源，并將其充電至Vin。充電的采集時間常數(shù)為：
C1(RsZ1+U1Ron,+Q2的輸入阻抗)=~10μs
要以12位分辨率完成?-lsb精度的充電，需要以下ACQUIRE間隔：
10μs*loge(2(12+1))=90μs
然后，控制微控制器可以將CONVERT返回為零，從而將C1的輸入端切換到地，使比較器晶體管的基極變?yōu)樨撾妷海妷弘A躍為-Vin，再加上“一點點”(~12mV)。
最后一點是由C2提供的，用于補償Q2有限的電壓增益和存儲時間所導致的零點偏移。
Q1從飽和狀態(tài)恢復后，INTECTATE變?yōu)檎怠Ｔ诖藸顟B(tài)下，直到C1放電完畢，Q1重新導通為止。此時間段為：
Vin*C1/100μA=200μs/v=最大1ms
如果連接的計數(shù)器/外設以20MHz運行，則最大計數(shù)累積和轉換分辨率將為4000，即11.97位。
圖2示意了這種1毫秒或約12位的轉換周期。注意其固有特性包含良好的積分非線性(INL)和微分非線性(DNL)。
圖2：SSSS ADC波形。采集時間(12位)為90μs。積分時間最大為1ms(VinC1/Iq1=200μs/V)。幅度為5Vpp。
當然，并非所有信號源都能很好地承受這種轉換順序帶來的負載，也并非所有應用都會發(fā)現(xiàn)可用的LM4041基準和R1C1的容差足夠精確。
圖3展示了針對這兩個限制的解決方法。典型的RRIO CMOS放大器用于A1可以消除輸入負載問題，而R5的微調則提供了一種便捷的方法來改進轉換校準。
圖3：A1輸入緩沖器卸載Vin，R5校準微調提高精度。
