A/D转换器

模/数转换器即A/D转换器，或简称ADC（Analog to Digital Conver），通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件或电路。常见的模/数转换器将经过与标准量比较处理后的模拟量转换为以二进制数值表示的离散信号。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。

模拟信号与数字信号的转换过程一般分为四个步骤：采样、保持、量化、编码。前两个步骤在采样-保持电路中完成，后两步则在ADC芯片中完成。

常用的ADC可分为积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ -Δ调制型、电容阵列逐次比较型以及压频变换型。

积分型ADC工作原理是将输入电压转换成时间或频率，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是使用简单电路就能获得高分辨率；缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。双积分是一种常用的AD 转换技术，具有精度高，抗干扰能力强等优点。但高精度的双积分AD芯片，价格昂贵，设计成本较高。

逐次逼近型ADC由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等，优点是速度较高、功耗低，在低分辨率( < 12位)时价格便宜，但高精度( > 12位)价格昂贵。

并行比较型ADC采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称Flash型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n - 1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD 转换器等速度特别高的领域。

Σ- Δ型ADC以很低的采样分辨率( 1位)和很高的采样速率将模拟信号数字化，通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率，然后对ADC输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。Σ-Δ型ADC的电路结构是由非常简单的模拟电路和十分复杂的数字信号处理电路构成。

电容阵列逐次比较型ADC在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。

压频变换型是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种ADC的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。

ADC的主要技术指标包括：分辨率、转换速率、量化误差、满刻度误差、线性度。

分辨率指输出数字量变化一个最低有效位(LSB)所需的输入模拟电压的变化量。

转换速率是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需要的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率 。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。

量化误差是由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。

满刻度误差是满刻度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

线性度指实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。