ADC模數轉換采樣原理及類型是什么

本篇文章給大家分享的是有關ADC模數轉換采樣原理及類型是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

ADC包括三個基本功能：抽樣、量化和編碼。抽樣過程是將模擬信號在時間上離散化，使之成為抽樣信號；量化是將抽樣信號的幅度離散化使之成為數字信號；而編碼則是將數字信號轉換成數字系統所能接受的形式。如何實現這三個功能就決定了ADC的形式和性能。同時，ADC的分辨率越高，需要的轉換時間就越長，轉換速度就越低，故ADC的分辨率和轉換速率兩者總是相互制約的。所以在發展高分辨率ADC的同時要兼顧高速，在發展高速ADC的同時也要兼顧高分辨率，在此基礎上還要考慮功耗、體積、便捷性、多功能、與計算機及通訊網絡的兼容性以及應用領域的特殊要求等問題，這樣也使得ADC的結構和分類錯綜復雜。

ADC具有不同的轉換速率，使用不同的接口電路，并可提供不同的精確度。最常用的ADC類型包括閃速ADC、逐次逼近ADC和sigma-delta ADC。

• 閃速ADC

閃速ADC是轉換速率最快的一類。閃速ADC在每個電壓階躍中使用一個比較器和一組電阻。因此4位ADC具有16個比較器，8位ADC則具有256個比較器。所有的比較器輸出連接到一塊邏輯器件上，該邏輯器件根據比較器的電壓高低確定輸出。

閃速ADC的轉換速率是比較器延遲和邏輯器件延遲(邏輯器件的延遲通常可以忽略不計)之和。閃速ADC的轉換速率很快，但需要占據巨大的空間；而且由于所需的比較器數目很大，閃速ADC簡直就是功率“黑洞”，需要消耗很高的電流強度。10位閃速ADC所需的電流約為0.5A。

閃速ADC的一種變形就是半閃速ADC，該ADC利用內置的數模轉換器(DAC)減少了內部比較器的數目。半閃速轉換器的轉換速率低于真正的閃速轉換器，但高于其它類型的ADC。

• 逐次逼近ADC

逐次逼近轉換器采用一個比較器和計數邏輯器件完成轉換。轉換的第一步是檢驗輸入是否高于參考電壓的一半，如果高于，將輸出的最高有效位(MSB)置為1。然后輸入值減去輸出參考電壓的一半，再檢驗得到的結果是否大于參考電壓的1/4，依此類推直至所有的輸出位均置“1”或清零。逐次逼近ADC所需的時鐘周期與執行轉換所需的輸出位數相同。

• Sigma-delta ADC

Sigma-delta ADC采用1位DAC、濾波和附加采樣來實現非常精確的轉換，轉換精度取決于參考輸入和輸入時鐘頻率。

Sigma-delta轉換器的主要優勢在于其較高的分辨率。閃速和逐次逼近ADC采用并聯電阻或串聯電阻，這些方法的問題在于電阻的精確度將直接影響轉換結果的精確度。盡管新式ADC采用非常精確的激光微調電阻網絡，但在電阻并聯中仍然不甚精確。sigma-delta轉換器中不存在電阻并聯，但通過若干次采樣可得到收斂的結果。

Sigma-delta轉換器的主要劣勢在于其轉換速率。由于該轉換器的工作機理是對輸入進行附加采樣，因此轉換需要耗費更多的時鐘周期。在給定的時鐘速率條件下，Sigma-delta轉換器的速率低于其它類型的轉換器；或從另一角度而言，對于給定的轉換速率，Sigma-delta轉換器需要更高的時鐘頻率。

Sigma-delta轉換器的另一劣勢在于將占空(duty cycle)信息轉換為數字輸出字的數字濾波器的結構很復雜，但Sigma-delta轉換器因其具有在IC裸片上添加數字濾波器或DSP的功能而日益得到廣泛應用。

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