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模數轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 將模擬信號轉換成數字信號的電路，稱為模數轉換器（簡稱a/d轉換器或adc,analog to digital converter），A/D轉換的作用是將時間連續、幅值也連續的模擬量轉換為時間離散、幅值也離散的數字信號，因此，A/D轉換一般要經過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，這些過程有的是合并進行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉換過程中同時實現的。 原理概述 模擬數字轉換器的分辨率是指，對于允許范圍內 的模擬信號，它能輸出離散數字信號值的個數。這些信號值通常用二進制數來存儲，因此分辨率經常用比特作為單位，且這些離散值的個數是2的冪指數。例如，一個具有8位分辨率的模擬數字轉換器可以將模擬信號編碼成256個不同的離散值（因為2^8= 256），從0到255（即無符號整數）或從-128到127（即帶符號整數），至于使用哪一種，則取決于具體的應用。 分辨率同時可以用電氣性質來描述，使用單位伏特。使得輸出離散信號產生一個變化所需的最小輸入電壓的差值被稱作最低有效位（Least significant bit, LSB）電壓。這樣，模擬數字轉換器的分辨率Q等于LSB電壓。模擬數字轉換器的電壓分辨率等于它總的電壓測量范圍除以離散電壓間隔數： 這里N是離散電壓間隔數。 這里EFSR代表滿量程電壓范圍，即是總的電壓測量范圍，即輸入參考高電壓與輸入參考低電壓的差值 這里VRefHi和VRefLow是轉換過程允許電壓的上下限。 正常情況下，電壓間隔數N=2^M，M為ADC模塊的精度的位數 響應類型 大多數模擬數字轉換器的響應類型為線性，這里的“線性”是指，輸出信號的大小與輸入信號的大小成線性比例。 一些早期的轉換器的響應類型呈對數關系，由此來執行A-law算法或μ-law算法編碼。 誤差 模擬數字轉換器的誤差有若干種來源。量化錯誤和非線性誤差（假設這個模擬數字轉換器標稱具有線性特征）是任何模擬數字轉換中都存在的內在誤差。也有一種被稱作孔徑錯誤（aperture error），它是由于時鐘的不良振蕩，且常常在對時域信號數字化的過程中出現。 這種誤差用一個稱為“最低有效位”的參數來衡量。 采樣率 模擬信號在時域上是連續的，因此可以將它轉換為時間上連續的一系列數字信號。這樣就要求定義一個參數來表示新的數字信號采樣自模擬信號速率。這個速率稱為轉換器的采樣率或采樣頻率。 可以采集連續變化、帶寬受限的信號（即每隔一時間測量并存儲一個信號值），然后可以通過插值將轉換后的離散信號還原為原始信號。這一過程的精確度受量化誤差的限制。然而，僅當采樣率比信號頻率的兩倍還高的情況下才可能達到對原始信號的忠實還原，這一規律在采樣定理有所體現。 由于實際使用的模擬數字轉換器不能進行完全實時的轉換，所以對輸入信號進行一次轉換的過程中必須通過一些外加方法使之保持恒定。常用的有采樣-保持電路，在大多數的情況里，通過使用一個電容器可以存儲輸入的模擬電壓，并通過開關或門電路來閉合、斷開這個電容和輸入信號的連接。許多模擬數字轉換集成電路在內部就已經包含了這樣的采樣-保持子系統。 混疊 所有的模擬數字轉換器以每隔一定時間進行采樣的形式進行工作。因此，它們的輸出信號只是對輸入信號行為的不完全描述。在某一次采樣和下一次采樣之間的時間段，僅僅根據輸出信號，是無法得知輸入信號的形式的。如果輸入信號以比采樣率低的速率變化，那么可以假定這兩次采樣之間的信號介于這兩次采樣得到的信號值。然而，如果輸入信號改變過快，則這樣的假設是錯誤的。 如果模擬數字轉換器產生的信號在系統的后期，通過數字模擬轉換器，則輸出信號可以忠實地反映原始信號。如經過輸入信號的變化率比采樣率大得多，則是另一種情況，模擬數字轉換器輸出的這種“假”信號被稱作“混疊”。混疊信號的頻率為信號頻率和采樣率的差。例如，一個2千赫茲的正弦曲線信號在采樣率在1.5千赫茲采樣率的轉換后，會被重建為500赫茲的正弦曲線信號。這樣的問題被稱作“混疊”。 為了避免混疊現象，模擬數字轉換器的輸入信號必須通過低通濾波器進行濾波處理，過濾掉頻率高于采樣率一半的信號。這樣的濾波器也被稱作反鋸齒濾波器。它在實用的模擬數字轉換系統中十分重要，常在混有高頻信號的模擬信號的轉換過程中應用。 盡管在大多數系統里，混疊是不希望看到的現象，值得注意的是，它可以提供限制帶寬高頻信號的同步向下混合（simultaneous down-mixing ，請參見采樣過疏和混頻器）。 模數轉換的步驟 模數轉換一般要經過采樣、保持和量化、編碼這幾個步驟。采樣定理：當采樣頻率大于模擬信號中最高頻率成分的兩倍時，采樣值才能不失真的反映原來模擬信號。 構成及特點 模數轉換器的種類很多，按工作原理的不同，可分成間接ADC和直接ADC 。 間接ADC是先將輸入模擬電壓轉換成時間或頻率，然后再把這些中間量轉換成數字量，常用的有中間量是時間的雙積分型ADC。直接ADC則直接轉換成數字量，常用的有并聯比較型ADC和逐次逼近型ADC 。 并聯比較型ADC：由于并聯比較型ADC采用各量級同時并行比較，各位輸出碼也是同時并行產生，所以轉換速度快是它的突出優點，同時轉換速度與輸出碼位的多少無關。并聯比較型ADC的缺點是成本高、功耗大。因為n位輸出的ADC，需要2n個電阻，（2n－1）個比較器和D觸發器，以及復雜的編碼網絡，其元件數量隨位數的增加，以幾何級數上升。所以這種ADC適用于要求高速、低分辯率的場合。逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是另一種直接ADC，它也產生一系列比較電壓VR，但與并聯比較型ADC不同，它是逐個產生比較電壓，逐次與輸入電壓分別比較，以逐漸逼近的方式進行模數轉換的。逐次逼近型ADC每次轉換都要逐位比較，需要（n+1）個節拍脈沖才能完成，所以它比并聯比較型ADC的轉換速度慢，比雙分積型ADC要快得多，屬于中速ADC器件。另外位數多時，它需用的元器件比并聯比較型少得多，所以它是集成ADC中，應用較廣的一種。雙積分型ADC：屬于間接型ADC，它先對輸入采樣電壓和基準電壓進行兩次積分，以獲得與采樣電壓平均值成正比的時間間隔，同時在這個時間間隔內，用計數器對標準時鐘脈沖（CP）計數，計數器輸出的計數結果就是對應的數字量。雙積分型ADC優點是抗干擾能力強；穩定性好；可實現高精度模數轉換。主要缺點是轉換速度低，因此這種轉換器大多應用于要求精度較高而轉換速度要求不高的儀器儀表中，例如用于多位高精度數字直流電壓表中 。 低功耗模數轉換器AD9203ARUZ www.dzsc.com/ic-detail/9_2676.html的參數特點 品牌：AD/亞德諾 型號：AD9203 AD9203ARU AD9203ARUZ 類型：其他IC 封裝：SOP 批號：最新年份 功耗：74 mW（3 V，40 MSPS） 有效位數(ENOB)：9.5（Fin = 20 MHz時） 工作電壓范圍：2.7V至3.6V 輸入范圍：1 V p-p至2 Vp-p差分或單端 微分線性：±0.25 LSB 可調片內基準電壓源 省電（待機）模式：0.65 mW 可調功耗 中頻欠采樣超過130 MHz 超量程指示 二進制補碼或標準 二進制輸出 內部箝位電路 通過汽車應用認證 |
