什么是ADC（模數轉換器）

取樣和保持 　
取樣是將隨時(shí)間連續變化的模擬量轉換為時(shí)間離散的模擬量。取樣過(guò)程示意圖如圖11.8.1所示。圖（a）為取樣電路結構，其中，傳輸門(mén)受取樣信號S(t)控制，在S(t)的脈寬τ期間，傳輸門(mén)導通，輸出信號v_O(t)為輸入信號v₁,而在（T_s-τ）期間，傳輸門(mén)關(guān)閉，輸出信號v_O(t)=0。電路中各信號波形如圖（b）所示。

圖11.8.1 取樣電路結構(a)

圖11.8.1 取樣電路中的信號波形(b)
通過(guò)分析可以看到，取樣信號S(t)的頻率愈高，所取得信號經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復現輸入信號。但帶來(lái)的問(wèn)題是數據量增大，為保證有合適的取樣頻率，它必須滿(mǎn)足取樣定理。
取樣定理：設取樣信號S(t)的頻率為f_s，輸入模擬信號v₁(t)的最高頻率分量的頻率為f_imax，則f_s與f_imax必須滿(mǎn)足下面的關(guān)系f_s≥2f_imax，工程上一般取f_s>(3～5)f_imax。
將取樣電路每次取得的模擬信號轉換為數字信號都需要一定時(shí)間，為了給后續的量化編碼過(guò)程提供一個(gè)穩定值，每次取得的模擬信號必須通過(guò)保持電路保持一段時(shí)間。 　
取樣與保持過(guò)程往往是通過(guò)取樣-保持電路同時(shí)完成的。取樣-保持電路的原理圖及輸出波形如圖11.8.2所示。

量化與編碼
數字信號不僅在時(shí)間上是離散的，而且在幅值上也是不連續的。任何一個(gè)數字量的大小只能是某個(gè)規定的最小數量單位的整數倍。為將模擬信號轉換為數字量，在A(yíng)/D轉換過(guò)程中，還必須將取樣-保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到相應的離散電平上，這一轉化過(guò)程稱(chēng)為數值量化，簡(jiǎn)稱(chēng)量化。量化后的數值最后還需通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼表示出來(lái)。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉換器輸出的數字量。
量化過(guò)程中所取最小數量單位稱(chēng)為量化單位，用△表示。它是數字信號最低位為1時(shí)所對應的模擬量，即1LSB。
在量化過(guò)程中，由于取樣電壓不一定能被△整除，所以量化前后不可避免地存在誤差，此誤差稱(chēng)之為量化誤差，用ε表示。量化誤差屬原理誤差，它是無(wú)法消除的。A/D 轉換器的位數越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。
量化過(guò)程常采用兩種近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。
１.只舍不入量化方式
以3位A/D轉換器為例，設輸入信號v₁的變化范圍為0～8V，采用只舍不入量化方式時(shí)，取△=1V，量化中不足量化單位部分舍棄，如數值在0～1V之間的模擬電壓都當作0△，用二進(jìn)制數000表示，而數值在1～2V之間的模擬電壓都當作1△，用二進(jìn)制數001表示……這種量化方式的最大誤差為△。
２.四舍五入量化方式　
如采用四舍五入量化方式，則取量化單位△=8V/15，量化過(guò)程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄，對于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。它將數值在0～8V/15之間的模擬電壓都當作0△對待，用二進(jìn)制000表示，而數值在8V/15～24V/15之間的模擬電壓均當作1△，用二進(jìn)制數001表示等。
３.比較
采用前一種只舍不入量化方式最大量化誤差│εmax│=1LSB,而采用后一種有舍有入量化方式│εmax│=1LSB/2，后者量化誤差比前者小，故為多數A/D轉換器所采用。
A/D轉換器的種類(lèi)很多，按其工作原理不同分為直接A/D轉換器和間接A/D轉換器兩類(lèi)。直接A/D轉換器可將模擬信號直接轉換為數字信號，這類(lèi)A/D轉換器具有較快的轉換速度，其典型電路有并行比較型A/D轉換器、逐次比較型A/D轉換器。而間接A/D轉換器則是先將模擬信號轉換成某一中間電量(時(shí)間或頻率)，然后再將中間電量轉換為數字量輸出。此類(lèi)A/D轉換器的速度較慢，典型電路是雙積分型A/D轉換器、電壓頻率轉換型A/D轉換器。