原標(biāo)題：天天在用的ADC，內(nèi)部原理你了解嗎？

ADC（Analog to Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。其內(nèi)部原理涉及多個(gè)步驟和關(guān)鍵技術(shù)，以下是對(duì)ADC內(nèi)部原理的詳細(xì)解析：

一、基本轉(zhuǎn)換過程

ADC的基本轉(zhuǎn)換過程通常包括四個(gè)主要步驟：采樣、保持、量化和編碼。

1. 采樣：

• 采樣是將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化為時(shí)間上離散變化的模擬量的過程。通過間隔一定的時(shí)間對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，得到一系列離散的模擬信號(hào)值。

• 采樣頻率（fs）必須滿足奈奎斯特采樣定理，即fs應(yīng)大于或等于輸入模擬信號(hào)最高頻率分量（fimax）的兩倍，工程上一般取fs為(3～5)fimax。

2. 保持：

• 保持電路的核心是將采樣后的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，以便后級(jí)的數(shù)字電路完成量化和編碼。通常采用電容作為取樣后的保持器件。

3. 量化：

• 量化是將連續(xù)的模擬信號(hào)用有限個(gè)離散的數(shù)字信號(hào)近似化的過程。由于數(shù)字信號(hào)位數(shù)有限，量化過程中會(huì)產(chǎn)生量化誤差。

• 對(duì)于一個(gè)N位ADC，其滿量程電壓（Vref）被分為2N個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的寬度稱為L(zhǎng)SB（Least Significant Bit），即LSB=Vref/2N。

4. 編碼：

• 編碼是將量化后的結(jié)果用二進(jìn)制或其他進(jìn)制的形式表示出來的過程。經(jīng)過編碼后，原始的模擬信號(hào)就變成了數(shù)字信號(hào)。

二、具體工作原理（以逐次逼近型ADC為例）

1. 初始化：

• 設(shè)置參考電壓和輸入模擬信號(hào)的范圍。

2. 采樣：

• 對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器中。

3. 數(shù)字信號(hào)處理（雖然此步驟在常規(guī)ADC轉(zhuǎn)換過程中不直接涉及，但在高級(jí)應(yīng)用中可能包括濾波、放大、校正等處理）：

• 對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行必要的數(shù)字信號(hào)處理，以提高轉(zhuǎn)換精度和穩(wěn)定性。

4. 數(shù)模轉(zhuǎn)換（此處應(yīng)為量化與編碼的合并過程，因?yàn)锳DC本身是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)）：

• 逐次逼近型ADC通過逐位試探比較的方式實(shí)現(xiàn)量化。初始化時(shí)，將逐次逼近寄存器各位清零；然后，從最高位開始，逐位將寄存器中的值送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量與待轉(zhuǎn)換的模擬量進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，保留或清除該位。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。

• 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到最終的數(shù)字量輸出。

三、技術(shù)優(yōu)化與發(fā)展

為了提高ADC的性能和可靠性，研究人員不斷探索新的技術(shù)和方法，如：

• 低噪聲運(yùn)放（LNA）：降低噪聲水平，提高信噪比。

• 可編程增益放大器（PGA）：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制（AGC），適應(yīng)不同輸入信號(hào)的強(qiáng)度。

• 級(jí)聯(lián)誤差校正技術(shù)（CEC）：通過多個(gè)ADC級(jí)聯(lián)提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

• 能量收集技術(shù)：在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中捕獲輸入信號(hào)的能量，實(shí)現(xiàn)低功耗、無源的數(shù)據(jù)采集。

綜上所述，ADC的內(nèi)部原理涉及復(fù)雜的信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換過程，通過不斷優(yōu)化和創(chuàng)新技術(shù)，可以不斷提高其性能和可靠性。