![模数转换器 ADC](http://img.gansulong.com/220813/1H6002245-0.jpg)
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ADC(模数转换器)【模数转换器 ADC】ADC,Analog-to-Digital Converter的缩写,指模/数转换器或者模数转换器 。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数位讯号的器件 。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 。
与之相对应的DAC,Digital-to-Analog Converter,它是ADC模数转换的逆向过程 。
ADC最早用于对无线信号向数位讯号转换 。如电视信号,长短播电台发接收等 。
基本介绍中文名:模/数转换器
外文名:Analog-to-Digital Converter
全称:模/数转换器或者模拟/数字转换器
简介典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数位讯号 。然而,有一些模拟数字转换器并非纯的电子设备,例如旋转编码器,也可以被视为模拟数字转换器 。数位讯号输出可能会使用不同的编码结构 。通常会使用二进制二补数(也称作“补码”)进行表示,但也有其他情况,例如有的设备使用格雷码(一种循环码) 。採样率模拟信号在时域上是连续的,因此可以将它转换为时间上连续的一系列数位讯号 。这样就要求定义一个参数来表示新的数位讯号採样自模拟信号速率 。这个速率称为转换器的採样率(sampling rate)或採样频率(sampling frequency) 。可以採集连续变化、频宽受限的信号(即每隔一时间测量并存储一个信号值),然后可以通过插值将转换后的离散信号还原为原始信号 。这一过程的精确度受量化误差的限制 。然而,仅当採样率比信号频率的两倍还高的情况下才可能达到对原始信号的忠实还原,这一规律在採样定理有所体现 。由于实际使用的模拟数字转换器不能进行完全实时的转换,所以对输入信号进行一次转换的过程中必须通过一些外加方法使之保持恆定 。常用的有採样-保持电路,在大多数的情况里,通过使用一个电容器可以存储输入的模拟电压,并通过开关或门电路来闭合、断开这个电容和输入信号的连线 。许多模拟数字转换积体电路在内部就已经包含了这样的採样-保持子系统 。混叠所有的模拟数字转换器以每隔一定时间进行採样的形式进行工作 。因此,它们的输出信号只是对输入信号行为的不完全描述 。在某一次採样和下一次採样之间的时间段,仅仅根据输出信号,是无法得知输入信号的形式的 。如果输入信号以比採样率低的速率变化,那幺可以假定这两次採样之间的信号介于这两次採样得到的信号值 。然而,如果输入信号改变过快,则这样的假设是错误的 。如果模拟数字转换器产生的信号在系统的后期,通过数字模拟转换器(digital to analog converter, DAC),则输出信号可以忠实地反映原始信号 。如经过输入信号的变化率比採样率大得多,则是另一种情况,模拟数字转换器输出的这种“假”信号被称作“混叠” 。混叠信号的频率为信号频率和採样率的差 。例如,一个2千赫兹的正弦曲线信号在採样率在1.5千赫兹採样率的转换后,会被重建为500赫兹的正弦曲线信号 。这样的问题被称作“混叠” 。为了避免混叠现象,模拟数字转换器的输入信号必须通过低通滤波器进行滤波处理,过滤掉频率高于採样率一半的信号 。这样的滤波器也被称作反锯齿滤波器 。它在实用的模拟数字转换系统中十分重要,常在混有高频信号的模拟信号的转换过程中套用 。儘管在大多数系统里,混叠是不希望看到的现象,值得注意的是,它可以提供限制频宽高频信号的同步向下混合(simultaneous down-mixing ,请参见採样过疏和混频器) 。速度和精度模拟数字转换器的速度根据其种类有较大的差异 。威尔金森模拟数字转换器受到其时钟率的限制 。频率超过300兆赫兹已经成为可能 。转换所需的时间直接与通道的数量成比例 。对于一个逐次逼近(successive-approximation)模拟数字转换器,其转换时间与通道数量的对数成比例 。这样,大量通道可以使逐次逼近转换器比威尔金森转换器快 。然而,威尔金斯转换器小号的时间是数字的,而逐次逼近转换器是模拟的 。由于模拟的自身就比数字的更慢,当通道数量增加,所需的时间也增加 。这样,其在工作时具有相互竞争的过程 。Flash模拟数字转换器是这三种里面最快的一种,转换基本是以一个单独平行的过程 。对于一个8位单元,转换可以在十几个纳秒的时间内完成 。人们期望在速度和精确度之间达到一个最佳平衡 。Flash模拟数字转换器具有与比较器水平的漂移和不确定性,这将导致通道宽度的不均一性 。结果是Flash模拟数字转换器的线性不佳 。对于逐次逼近模拟数字转换器,糟糕的线性也很明显,不过这还是比Flash模拟数字转换器好一点 。这里,非线性是源于减法过程的误差积累 。在这一点上,威尔金森转换器是表现最好的 。它们拥有最好的微分非线性 。其他种类的转换器则要求通道平滑,以达到像威尔金森转换器的水平 。数字输出选择1.高端仪表促进了更快的ADC速度和更多的通道数与密度,设计者必须评估转换器的输出格式,以及基本的转换性能 。2.主要的输出选项是CMOS(互补金属氧化物半导体)、LVDS(低压差分信令),以及CML(电流模式逻辑) 。3.要考虑的问题包括:功耗、瞬变、数据与时钟的变形,以及对噪声的抑制能力 。4.对于布局的考虑也是转换输出选择中的一个方面,尤其当採用LVDS技术时 。当设计者有多种ADC选择时,他们必须考虑採用哪种类型的数字数据输出:CMOS(互补金属氧化物半导体)、LVDS(低压差分信令),还是CML(电流模式逻辑) 。ADC中所採用的每种数字输出类型都各有优缺点,设计者应结合自己的套用来考虑 。这些因素取决于ADC的採样速率与解析度、输出数据速率,以及系统设计的功率要求,等等 。