ADC模数转换器的类型

原版英文原文地址：Types of A/D Converters [Updated 2022] | Dewesoft

1. ADC的主要特点：

• 采样速率：模数转换的速度有多快

快慢都可以，视情况而定。

比如温度变化很小的，每分钟采样一次即可；一些变化很快的要每秒钟采样1,000,000次（1M/s）。

如果我们期望它经历最大频率为100 Hz的振动，我们必须将采样率设置为至少两倍(奈奎斯特频率)，但在实践中，为了获得信号形状的高质量表示，十倍的过采样会更好。所以在这个例子中，我们将采样率设置为1000hz并进行测量。

采样率太高，采的数据太多，会浪费数据处理能力；采样率太低，有可能采集不到重要的动态信号，或者有可能信号的变化速率和采样速率一样，会出现“混叠”信号（如果系统缺少抗混叠滤波Anti-aliasing filtering）

关于抗混叠滤波AAF：在ADC之前对模拟域进行滤波，就可以防止出现混叠问题，避免错误信号破坏测量的完整性。理想的AAF应该有一个非常平坦的通带，并且在奈奎斯特频率(基本上是采样率的一半)处有非常尖锐的截止点。典型的AAF配置：ADC前设置一个陡峭的低通模拟滤波器，防止超过ADC最大带宽一半的信号通过。

• 位分辨率：模数转换的精度有多高

在数据采集的早期，8位adc很常见。24位adc是用于进行动态测量的大多数数据采集系统的标准，而16位adc通常被认为是信号的最低分辨率，有一些使用12位adc的低端系统。

由于每一位分辨率有效地使可能的分辨率翻倍，24位adc系统提供2^24 = 16,777,216。因此，一个1伏的输入信号可以在y轴上分成超过1600万步。

• 多路ADC

数据记录器或工业控制系统，通常使用多路复用A/D，因为它们比每个输入通道有一个单独的ADC芯片的A/D卡更便宜。通过一次将一个模拟信号多路复用到ADC来实现的。这是一种成本较低的方法，但不可能在时间轴上精确地对齐信号，因为一次只能转换一个信号。因此，信道之间总是存在时间偏差。

        2. 五种主要的ADC

•  逐次逼近ADC（Successive Approximation ADCs, SAR)

SAR提供了一个极好的平衡速度和分辨率，并处理各种各样的信号与优秀的保真度。

一个模拟参考电压作为模拟输入，采样保持后被送入比较器，比较器将比较结果发送给SAR，这个过程持续“n”次，“n”是ADC本身的位分辨率，直到找到最接近实际信号的值。

SAR ADC没有任何固有的抗混叠滤波(AAF)。没有办法用软件来修复它。必须通过始终比所有输入信号的奈奎斯特频率更快的采样，或通过对ADC之前和内部的信号进行滤波，来防止这种情况的发生。

优点：电路简单，只需要一个比较器；与delta-sigma ADC相比，可能具有更高的采样率；可以很好地处理自然和非自然波形。

缺点：必须在外部添加抗混叠滤波；与delta-sigma ADC相比，比特分辨率和动态范围有限。

• Delta-sigma

利用DSP技术来提高振幅轴分辨率并降低SAR设计中固有的高频量化噪声。delta-sigma adc复杂而强大的设计，使其成为需要尽可能高振幅轴分辨率的动态应用的理想选择。这就是为什么它经常出现在音频、声音和振动中，以及广泛的高端数据采集应用中。它也广泛用于精密工业测量应用。

 在DSP中实现的低通滤波器消除了实质上的量化噪声，从而获得了优异的信噪比性能。Delta-sigma ADC通过对远高于所选采样率的信号进行过度采样来工作。然后，DSP以用户选择的速率从这些过度采样的数据中创建高分辨率的数据流。这种过度采样可能比所选采样率高数百倍。这种方法创建了一个非常高分辨率的数据流(24位是常见的)，并具有允许多级抗混叠滤波(AAF)的优点，使其几乎不可能数字化虚假信号。然而，它确实施加了一种速度限制，因此delta-sigma adc通常不如SAR adc快。

优点：高分辨率输出(24位)；过采样降低量化噪声；固有抗混叠滤波。

缺点：采样速率限制在200 kS/s；左右不能处理非自然形状的波形以及SAR。

Delta-sigma adc的应用包括数据采集，特别是噪声和振动，工业平衡，扭转和旋转振动，电能质量监测，精密工业测量，音频和语音带，通信。