AD转换器原理详解：从模拟信号到数字信号的精准转换

AD转换器基本原理

AD转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）是实现模拟信号数字化的核心器件。其主要功能是将连续变化的模拟电压信号转换为离散的数字代码，以便于微处理器、数字信号处理器（DSP）或FPGA等设备进行处理。

1. 采样与量化

根据奈奎斯特采样定理，为了不失真地还原原始信号，采样频率必须至少是信号最高频率的两倍。在采样过程中，系统以固定时间间隔对模拟信号进行“截取”，形成一系列离散样本点。随后，每个样本值通过量化处理被映射到最接近的数字等级，这一过程引入了量化误差。

2. 量化分辨率与精度

AD转换器的性能通常由位数（如8位、12位、16位）决定。位数越高，表示能区分的电压级别越多，分辨率越精细。例如，一个12位的ADC可分辨4096个不同的电压等级，显著提升测量精度。

3. 常见类型与应用场景

常见的AD转换器包括逐次逼近型（SAR ADC）、积分型（Sigma-Delta ADC）、并行比较型（Flash ADC）和流水线型（Pipeline ADC）。其中，SAR ADC因功耗低、精度高，广泛应用于工业传感器、医疗设备和智能仪表中。

AD转换器的关键参数

在实际应用中，还需关注以下关键指标：

• 转换速度：单位时间内完成的转换次数，影响实时性。
• 信噪比（SNR）：反映有效信号与噪声的比例，越高越好。
• 非线性误差（INL）：衡量输出数字码与理想值之间的偏差。
• 电源抑制比（PSRR）：评估电源波动对转换结果的影响。