模拟数字转化器 (ADC) 选择指南

要选择合适的 ADC，您首先需要考虑以下四个关键因素：

- 分辨率
- 速度
- 准确度
- 噪声

当您从上述几个方面评估您的项目需求后，通过考虑诸如以下不太重要的变量，您可以进一步缩小选择范围：

- 输入电压
- 接口
- 通道数量

需考虑的 ADC 选择标准

随着您探索 ADC 的世界，在分辨率、速度、准确度和噪声将如何影响您的选择上，唤起您的记忆可能很有帮助。

分辨率 是指每次转换时 ADC 可以生成的输出位的数量。该数字决定了系统可以代表的最小输入信号。分辨率也确定了 ADC 可以表达的模拟信号最小增量变化。

速度 与设备的采样率有关 — 换句话说，也就是 ADC 可以处理的每秒最大转换数量是多少？采样率由执行一次转换所需的时间决定。该数字决定了在情况最好的情形下每秒可以处理多少个样本。

准确度 相对简单。输出与输入的匹配紧密程度如何？输出中有多少是有用信号？一般来说，我们使用被称为信噪比 (SNR) 的数字，根据输出信号中存在的噪声来评估准确度；信噪比越高越好（每给定噪声量的信号更多）。即使是对于理想的 ADC，也会存在一定数量的噪声，因为必须进行舍入才能使模拟信号数字化（量化噪声，解释见下文）。较高的分辨率通常也会产生较高的准确度，因为舍入误差越小，数字输出到模拟输入就越真实。

量化噪声是有助于提高设备准确度的多种噪声类型之一。此类噪声值得一提，因为量化噪声在模拟数字转换过程中是不可避免的。简单地说，当一个连续集转换为一个离散集时，我们可以预计到的是会丢失部分信息。我们将种丢失的信息称为量化噪声，它表现为锯齿噪声信号。在分辨率够高的情况下，可以在机能上克服量化噪声，但它仍是 ADC 过程的固有一部分。

常见 ADC 架构概述

不同的 ADC 设计都有自己的优点和缺点。因此，您的项目和预期用例将在很大程度上决定着选择使用哪种类型的 ADC。清楚地了解您希望设备实现的目的有助于您确定上述四个因素的优先次序，并指导您选择适当类型的 ADC 架构。

最常见的 ADC 架构如下：

- 闪存
- 逐次逼近寄存器 (SAR)
- Delta-sigma
- 流水线型

对于给定的架构类型，ADC 的分辨率越高，它的速度就越低（反之亦然），这是因为较高的分辨率意味着有更多的数据要转换。不过，流水线型 ADC 一种有点独特的方法：它们结合了 SAR 和闪存型 ADC 的部分最佳特性，从而努力实现较高速度和分辨率。

尽管闪存型 ADC 体积大且昂贵，但它们的速度使其成为模拟视频录制转换为数字（一个涉及大量数量的过程）的优质候选。SAR 在数据采集和仪表应用方面非常受欢迎，这是因为在此类应用中，超高速不太重要，准确度才最为重要。

Delta-sigma 架构（最新设计中的一种）可以取得惊人的准确度，但也是流行设计方案中速度最慢的一种，使其非常适合高保真音频应用。此类情况下，获取甚至细小的细微差别至关重要，但数据总量不是极端的（例如相比视频而言）。因此，您可以看到大多用于数字音频和乐器的 Delta-Sigma 设计。

最后，流水线型 ADC 由于能够合理地结合高分辨率和速度而越来越受欢迎。流水型线设计本质上是 SAR 更为完善的版本，它们非常适合各种应用，其中包括：

- 医学超声成像

对于准确度，它是分辨率和采样速度相结合的结果。分辨率决定了振幅精度和舍入误差（因此决定了量化噪声及准确度的基准损失）。同时，采样速度决定了时间的准确度和精度（每秒对来源采样的次数越多，时间就越准确）。ADC 统计表将在“信噪比”一行获取整体准确度和特定的量化噪声。您可能希望该数值尽可能地高（每给定噪声量的信号功率更大）。

其他要考虑的内容

不要忘记考虑实际问题。不同的 ADC 装置在以下方面差异很大：

- 物理尺寸
- 可能输入的数量
- 功率要求

例如，闪存型 ADC 不太适合便携式设备，因为它们的许多组件会影响尺寸和功耗。任何打算生产便携式设备的厂商或许应该看看以往的闪存型 ADC，考虑一些更适合较小设备和电源系统的东西。同样，由于许多 ADC 只允许两个输入，因此，如果您的应用需要两个以上的输入，则可以通过将搜索限制在多通道 ADC 的方式来节省时间。

请牢记，无论您选择哪种架构，最低采样频率（称为奈奎斯特速率）应该至少是输入的最大频率的两倍。根据输入数据的预期频率，您想确保自己的采样率足够高。