ADC选型与基本原理(TI)
ADC基本原理...
ADC基本原理...目录ADC（模数转化）简介STM32F10x ADC特点ADC与引脚对应关系ADC框图（部分）STM32通道组单次转换模式连续转换模式扫描模式ADC中断ADC用到的部分寄存器ADC（模数转化）简介Analog-to-Digital Converter的缩写。
指模/数转换器或者模拟/数字转换器。
是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。
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字信号。
STM32F10x ADC特点12位逐次逼近型的模拟数字转换器。
最多带3个ADC控制器通过模拟开关每个控制器可以连接到多个通道最多支持18个通道，可最多测量16个外部和2个内部信号源。
支持单次和连续转换模式转换结束，注入转换结束，和发生模拟看门狗事件时产生中断。
通道0到通道n的自动扫描模式自动校准采样间隔可以按通道编程规则通道和注入通道均有外部触发选项转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器ADC转换时间：最大转换速率1us。
(最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到。
)ADC供电要求：2.4V-3.6VADC输入范围：VREF<=Vin <= VREr+ADC与引脚对应关系ADC框图（部分）进入ADC通道→进入注入通道或规则通道STM32通道组①规则通道组：相当正常运行的程序。
最多16个通道。
规则通道和它的转换顺序在ADC_SQRx寄存器中选择，规则组转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的L[3:0]中②注入通道组：相当于中断。
最多4个通道。
注入组和它的转换顺序在ADC_JSQR寄存器中选择。
注入组里转化的总数应写入ADC_JSQR寄存器的L[1:0]中。
单次转换模式单次转换模式下，ADC只执行一次转换。
该模式既可通过设置ADC_CR2寄存器的ADON位(只适用于规则通道)启动也可通过外部触发启动(适用于规则通道或注入通道)，这时CONT位为0。
ADC原理及的应用
ADC原理及的应用ADC是模数转换器的缩写，全称为Analog-to-Digital Converter。
它是一种电子设备，用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
ADC 的原理基于采样和量化两个核心步骤。
首先，ADC通过采样将模拟信号的连续波形转化为离散的数据点。
采样是指按照一定的时间间隔从模拟信号中选取多个等间隔的样本。
采样的速率被称为采样率，通常以赫兹（Hz）表示。
在采样过程中，ADC会根据采样定理要求，将采样频率至少设置为模拟信号最高频率的两倍，以确保采样数据的准确性。
接下来，ADC将采样得到的离散数据进行量化。
量化是指将每个样本的幅度值映射到一组离散的数值之间。
ADC使用一个量化器来将每个采样点的连续值转换为一个离散的数字表示。
最常见的量化方法是使用二进制表示，即将模拟信号的幅度值量化为二进制数。
量化的精度，也称为分辨率，决定了数字信号的精确程度。
分辨率越高，模拟信号的细微变化将被更准确地转换为数字信号。
ADC在各个领域的应用非常广泛。
以下是几个常见的应用示例：1.数字音频领域：ADC用于将声音信号转换为数字音频，使其能够被数字设备处理和存储。
例如，将模拟音频信号从麦克风或乐器中采样和量化，然后传输到计算机或数字音频设备中进行后续处理和回放。
2.电力系统：ADC在电力系统中用于监测和控制。
例如，用于电能计量，将电压和电流信号转换为数字形式，实现对电力负荷和能耗的测量和管理。
3.通信系统：ADC用于数字通信系统中的模拟信号转换和信号处理。
它可以将模拟信号转换为数字信号，并在数字信号处理器（DSP）中进行数字信号处理，例如滤波、调制解调等。
4.传感器网络：ADC在各种传感器网络应用中起着重要作用。
传感器通过ADC将模拟传感器信号转换为数字信号，然后传输给中央控制系统。
例如，温度传感器、压力传感器、湿度传感器等常用于自动化、环境监测和物联网等应用。
5.医疗设备：ADC被广泛用于医学领域的各种设备中，如心电图机、血压计等。
ADC选型经典指南
ADC选型手册一ADC的定义模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，(简称a/d转换器或adc,analog to digital converter)通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
二 ADC的基本原理在A/D转换中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能按一定的时间间隔对输入的模拟信号进行采样，然后再把采样值转换为输出的数字量。
通常A/D转换需要经过采样、保持量化、编码四个步骤。
也可将采样、保持合为一步，量化、编码合为一步，共两大步来完成。
(1)采样和保持：采样，就是对连续变化的模拟信号进行定时测量，抽取其样值。
采样结束后，再将此取样信号保持一段时间，使A/D转换器有充分的时间进行A/D转换。
采样－保持电路就是完成该任务的。
其中，采样脉冲的频率越高，采样越密，采样值就越多，其采样－保持电路的输出信号就越接近于输入信号的波形。
因此，对采样频率就有一定的要求，必须满足采样定理即：fs≥2fImax其中fImax 是输入模拟信号频谱中的最高频率（2）量化和编码：所谓量化，就是把采样电压转换为以某个最小单位电压△ 的整数倍的过程。
分成的等级称为量化级 ,A 称为量化单位。
所谓编码 , 就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。
采样后得到的采样值不可能刚好是某个量化基准值 , 总会有一定的误差 , 这个误差称为量化误差。
显然 , 量化级越细 , 量化误差就越小 , 但是 , 所用的二进制代码的位数就越多 , 电路也将越复杂。
量化方法除了上面所述方法外 , 还有舍尾取整法 , 这里不再赘述。
ADC选型与基本原理(TI)
Analog voltage 1V
7/8 V 6/8 V 5/8 V 4/8 V 3/8 V 2/8 V
1/8 V 0V
Binary code
111 110 101 100 011 010 001 000
Code corresponding to the discrete level simulation
2. Σ-Δ(Delta-Sigma)调制型 ADC：
Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数
字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电 压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理
后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化 ，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。
3. 右图为12位流水线 ADC的结构图。输入 Vin首先被采样/保持 （S&H）电路所采样 ，同时第一级的闪速 ADC把它量化为3位 ，此3位输出送给一3 位DAC（具有12位精 度），输入信号减去 此DAC的输出，放大 4倍送给下一级（第 二级），继续重复上 述过程，每级提供3 位，直到最后一级4 位闪ADC。对应 某一次采样，由于每级在不同的时间得到变换结果， 因此在进行数字误差校正前用移位寄存器对各级的结 果先按时间对准。注意只要某一级完成了某一采样的 变换，得到结果并把差值送给下一级，它就可以处理 下一个采样。因此流水线操作提高了处理能力。
f msa
1. Sampling and keeping
Sampling Theorem (Nyquist‘s Law):a signal with a bandwidth f must be sampled at a rate >2 , or information about the signal will be
常用的几种类型的ADC基本原理及特点
常用的几种类型的ADC基本原理及特点AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。
3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。
由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。
ADC选型经典指南
一ADC的定义模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，(简称a/d转换器或adc,analog to digital converter)通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
二 ADC的基本原理在A/D转换中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能按一定的时间间隔对输入的模拟信号进行采样，然后再把采样值转换为输出的数字量。
通常A/D转换需要经过采样、保持量化、编码四个步骤。
也可将采样、保持合为一步，量化、编码合为一步，共两大步来完成。
(1)采样和保持：采样，就是对连续变化的模拟信号进行定时测量，抽取其样值。
采样结束后，再将此取样信号保持一段时间，使A/D转换器有充分的时间进行A/D转换。
采样－保持电路就是完成该任务的。
其中，采样脉冲的频率越高，采样越密，采样值就越多，其采样－保持电路的输出信号就越接近于输入信号的波形。
因此，对采样频率就有一定的要求，必须满足采样定理即：fs≥2fImax其中fImax 是输入模拟信号频谱中的最高频率（2）量化和编码：所谓量化，就是把采样电压转换为以某个最小单位电压△ 的整数倍的过程。
分成的等级称为量化级 ,A 称为量化单位。
所谓编码 , 就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。
采样后得到的采样值不可能刚好是某个量化基准值 , 总会有一定的误差 , 这个误差称为量化误差。
显然 , 量化级越细 , 量化误差就越小 , 但是 , 所用的二进制代码的位数就越多 , 电路也将越复杂。
量化方法除了上面所述方法外 , 还有舍尾取整法 , 这里不再赘述。
采样的话时间非常短,起动AD转换后，就把模拟值读进去了。
ADC选型经典指南
ADC选型手册一ADC的定义模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，(简称a/d转换器或adc,analog to digital converter)通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。
而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
二ADC的基本原理在A/D转换中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能按一定的时间间隔对输入的模拟信号进行采样，然后再把采样值转换为输出的数字量。
通常A/D转换需要经过采样、保持量化、编码四个步骤。
也可将采样、保持合为一步，量化、编码合为一步，共两大步来完成。
(1)采样和保持：采样，就是对连续变化的模拟信号进行定时测量，抽取其样值。
采样结束后，再将此取样信号保持一段时间，使A/D转换器有充分的时间进行A/D转换。
采样－保持电路就是完成该任务的。
其中，采样脉冲的频率越高，采样越密，采样值就越多，其采样－保持电路的输出信号就越接近于输入信号的波形。
因此，对采样频率就有一定的要求，必须满足采样定理即：fs≥2fImax其中fImax 是输入模拟信号频谱中的最高频率（2）量化和编码：所谓量化，就是把采样电压转换为以某个最小单位电压△的整数倍的过程。
分成的等级称为量化级,A 称为量化单位。
所谓编码, 就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。
采样后得到的采样值不可能刚好是某个量化基准值, 总会有一定的误差, 这个误差称为量化误差。
显然, 量化级越细, 量化误差就越小, 但是, 所用的二进制代码的位数就越多, 电路也将越复杂。
量化方法除了上面所述方法外, 还有舍尾取整法, 这里不再赘述。
采样的话时间非常短,起动AD转换后，就把模拟值读进去了。
电子大讲堂教你如何选择ADC，ADC常见参数理解
电子大讲堂教你如何选择ADC，ADC常见参数理解首先看精度和速度，然后看输入通道数，输出的接口如 SPI 或者并行的，差分还是单端输入的，输入范围是多少。
如何选择你所需要的器件呢？要综合设计的诸项因素，系统技术指标、成本、功耗、安装等，最主要的依据还是速度和精度。
1. 精度与所测量的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位。
常见的 AD/DA 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。
2. 速度根据输入信号的最高频率来确定，保证 ADC 的转换速率高于系统要求的采样频率。
3. 通道有的单芯片内部含有多个 AD/DA 模块，可同时实现多路信号的转换；常见的多路 AD 器件只有一个公共的 AD 模块，由一个多路转换开关实现分时转换。
4. 数字接口方式接口有并行/串行之分，串行又有 SPI、I2C、SM 等多种不同标准。
数值编码通常是二进制，也有 BCD（二~十进制）、双极性的补码、偏移码等。
5. 模拟信号类型通常 AD 器件的模拟输入信号都是电压信号，而 DA 器件输出的模拟信号有电压和电流两种。
6. 同时根据信号是否过零，还分成单极性（Unipolar）和双极性（Bipolar）。
7. 电源电压有单电源，双电源和不同电压范围之分，早期的 AD/DA 器件要有+15V/-15V，如果选用单+5V 电源的芯片则可以使用单片机系统电源。
8. 基准电压有内、外基准和单、双基准之分。
9. 功耗一般 CMOS 工艺的芯片功耗较低，对于电池供电的手持系统对功耗要求比较高的场合一定要注意功耗指标。
10. 封装形式：常见的封装是 DIP，现在表贴型 SO 封装的应用越来越多。
11. 跟踪/保持（Track/Hold 缩写 T/H）原则上直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持，其他情况都应加采样保持。
12. 满幅度输出(Rail-to Rail) 新近业界出现的新概念，最先应用于运算放大器领域，指输出电压的幅度可达输入电压范围。
常用的几种类型的ADC基本原理及特点
常用的几种类型的ADC基本原理及特点AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。
3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。
由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。
4）Σ-Δ(Sigma/FONT>del ta)调制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。
ADC原理
计数器、锁存器、基准电压源、时钟信号源和逻辑控制电
路等部分组成
模拟输入
C
uI
CP
S -UREF
R
-
+
A1
uO1
-
+
A2
uO2
&
清零
积分器 检零比较器
开关控制
控制 电路
CP Reset
计数器
C
EN 锁存器
D7D6D5D4D3D2D1D0
(2)工作过程：
首先，将计数器清零，电容C放电，积分器的输出uO1为0。 假定输入电压uI为正，并持续一小段时间不变。转换过 程分两次积分完成 第一次积分：
所谓量化，就是把采样电压转换为以某个最小单位电压 △ 的整数倍的过程。分成的等级称为量化级 ,A 称为量 化单位。所谓编码 , 就是用二进制代码来表示量化后的 量化电平。
采样后得到的采样值不可能刚好是某个量化基准值 , 总 会有一定的误差 , 这个误差称为量化误差。显然 , 量化 级越细 , 量化误差就越小 , 但是 , 所用的二进制代码 的位数就越多 , 电路也将越 复杂。量化方法除了上面所 述方法外 , 还有舍尾取整法 , 这里不再赘述。
常见A/D 转换器
1、并联比较型A/D转换器
并联比较型A/D转换器的电路如图。它由电 阻分压器、电压比较器及编码电路组成，输 出的各位数码是一次形成的，它是转换速度 最快的一种A/D转换器。
模拟输入 R
uI 7 8 UREF
R 6 8 UREF
R
5 8
UREF
R
4 8
UREF
R
3 8
UREF
R 2 UREF 8
(1)采样和保持：
adc的种类,工作原理和用途
adc的种类,工作原理和用途ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟-数字转换器）是一种将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的设备。
在现代电子系统中，ADC起着至关重要的作用。
本文将介绍ADC的种类、工作原理和用途。
一、ADC的种类1.并行ADC：并行ADC（Parallel ADC）是一种高速、高精度的转换器。
它将多个转换单元并行工作，以提高整体转换速度。
并行ADC适用于高速数据采集和实时信号处理场景。
2.串行ADC：串行ADC（Serial ADC）是一种低速、低精度的转换器。
它通过串行传输数据，逐位完成模拟信号到数字信号的转换。
串行ADC适用于对速度要求不高的场景，如通信系统和传感器信号处理。
3.流水线ADC：流水线ADC（Pipeline ADC）是一种高效的多级转换器。
它将整个转换过程分为多个阶段，每个阶段按照一定顺序依次完成。
流水线ADC能够在较低的时钟频率下实现高速转换。
4.积分式ADC：积分式ADC（Integrating ADC）是一种基于积分原理的转换器。
它通过测量输入信号与参考信号的积分差值，实现模拟信号到数字信号的转换。
积分式ADC具有高精度和低漂移的特点。
5.闪烁ADC：闪烁ADC（Flash ADC）是一种高速、高精度的转换器。
它利用多个并行转换单元，在纳秒级时间内完成模拟信号的转换。
闪烁ADC适用于高性能数据采集和实时信号处理。
二、ADC的工作原理1.采样：ADC通过采样定理确定采样频率，将高速变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样定理指出，采样频率必须大于信号带宽的2倍，以确保信号的完整性。
2.量化：采样后的模拟信号需要进行量化，将其转换为二进制数字序列。
量化的过程通常采用均匀量化或非均匀量化方法。
3.编码：量化后的二进制数字序列需要进行编码，以便存储和传输。
常用的编码方式有努塞尔编码、韦弗编码等。
4.转换：ADC将编码后的二进制数字序列转换为数字信号，从而实现模拟信号到数字信号的转换。
《ADC工作原理》课件
闸流型
闸流型ADC通过控制开关， 将输入信号的电荷注入或 排出电容上，并通过对比 器进行比较，最终得到数 字输出。
并行型
并行型ADC将输入信号拆分 为多个较低精度的子信号， 每个子信号通过独立的ADC 通道进行转换，并在最后 合并为一个数字输出。
ADC的工作过程
1
量化
2
采样的模拟信号通过量化器，被
《ADC工作原理》PPT课件
ADC的定义和作用
1 定义
模数转换器（ADC）是一种电子设备，用于将模拟信号转换为数字形式，以便于数字系统 的处理和分析。
2 作用
ADC广泛应用于各种领域，包括通信、音频、图像处理、医疗仪器和工业自动化等，在数 字系统中起到重要作用。
ADC的基本原理
1 采样
ADC通过等间距采样 的方式，将连续的模 拟信号转换为离散的 样本。
转换为一系列离散的数字级别。
3
采样
ADC按照一定的时间间隔连续采样 模拟信号。
编码
经过量化的数字级别被编码器转 换为二进制形式，作为数字输出。
ADC的应用领域
通信
ADC用于数字通信设备中的信号采集和处 理，包括无线通信、卫星通信等。
音频
ADC用于音频设备中的模拟信号转换，如 音频录制、音频处理等。
图像处理
ADC在数字摄像机、图像传感器等设备中， 将光信号转换为数字图像。
医疗仪器
ADC在医疗设备中的信号检测和数据处理 中起到关键作用，如心电图仪、血压计等。
ADC的发展趋势
1 高速
随着数字系统的发展，需要更高速的ADC以满足实时性要求。
2 高分辨率
随着科技进步，人们对于更高分辨率的数字信号处理需求越来越多。
ADC选型与基本原理(TI)
右图为12位流水线 ADC的结构图。输入 Vin首先被采样/保持 （S&H）电路所采样， 同时第一级的闪速 ADC把它量化为3位， 此3位输出送给一3位 DAC（具有12位精 度），输入信号减去 此DAC的输出，放大4 倍送给下一级（第二 级），继续重复上述 过程，每级提供3位， 直到最后一级4位闪 ADC。对应 某一次采样，由于每级在不同的时间得到变换结果， 因此在进行数字误差校正前用移位寄存器对各级的结 果先按时间对准。注意只要某一级完成了某一采样的 变换，得到结果并把差值送给下一级，它就可以处理 下一个采样。因此流水线操作提高了处理能力。
ADC selection and Basic principles
Basic principles
电子开关S 受CP控制
N位数字量 输 出
CP S
ui′
ui
ADC的 量化 编码电路
. . Dn-1 .
D1 D0
取样展宽信号 输入模拟电压 ADC
采样过程是通过模拟电子开 关 S实现的。模拟电子开关每 隔一定的时间间隔闭合次， 当一个连续的模拟信号通这 个电子开关时，就会转换若 干个离散的脉冲信号。
通过采样脉冲的作用， 转换成时间上离散、但 幅值上仍连续的离散模 拟信号。量化编码就是 先将幅值连续可变的采 样信号量化成幅值有限 的离散信号，再将这 些离散信号用对应量化 电平的一组二进制代码 表示。
u
Sampling
Interval
Time
Sample Holding Time
Input signal waveform sampling circuit
Байду номын сангаас
集成ADC0809芯片内部包括 模拟多路转换开关和A/D转换 两大部分。 模拟多路转换开关由8路模 拟开关和3位地址锁存器与译 码器组成，地址锁存器允许信 号ALE将三位地址信号A 、 B、 C和D进行锁存，然 后由译码电路选通其中一路摸 信号加到A/D转换部分进行转 换。A/D转换部分包括比较器、 逐次逼近寄存器SAR、256R 电阻网络、树状电子开关、 控制与时序电路等，另外具 有三态输出锁存缓冲器，其 输出数据线可直接连CPU的数 据总线。
STM32】ADC的基本原理、寄存器（超基础、详细版）
STM32】ADC的基本原理、寄存器（超基础、详细版）ADC的基本介绍ADC的基本定义Analog-to-Digital Converter的缩写。
指模/数转换器或者模拟/数字转换器。
是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。
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字信号。
ADC的主要特征•12位逐次逼近型的模拟数字转换器；•最多带3个ADC控制器，可以单独使用，也可以使用双重模式提高采样率；•最多支持23个通道，可最多测量21个外部和2个内部信号源；•支持单次和连续转换模式；•转换结束，注入转换结束，和发生模拟看门狗事件时产生中断；•通道0到通道n的自动扫描模式；•自动校准；•采样间隔可以按通道编程；•规则通道和注入通道均有外部触发选项；•转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器；•ADC转换时间：最大转换速率1us（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟下得到）；•ADC供电要求：2.4V-3.6V；•ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。
STM32F10x系列芯片ADC通道和引脚对应关系由上图中可以看出，STM32F103ZET6带3个ADC控制器，一共支持23个通道，包括21个外部和2个内部信号源；但是每个ADC控制器最多只可以有18个通道，包括16个外部和2个内部信号源。
ADC的基本原理ADC的工作框图ADC模块的框图看起来比较复杂，接下来会一点一点地对它进行分析。
ADC引脚在框图中最左边的一列是ADC的各个引脚，它们的名称、信号类型和作用见下图：一般情况下，VDD是3.3V，VSS接地，相对应的，VDDA是3.3V，VSSA也接地，模拟输入信号不要超过VDD（3.3V）。
ADC时钟配置框图中标注的来自ADC预分频器的ADCCLK是ADC模块的时钟来源。
通常，由时钟控制器提供的ADCCLK时钟和PCLK2（APB2时钟）同步。
ADC原理与选型
ADC选型指导手册1定义、符号和缩略语Differential Non-Linearity...DNL（微分非线性）Integral Non-Linearity ...INL（积分非线性）Offset Gain Error（偏移与增益误差）Quantization Error（量化误差）Total harmonic distortion...THD（总谐波失真）Signal-to-noise plus distortion...SINAD（信号与噪声 + 失真比）Effective Number of Bits...ENOB（有效位数）Signal-to-noise ratio...SNR（信噪比）Spurious free dynamic range...SFDR（无杂散动态范围）RMS（均方根）2ADC概述我们处在一个数字时代，而我们的视觉、听觉、感觉、嗅觉等所感知的却是一个模拟世界。
如何将数字世界与模拟世界联系在一起，正是模拟数字转换器 (ADC)和数字模拟转换器(DAC)大显身手之处。
任何一个信号链系统，都需要传感器来探测来自模拟世界的电压、电流、温度、压力等信号。
这些传感器探测到的信号量被送到放大器中进行放大，然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号。
新的应用需求不断推动模拟技术的发展：性能越来越高，集成度不断提高。
ADC产品作为模拟IC的重要成员，在符合上述发展的趋势下，还存在自身的特点。
2.1ADC与DAC的区别用最简单的话讲，ADC是用来捕获大量未知的信号，并把它转换成已知的描述。
相反，DAC是接受完全已知的、深刻理解的描述，然后“简单地”产生等效的模拟数值。
简而言之，DAC工作在确定的领域，而ADC则工作在随机输入信号和未知性领域，只要输入在规定的范围内。
在传统的信号处理理论中，比如在Harry L.Van Trees的经典著作Detection, Estimation, and Modulation Theory中介绍的那样，信号处理面临着不同程度的挑战。
常用的几种类型的ADC基本原理及特点
常用的几种类型的ADC基本原理及特点AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。
它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。
3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。
由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
8位的adc设计原理
8位的adc设计原理8位的ADC设计原理一、引言模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的重要电子元件。
8位的ADC是指其输出为8位二进制数，即能将模拟信号按照256个离散的电平进行量化。
本文将介绍8位ADC的设计原理。
二、ADC的基本原理ADC的基本原理是将模拟信号进行采样和量化处理。
采样是指在一定的时间间隔内对模拟信号进行离散取样，量化是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
三、8位ADC的设计步骤1. 选择采样频率：采样频率决定了ADC对模拟信号进行离散取样的速度。
一般情况下，采样频率要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率要大于信号最高频率的两倍。
2. 设计模拟前端电路：模拟前端电路主要包括信号放大电路、滤波电路和抗混叠电路。
信号放大电路用于放大模拟信号的幅度，滤波电路用于去除高频噪声，抗混叠电路用于防止由于采样频率低于奈奎斯特频率而引起的混叠失真。
3. 设计采样电路：采样电路一般采用开关电容式采样电路。
采样电路的关键是选择合适的采样电容和采样电阻，以及设计合理的采样触发电路。
4. 设计比较器电路：比较器电路用于将采样电路的输出与参考电压进行比较，得到数字信号的高低电平。
5. 设计数字输出电路：数字输出电路将比较器输出的高低电平转换为二进制数，一般采用编码器和锁存器的组合电路实现。
6. 设计时钟信号电路：时钟信号电路用于同步各个模块的工作，保证ADC的稳定性和准确性。
四、8位ADC的性能指标1. 分辨率：分辨率是指ADC能够区分的最小电平变化。
对于8位ADC，其分辨率为电压参考范围除以256。
2. 采样速率：采样速率是指ADC每秒钟能够进行的采样次数。
对于8位ADC，其采样速率一般在几十至上百兆赫范围内。
3. 信噪比：信噪比是指ADC输出的有效信号与噪声信号的比值。
信噪比越高，表示ADC的输出信号质量越好。
4. 无线电频率范围：无线电频率范围是指ADC能够处理的模拟信号频率范围。
五、ADC的应用领域ADC广泛应用于各个领域，如通信、音频、视频、仪器仪表等。
ADC芯片的选择
ADC 芯片的选择(1)ADC 的性能指标在模数转换过程中，衡量ADC 转换性能的指标主要有：采样速率、采样精度、无杂散动态范围、信噪比、有效转换位数、孔径误差、转换灵敏度、全功率输入带宽等。
1)采样速率与采样精度采样速率是指模数变换的速率，而采样精度(分辨率)表示变换输出数据的比特数。
较高的采样速率与采样精度对应较宽的信号输入带宽和动态范围，因此这两个指标对于AD 采样器件性能是非常重要的衡量标准。
2)信噪比与无杂散动态范围信噪比(SNR)是信号电平的有效值和各种噪声(包括量化噪声、热噪声、白噪声等)有效值之比。
对于一个满量程的正弦输入信号，理论SNR 为：6.02 1.7610lg[/2B]s SNR n dB f =++式中，n 为采样位数，s f 为采样频率，B 为模拟带宽。
实际上，ADC 的信噪比还要考虑内部非线性、孔径抖动等因素，实际的信噪比要小得多。
而无杂散动态范围(Spurious Free Dynamic Range ，SFDR)是指ADC 输入信号的功率与ADC 输出信号频谱的最大信号峰值功率之比。
这一指标反映的是在ADC 输入大信号时，器件对小信号的检测和分辨能力。
SNR 是信号功率和残差功率之比，而SFDR 是信号功率与最大的寄生信号的峰值功率之比。
残差功率包括最大寄生信号的峰值功率，因此SFDR 要比SNR 大。
3)转换灵敏度：假设一个ADC 器件的输入电压范围为(-V ,V)，转换位数为n ，即它有2n 个量化电平，则它的量化电平为：2/2n V V ∆=V ∆ 也可以称之为转换灵敏度。
ADC 的转换位数越多，器件的电压输入范围越小，它的量化电平越小则其转换灵敏度越高。
4)有效转换位数有效转换位数(ENOB)是ADC 对应于实际信噪比的分辨率，可以通过测量各频率点的实际信噪比(SINAD)来测量。
对于一个满量程的正弦输入信号有：( 1.76)/6.02ENOB SINAD =-5)孔径误差由于模拟信号到数字信号的转换需要一定的时间来完成采样、量化、编码等工作，从而会产生孔径误差。
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ADC IN TI
Basic ADC
(ADC0809) 左图是ADC0809集成芯片的引脚图 。它是一个28脚的芯片，采用CMOS 工艺制成的8位ADC，内部采用逐次比 较结构形式。各引脚的作用如下： IN0~IN7 为8个模拟信号输入端。由地 址译码器控制将其中一路送入转换器 进行转换。 ADDRESS的A 、 B 、 C 、 D 是模拟 信道的地址选择。 CP为时钟脉冲输入端。ALE是地址锁 存允许信号，高电平时可进行模拟信 道的地址选择；START是启动信号。 上升沿将寄存器清零，下降沿开始进 行转换；EOC为模数转换结束，高电 平有效；2-1~2-8 是数字量输出端口； REF(+)为正参考电压输出；REF(-)是 负参考电压输出。
ADS5483 ADC 拥有同类竞争解决方案难以企及的高信噪比 (SNR) 与无杂散动态范围 (SFDR)，可通过第二奈 奎斯特区 (Nyquist zone) 接收来自 DC 的输入频 率。采样速率为 135 MSPS 的 ADC 在输入频率 (IF) 为 70 MHz 时可实现 78.6 dBFS 的 SNR 以及 95 dBc 的 SFDR，与同类 ADC 相比，SNR 高出 3.5 dB，SFDR 高出 8 dB。更高性能 ADS 5483 能够显著增强设计灵活性，进而使众多应用受益 匪浅。例如，其不仅可针对测量测试系统提供更 高的准确度，而且还能凭借更高带宽在包括空中 接口等在内的无线通信领域提供更高的灵敏度， 如 WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX（全球微波互 联接入 ）、LTE以及多载波 3 GSM 等。
右图为12位流水线 ADC的结构图。输入 Vin首先被采样/保持 （S&H）电路所采样， 同时第一级的闪速 ADC把它量化为3位， 此3位输出送给一3位 DAC（具有12位精 度），输入信号减去 此DAC的输出，放大4 倍送给下一级（第二 级），继续重复上述 过程，每级提供3位， 直到最后一级4位闪 ADC。对应 某一次采样，由于每级在不同的时间得到变换结果， 因此在进行数字误差校正前用移位寄存器对各级的结 果先按时间对准。注意只要某一级完成了某一采样的 变换，得到结果并把差值送给下一级，它就可以处理 下一个采样。因此流水线操作提高了处理能力。
Code corresponding to the discrete level simulation 7ε→7/8 V 6ε→6/8 V 5ε→5/8 V 4ε→4/8 V 3 ε→3/8 V 2ε→2/8 V 1 ε→1/8 V 0 ε→0V
We can see ，the maximum quantization error is ε=1/8 V。
2. coding: The quantized signal with the corresponding quantization level of a binary code to represent the process called encoding. Quantify the voltage difference between the two is called quantization interval S, the median quantitative voltage more finer quantization level, S values will become.
Eg: To 0 1V analog voltage for the three binary encoding.
Analog voltage 1V 7/8 V 6/8 V 5/8 V 4/8 V 3/8 V 2/8 V 1/8 V 0V Binary code
111 110 101
100 011 010 001 000
ADC main key specifications
1.Resolution ADC output is usually expressed in binary bits. The more bits, the smaller the error, the higher the conversion accuracy. 2. Conversion time ADC refers to the completion of a measurement of the analog-to-digital conversion is completed the amount of time required. It reflects the speed of ADC conversion rate.
fm s a
1. Sampling and keeping Sampling Theorem (Nyquist‘s Law):a signal with a bandwidth f must be sampled at a rate f s >2 f a , or information about the signal will be lost. If the sampling frequency less than twice the bandwidth of the analog signal, aliasing phenomenon appears. usually, f s=(3~5) f a
Classification
1.SAR（逐次逼近 ）型ADC： 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻 辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内 置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。 其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在 低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位） 时价格很高。 TLC0831 (德州仪器公司（TI）推出的TLC0831/2是广 泛应用的8位A/D转换器。) TLC0831可以外接高精度基准以提高转换精度， TLC0832的基准输入在片内与VCC连接。TLC0831/2的 操作非常类似TLC0834/8（更多输入通道），为以后 升级提供便利。
3. Absolute Accuracy It Means the ADC converted from digital to analog represents the actual difference between analog input values, usually represented by digital simulation of the lowest input Ulsb（最低有效位电压） to measure. 4. SFDR (Spurious Free Dynamic range ) IN ADC:无杂散动态范围是指载波频率(最大信 号成分)的RMS（有效值）幅度与次最大噪声成 分或谐波失真成分的RMS值之比 ，SFDR通常以 dBc (相对于载波频率幅度) 表示。
Quantization and coding 1. Quantization: Digital signal, not only in time is discrete, but also numerical value of the change is not continuous. That the size of any digital is only a certain specified minimum number of integer units. Therefore, before A / D conversion must also be sampled voltage into the smallest integral multiple of the number of units, the conversion process is known as "quantitative."
2. Σ-Δ(Delta-Sigma)调制型 ADC： Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器 和数字滤波器等组成。原理上近似于积分 型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号， 用数字滤波器处理后得到数字值。电路的 数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
3.
ui
Discrete sampling circuit output waveform
t
Basic sampled-data systems
The figure shows a typical sampled data DSP system block diagram. The actual analog-to-digital conversion, analog signal usually must go through certain types of signal conditioning circuits, these signals to perform as amplification, attenuation, and filtering such functions. Requires lowpass / band pass filter to unwanted signals eliminated from the useful bandwidth, and can prevent the occurrence of aliasing.
流水线ADC结构适合于几Msps到100Msps 采样速率，其复杂性随分辨率的增加只是 线性（而不是指数）增加，具有高速、高 精度和低功耗特性，适用于各种场合，特 别是数字通讯领域，在这些领域中转换器 的动态性能经常比微分非线性(DNL)和积分 非线性等传统的ADC特性更重要。在大多数 的应用中，流水线ADC的数据延迟都无关紧 要。
ADC selection and Basic principles
Basic principles
电子开关S 受CP控制
N位数字量 输 出