便携式数据采集系统中 ADC 的选用指南
数据采集系统的AD转换器选择
数据采集系统的A/D转换器选择做电子技术的人经常需要使用A/D转换器，尤其是在数据采集方面，那在选择A/D芯片时，主要需要考虑哪些因素呢？现就A/D芯片的转换速率、分辨率、输入电压范围、输出方式等几个主要参数简单说明一下【1】，以下是以线阵CCD（TCD1304AP）的数据采集为例。
（1）采样频率：A/D的转换速率限制了器件的最高采样速率，器件的采样速率是根据奈奎斯特理论（采样定理）来确定的；本设计的CCD输出信号是经过采样保持的离散模拟信号，频率为0.5MHz；因此A/D器件采样频率只要大于或等于0.5MHz即可。
正常推荐采样率为信号最高频率的5-20倍。
（2）分辨率：A/D的分辨率是由A/D的转换位数决定的。
对于分辨率的要求，需要根据输入信号特性决定（CCD输出信号），综合考虑A/D可能带入的量化噪声进行选择。
TCD1304AP 器件的动态范围为300（最小饱和输出电压与最大暗电压之比），即暗信号噪声幅度为信号幅值的1/300=0.33%。
8位A/D引入的量化噪声为1/28 =0.39%，12位A/D引入的量化噪声为1/212=0.024%，16位A/D引入的量化噪声为1/216=0.0015%。
可见，8位的A/D分辨率不够，而12和16位又有点浪费。
不过这是根据10ms光积分时间的动态范围理论值估计的结果，而实际上光积分时间增加，暗电流幅值也会增大，动态范围相应减小；此外如果A/D 转换时未达到满量程，还需要对A/D量化误差比例进行折算，如8位A/D的量程幅值为3V，实际信号为2V，则量化噪声不再是1/28=0.39%，而是1/28X3/2=0.59%；A/D的差分线性误差也会带入噪声。
综合考虑，选择12的A/D器件最适合系统要求。
（3）输入电压范围：CCD饱和输出电压经过预处理后的输出峰峰值为2V（1.5-3.5V），因此A/D的输入电压范围应该大于2V；另外，电压范围过大，量化误差也越大；综合考虑，A/D 器件的输入电压范围在大于2V的基础上，越小越好。
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。
ADC选型经典指南
ADC选型经典指南选择ADC（模数转换器）是设计电子系统中的重要环节，它决定了信号从模拟域到数字域的转换质量。
因此，正确选择适合应用需求和性能要求的ADC至关重要。
对于初学者来说，ADC选型可能会变得复杂和困难，因为市场上有各种不同类型和规格的ADC可供选择。
本篇文章将为您提供一个经典的ADC选型指南，以帮助您了解选择ADC的关键因素，从而更好地满足您的应用需求和性能要求。
1. 分辨率（Resolution）：ADC的分辨率是指它可以区分和表示的模拟输入电压范围的细微变化程度。
分辨率通常以位数（bits）表示，例如8位、10位、12位等等。
较高的分辨率可以提供更精确的模拟信号转换，但通常伴随着更高的成本和功耗。
因此，需要根据应用需求和所需精度来选择适当的分辨率。
2. 采样率（Sampling Rate）：ADC的采样率是指它可以将模拟信号转换为离散数字样本的速率。
采样率通常以每秒样本数（Samples per Second, SPS）或赫兹（Hz）表示。
采样率的选择应基于所需的信号频率范围和应用频谱。
通常，采样率应至少是输入信号频率的两倍，以避免混叠（aliasing）问题。
3. 噪声（Noise）：ADC的噪声是指在信号转换过程中引入的非期望信号成分。
噪声会降低系统的信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR），从而影响转换的准确性和可靠性。
因此，选择具有较低噪声指标的ADC对于需要高转换精度的应用至关重要。
4. 功耗（Power Consumption）：ADC的功耗是指在进行信号转换时消耗的电能。
功耗通常以瓦特（W）或毫瓦（mW）表示。
功耗与采样率和分辨率密切相关，较高的采样率和分辨率通常伴随着较高的功耗。
因此，在选择ADC时需要平衡性能要求和能源限制。
5. 输入电压范围（Input Voltage Range）：ADC的输入电压范围是指它可以接受的模拟输入信号的电压范围。
电力数据采集AD转换器的选择方案
电力数据采集AD转换器的选择方案
2.4采样方法
谐波监测时，常需要几路信号同时采样，笔者就做过8路信号的同步采样。
一般有以下3种方法：
(1)间隔扫描方法：它是一种模拟同时采样的方法。
图2说明了这种间隔扫描方法。
对于这种方法，在采样两个通道之间，存在一个非常小的时间误差ts。
这个时间误差ts实际上是ADC的采样周期，它由ADC的最大转换速率所决定。
例如，当使用一个采样速度为200 kHz的ADC时，则采样计时误差为5 μs。
T是扫描周期，它是一个可调整的值，它根据所测量的现象而进行设置。
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。
AD选型指南
A/D、D/A转换器在模拟集成电路世界占有非常重要的地位，在系统中实现数据的采集与处理，完成模拟与数字相互转换。
将模拟信号转换成能进行数字处理的二进制代码的模拟集成电路称为A/D转换器，即Analog to digital converter（简称ADC），A/D转换器的输入信号为模拟信号，输出信号为数字信号，输入类型有单端输入和差分输入，输出类型有并行输出和串行输出，输出数字信号电平模式有CMOS、TTL、ECL和L VDS。
将二进制代码转换成模拟信号的集成电路称为D/A转换器，即Digital to analog converter（简称DAC），输入信号为数字信号，输出为模拟信号，输入类型有并行输入、串行输入和分段输入，输出类型有电流输出和电压输出。
选择合适的A/D、D/A转换器及应用好所选择的产品，关系到系统整体性能，下面将从系统选择和使用A/D、D/A转换器以及A/D、D/A转换器的特性等几方面进行阐述。
一、系统中A/D、D/A转换器的选择考虑的因素根据不同的系统要求，选择具体A/D、D/A转换器的产品可因人而异，但是，大体可遵循以下原则：①终端系统的要求根据对终端系统的要求分析，确定整体系统分解到A/D、D/A模块的主要指标，提出需要的产品精度（即位数或分辨率）和速度（即A/D：转换率/转换时间，D/A：转化速率/建立时间）。
②成本考虑成本与产品性能的取舍方案，确定可接受的成本范围。
③分辨率或精度根据分辨率或精度划分A/D、D/A转换器一般有：4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、18位、20位、22位、24位等。
④速度对于选择低速A/D转换器，则确定系统容许的转换时间，对于选择高速A/D转换器，则确定系统容许的采样频率和模拟输入信号频率。
对于选择低速D / A转换器，则确定系统容许的建立时间，对于选择高速D/A转换器，则确定系统容许的工作频率和模拟输出信号频率。
⑤性能在确定以上因素后进行产品的具体选择时，应主要考虑如下表所示的电性能参数，根据具体系统确定满足要求的产品。
AD选型考虑因素
一：AD选型需要考虑的因素A/D器件和芯片是实现单片机数据采集的常用外围器件。
A/D转换器的品种繁多、性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的A/D 转换器以满足系统设计要求的问题。
选择A/D转换器件需要考虑器件本身的品质和应用的场合要求，基本上，可以根据以下几个方面的指标选择一个A/D器件。
（1）A/D转换器位数A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。
从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。
量化误差与A/D 转换器位数有关。
一般把8位以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器，9~12 位的称为中分辨率转换器，13位以上的称为高分辨率转换器。
10位A/D芯片以下误差较大，11位以上对减小误差并无太大贡献，但对A/D转换器的要求却提得过高。
因此，取10位或11位是合适的。
由于模拟信号先经过测量装置，再经A/D转换器转换后才进行处理，因此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。
A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。
也就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。
目前，大多数测量装置的精度值不小于01%~0.5%，故A/D转换器的精度取0.05%~0。
1%即可，相应的二进制码为10~11位，加上符号位，即为11~12位。
当有特殊的应用时，A/D转换器要求更多的位数，这时往往可采用双精度的转换方案。
（2）A/D转换器的转换速率A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。
转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。
确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。
例如，如果用转换时间为100us的A/D转换器，则其转换速率为10KHz。
ADC的分类比较及性能指标
ADC的分类比较及性能指标1 A/D转换器的分类与比较 (1)1.1 逐次比较式ADC (1)1.2 快闪式（Flash）ADC (2)1.3 折叠插值式（Folding&Interpolation）ADC (3)1.4 流水线式ADC (4)1.5 ∑-Δ型ADC (6)1.6 不同ADC结构性能比较 (6)2 ADC的性能指标 (7)2.1 静态特性指标 (7)2.2 动态特性指标 (11)1 A/D转换器的分类与比较A/D转换器（ADC）是模拟系统与数字系统接口的关键部件，长期以来一直被广泛应用于雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地震、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。
随着计算机和通信产业的迅猛发展，进一步推动了ADC在便携式设备上的应用并使其有了长足进步，ADC正逐步向高速、高精度和低功耗的方向发展。
通常，A/D转换器具有三个基本功能：采样、量化和编码。
如何实现这三个功能，决定了A/D转换器的电路结构和工作性能。
A/D转换器的分类很多，按采样频率可划分为奈奎斯特采样ADC和过采样ADC，奈奎斯特采样ADC又可划分为高速ADC、中速ADC和低速ADC；按性能划分为高速ADC和高精度ADC；按结构划分为串行ADC、并行ADC和串并行ADC。
在频率范围内还可以按电路结构细分为更多种类。
中低速ADC可分为积分型ADC、过采样Sigma-Delta型ADC、逐次逼近型ADC、Algonithmic ADC；高速ADC可以分为闪电式ADC、两步型ADC、流水线ADC、内插性ADC、折叠型ADC和时间交织型ADC。
下面主要介绍几种常用的、应用最广泛的ADC结构，它们是：逐次比较式（S A R）ADC、快闪式（F l a s h）ADC、折叠插入式（F o ld i n g&Interpolation）ADC、流水线式（Pipelined）ADC和∑-Δ型A/D转换器。
1.1 逐次比较式ADC图1 SAR ADC原理图图1是SAR ADC的原理框图。
ADC方法及其应用解析
ADC方法及其应用解析ADC（Analog-to-Digital Converter）即模拟到数字转换器，是一种将模拟信号转换成数字信号的设备或电路。
它是广泛应用于电子设备中的关键部件，能够将模拟量转换成数字量，提供适合数字处理的输入。
ADC的基本原理是将连续变化的模拟信号转换成一系列离散值的数字信号。
具体流程如下：1. 采样（Sampling）：将连续信号按照一定的时间间隔采集一系列模拟样本点，形成离散的信号序列。
2. 量化（Quantization）：将采样到的连续信号值映射到特定的离散值，这个离散值称为量化值。
量化值的精度决定了ADC的分辨率。
3. 编码（Encoding）：将量化后的模拟信号值通过编码器转换成对应的二进制数字，形成数字信号。
4. 输出（Output）：将编码后的数字信号输出给数字处理器或存储器，进行进一步的数字处理。
1.模拟信号采集：ADC广泛应用于各种采集系统中，如声音、图像、温度、压力、速度等模拟信号的采集。
通过ADC将模拟信号转换成数字信号后，可以方便地进行数字处理、传输和存储。
2.传感器读取：许多传感器输出的都是模拟信号，如光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
通过ADC将传感器输出的模拟信号转换成数字信号后，可以更方便地进行信号处理和判断。
3.音频处理：音频设备中的模拟声音信号需要经过ADC转换成数字信号，再通过数字信号处理器（DSP）进行各类音频处理，如滤波、均衡、混响、压缩等操作，最后再通过DAC转换成模拟信号输出。
4.通信系统：通信系统中，数字信号在传输前必须通过ADC转换成模拟信号，例如ADSL调制解调器将数字信号转换成模拟信号进行传输，接收端再通过ADC将模拟信号转换成数字信号进行解码和处理。
5.医疗设备：医疗设备中的生理参数监测仪器，如心电图仪、血压计、血氧仪等，需要将模拟信号采集并通过ADC转换成数字信号，以便后续的医学诊断和分析。
6.自动控制系统：自动控制系统中的模拟量传感器一般通过ADC转换成数字量信号，供控制器进行逻辑判断和控制处理。
总结-8位串行ADC
8位串行ADC概述
8位串行ADC是一种模数转换器，其 将模拟信号转换为8位（即256个等级） 的数字信号。
8位串行ADC的转换速率通常较低， 但足以满足大多数低速应用的需求。
8位串行ADC通常具有低功耗、小尺寸和低 成本等优点，因此在许多应用中得到广泛应 用，如传感器接口、音频处理和电池供电设 备等。
总结-8位串行ADC
目录
CONTENTS
• 引言 • 8位串行ADC工作原理 • 8位串行ADC性能指标 • 8位串行ADC的应用场景 • 8位串行ADC的选型指南 • 8位串行ADC的未来发展趋势 • 结论
01 引言
ADC简介
ADC，即模数转换器，是一种将模拟 信号转换为数字信号的电子元件。它 广泛应用于各种领域，如通信、音频 处理、图像处理等。
功耗
总结：功耗是指ADC在工作时所消耗的电能，通常以毫瓦 （mW）或瓦（W）表示。
功耗是评估ADC能效的重要指标，低功耗的ADC有助于降低 系统整体能耗和散热需求。8位串行ADC的功耗取决于其工作 模式和工艺实现，一般在几十毫瓦至几百毫瓦之间。
04 8位串行ADC的应用场景
数据采集系统
实时数据采集
VS
转换时间
考虑ADC的转换时间，确保在所需采样 速率下，ADC能够及时完成转换。
功耗和尺寸限制
功耗
根据系统功耗预算和便携性要求，选择低功 耗或优化功耗的ADC。
尺寸
考虑PCB板空间和集成度要求，选择合适尺 寸的ADC以适应系统布局和布线需求。
06 8位串行ADC的未来发展 趋势
提高分辨率和精度
对未来研究和应用的建议
ADC选型指南范文
ADC选型指南范文ADC（模数转换器）是将模拟电信号转换为数字数据的一种设备，广泛应用于工业自动化、仪器仪表、通信系统等领域。
在选择适合的ADC时，需要考虑以下几个关键因素：分辨率、采样率、信噪比、失真、功耗和接口类型等。
本篇文章将从这些方面为您介绍ADC选型的指南。
首先，分辨率是ADC的一个重要参数，表示数字输出的位数。
较高的分辨率可以提供更精确的测量结果。
一般来说，14位或16位的ADC具有较高的分辨率，但价格也相对较高。
对于一般的应用场景，10位或12位的ADC已经足够满足需求。
其次，采样率是ADC的另一个重要参数，表示每秒钟转换的模拟样本数。
较高的采样率可以提供更精确的信号重建，尤其是对于高频信号。
采样率的选择应根据系统的需求来确定，一般来说，20kHz至100kHz的采样率已经能够满足大部分应用需求。
信噪比（SNR）是衡量ADC性能的关键指标之一，表示信号与噪声的比例。
较高的信噪比可以提供更清晰的信号，减少测量误差。
在工业环境中，可能存在较高的干扰和噪声，因此选择具有较高信噪比的ADC非常重要。
一般来说，大于70dB的信噪比已经可以满足大部分应用场景。
失真是ADC性能的另一个重要参数，表示输入信号与输出信号之间的差异。
常见的失真包括谐波失真和非线性失真。
较低的失真可以提供更准确的信号重建，从而减少测量误差。
选择具有较低失真的ADC可以提高测量精度。
功耗是选择ADC时需要考虑的另一个因素，尤其是在移动和便携设备中。
较低的功耗可以延长电池寿命，并减少系统的发热。
一般来说，功耗在几十毫瓦或更低的ADC可以满足多数应用需求。
最后，接口类型是选择ADC时需要考虑的另一个因素。
常见的接口类型包括SPI、I2C和并行接口等。
根据系统的需要选择适合的接口类型可以简化系统设计和集成。
综上所述，选择适合的ADC时需要考虑分辨率、采样率、信噪比、失真、功耗和接口类型等因素。
根据实际需求确定每个因素的权重，并寻找具有合适性能和价格的ADC。
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。
如何选择适合自己的ADC？
如何选择适合自己的ADC？现在可供使用的模/数转换器（ADC）类型如此之多，并非必须是模拟信号链专家才能从中选择合适的一款。
那么您的选择是什么？独立式（或分立式）ADC范围通常为8位至24位，甚至有些32位可供选择。
ADC 核心也集成到微控制器、FPGA、处理器或完整的片上系统（SoC）。
有逐次逼近寄存器（SAR）ADC和Σ-Δ版本。
需要最高采样率时，使用流水线ADC。
有些ADC的采样率低至大约10次每秒，有些则高于1Gsps。
ADC的价格范围从不足1美元到265美元或更高不等。
有些流水线ADC的1000片报价很大程度上是市场营销的“虚高”价格，这就意味着实际价格一般低于公布的“1k”价格。
速度、功耗以及所测信号的精度有多重要？为帮助您选择满足具体应用的正确或最好的ADC，我们略微深入了解一下这些不同的类型，并介绍其最佳工作条件。
SAR ADC——适用于中等速度和快照数据SAR ADC提供较宽范围的位数、采样率或速度。
从6或8位到高达20位，SAR ADC一般工作在数ksps到高达10Msps。
SAR ADC 是中速应用的好选择，例如电机控制、振动分析以及系统监测。
此类ADC没有流水线ADC那么快，但一般比Δ-Σ ADC快。
SAR ADC的功耗与采样率成线性关系。
例如，如果SAR ADC在1Msps时的功耗为5mW，那么1ksps时的功耗一般为5μW。
因此，SAR ADC非常灵活，客户库存一款器件即可用于多种应用。
SAR ADC还有另外一种优势：获取模拟输入信号的“快照”。
SAR结构只对单一时刻进行采样（即“抓取”）。
（我们随后将解释这种快照与Δ-Σ ADC的区别，后者对模拟数据进行多次过采样。
）客户什么时候需要这种类型？当需要同时测量多个信号时，可以利用多个单通道SAR ADC同时进行采样，或者使用内部具有多个ADC或多个采样/保持（T/H）核心的同时采样ADC。
这允许系统在同一瞬间测量多路模拟输入。
ADC种类及参数选择
ADC的分类特性和参数选择尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有：逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器、V/F变换式A/D转换器，新型的Σ-Δ型A/D转换器。
逐次逼近寄存器型(SAR)模拟数字转换器(ADC)是采样速率低于5Msps (每秒百万次采样)的中等至高分辨率应用的常见结构。
SAR ADC的分辨率一般为8位至16位，具有低功耗、小尺寸等特点。
这些特点使该类型ADC具有很宽的应用范围，例如便携/电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据/信号采集等。
顾名思义，SAR ADC实质上是实现一种二进制搜索算法。
所以，当内部电路运行在数兆赫兹(MHz)时，由于逐次逼近算法的缘故，ADC采样速率仅是该数值的几分之一。
SAR ADC的架构：尽管实现SAR ADC的方式千差万别，但其基本结构非常简单(见图1)。
模拟输入电压(VIN)由采样/保持电路保持。
为实现二进制搜索算法，N位寄存器首先设置在中间刻度(即：100... .00，MSB设置为1)。
这样，DAC输出(VDAC)被设为VREF/2，VREF是提供给ADC的基准电压。
然后，比较判断VIN是小于还是大于VDAC。
如果VIN大于VDAC，则比较器输出逻辑高电平或1，N位寄存器的MSB保持为1。
相反，如果VIN小于VDAC，则比较器输出逻辑低电平，N位寄存器的MSB清0。
随后，SAR控制逻辑移至下一位，并将该位设置为高电平，进行下一次比较。
这个过程一直持续到LSB。
上述操作结束后，也就完成了转换，N位转换结果储存在寄存器内。
图1. 简单的N位SAR ADC架构图2给出了一个4位转换示例，y轴(和图中的粗线)表示DAC的输出电压。
本例中，第一次比较表明VIN < VDAC。
所以，位3置为0。
然后DAC被置为01002，并执行第二次比较。
由于VIN > VDAC，位2保持为1。
DAC置为01102，执行第三次比较。
根据比较结果，位1置0，DAC又设置为01012，执行最后一次比较。
ADC采样的相关基础知识（网上摘录）
ADC采样的相关基础知识（网上摘录）1 MSPS - 模拟混合信号转换速率（Conversion Rate）是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。
积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。
采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。
为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率。
因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。
常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。
1msps=1000 ksps2 kspskilo Samples per Second 表示每秒采样千次，是转化速率的单位。
所谓的转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。
积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。
采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。
为了保证转换的正确完成，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。
因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。
常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。
1msps=1000ksps3 数据采集中的采样率、缓冲区大小以及，每通道采样数之间的关系采样率，主要取决于你需要分析信号的带宽。
根据采样定理，采样率至少是带宽的两倍。
一般取2.56倍或者更高。
每通道采样数，指的是每次从通道读取的数据长度，其实是从通道的buffer里面读取的。
如果每次读得太少，而且读的间隔过长，那么buffer里面的数据就会堆积，最后导致buffer溢出。
所以buffer size应该大于数据读取间隔*采样率，否则一个间隔的数据就足以把buffer填满了，同时读取的长度也应该保证buffer不会溢出。
单片机adc采样率
单片机adc采样率摘要：1.单片机的ADC概述2.ADC采样率的定义和重要性3.提高ADC采样率的方法4.实际应用中的ADC采样率选择5.总结正文：随着科技的不断进步，单片机在各种电子设备中的应用越来越广泛。
其中，模数转换器（ADC）是单片机系统中非常重要的组成部分。
ADC的作用是将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
而在ADC的性能参数中，采样率是衡量其性能的关键指标之一。
本文将详细介绍单片机ADC采样率的相关知识，以及如何提高和选择合适的ADC采样率。
1.单片机的ADC概述模拟数字转换器（ADC）是一种将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的设备。
在单片机系统中，ADC通常用于采集传感器输出的模拟信号，以便进行数据处理和分析。
ADC的转换过程主要包括三个阶段：采样、量化和解码。
2.ADC采样率的定义和重要性采样率是指ADC在单位时间内对模拟信号进行采样的次数。
采样率的高低直接影响到数字信号的质量和后续数据处理的效果。
根据奈奎斯特定理，采样频率必须大于信号频率的两倍，才能保证信号的完整性，避免发生混叠。
3.提高ADC采样率的方法提高ADC采样率可以采用以下几种方法：（1）提高ADC的转换速度：采用更高速的ADC芯片，可以提高采样率。
但需要注意的是，高速ADC通常具有较高的功耗和成本。
（2）增加模拟信号的带宽：拓宽传感器的输入信号带宽，可以提高采样率。
但这种方法可能会受到传感器性能的限制。
（3）采用多通道同步采样：对于多个传感器的信号，可以采用多通道同步采样的方式，提高整体采样率。
4.实际应用中的ADC采样率选择在实际应用中，选择合适的ADC采样率需要综合考虑以下因素：（1）信号频率：根据信号的频率特性，选择合适的采样率。
对于高频信号，需要较高的采样率。
（2）信号幅度范围：根据信号的幅度范围，选择合适的量程，以确保信号的完整性。
（3）系统处理能力：确保ADC采样率与单片机的处理能力相适应，避免数据处理瓶颈。
ADC在数据采集系统中的应用研究
ADC在数据采集系统中的应用研究引言电力线监控系统或现代三相电机控制系统这些应用需要在大约70dB~90dB(取决于具体应用)较宽的动态范围内实现精确的多通道同时测量，采样速率通常要求16kbps甚至更高。
影响DAS的主要噪声和干扰工业数据采样系统(DAS)定义了两类噪声/干扰。
第一类噪声源于内部电子组件，噪声源包括ADC的转换处理噪声和谐波失真、缓冲放大器的噪声和失真，以及基准噪声等。
第二类干扰源于系统外部，包括外部电磁噪声、电源噪声/纹波、I/O口串扰以及数字系统噪声和干扰。
图1列出了不同的噪声源。
图1 不同噪声源和干扰源对系统分辨率和精度的影响电力线DAS信号处理链路包含CT、PT测量变压器、抗混叠低通滤波器(LPF)、缓冲放大器，及同时采样ADC和CPU。
同时采样ADC是系统的核心电路，用于测量调整在标准工业输入动态范围(如+5V、±5V或±10V)的电压电流信号。
表1列出了这些器件的1LSB数值和量化噪声，这些数值按照ADC的位数为设计人员提供了DAS能够容许的总噪声和干扰。
表1 对应于ADC分辨率的量化值和量化噪声ADC输入的总噪声和纹波应小于1/2 LSB，同时，量化噪声决定了系统的基本噪底。
注意：有些设计中，仅1mVRMS的总体噪声即可导致整个设计不达标，因为未经“校准”的整体噪声会导致ADC精度下降。
选择正确的输入放大器基于以上分析，在DAS信号处理链路中，正确选择输入放大器是必要的，有很多器件供选择，MAX130x和MAX132x系列就是可选方案之一。
MAX130x和MAX132x系列ADC的输入电路具有相当低的阻抗，。
相应地，大多数应用中，这些器件需要一个输入缓冲器以便达到12位和14位精度。
图2 MAX130x和MAX132x系列ADC的典型输入电路为了达到12位至16位精度，选择放大器时需要考虑的关键因素包括：带宽、摆率、VP-P 输出、低噪声、低失真和低失调。
便携式数据采集系统中ADC的选用指南
便携式数据采集系统中ADC的选用指南真实世界的应用需要真实世界的物理连接，一般来说，这意味着模拟信号要在系统内的某处被数字化处理，以便于微处理器、ASIC或FPGA采集数据并做出决策。
基本选用标准当选择一款模拟数字转换器(ADC)时，大多数设计师似乎只关注几个主要标准。
在设计下一代便携式、低功耗数据采集系统时，诸如功耗等规范也许至关重要，但大多数情况下，工程师是基于下面这些因素来选择一款ADC：数字接口(SPI、I2C和并行接口等)、分辨率(需要的有效位)、要求的转换速度、ADC架构、输入结构。
其他的选择标准通常包括功耗考虑(工作和休眠模式)以及是否集成了参考电压等。
此外，工程师还常常考虑系统友好特性，比如：为数据数字化处理集成的FIFO、集成的可编程增益放大器(PGA)，或连接到串行总线的通用I/O等。
数字接口选择ADC的数字部分通常是个基本标准，这是因为数字系统的实现可能会受制于可用的某些接口种类以及所需的数据传输速率。
例如，当将一个ADC连接到你喜爱的微控制器时，这个ADC也许只有一个I2C接口可用。
对更高速率或更高分辨率的ADC来说，并行接口可能是迅速传送大量数据的最简单方式，如可在FPGA内运行的数字滤波就是这种需大量数据传送的应用。
精密ADC可支持3种主要接口类型——双线(或I2C)、三线(或SPI)以及并行接口，每种接口都有各自优劣势。
高速ADC(大于10Msamples/s)也可提供用于连接到FPGA 的高速串行连接的低电压差分信令(LVDS)。
双线或I2C接口的引脚数少，封装尺寸也小。
也就是说数据传输只用两个引脚，这使得它可在极小的封装内获得最多通道数。
例如，对一个8引脚封装来说，其中两个是接口引脚，两个是电源引脚，其余4个引脚可用作模拟输入。
例如，美信的MAX11613四通道、12位ADC 就采用micro-max 8引脚封装。
这些小型器件使它们成为消费应用和系统电源监控应用的理想选择。
AD公司精密ADC选型指南
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便携式数据采集系统中ADC的选用指南作者：Martin Mason精密ADC和滤波器部门总监美信集成产品公司真实世界的应用需要真实世界的物理连接，一般来说，这意味着模拟信号要在系统内的某处被数字化处理，以便于微处理器、ASIC或FPGA采集数据并做出决策。
基本选用标准当选择一款模拟数字转换器(ADC)时，大多数设计师似乎只关注几个主要标准。
在设计下一代便携式、低功耗数据采集系统时，诸如功耗等规范也许至关重要，但大多数情况下，工程师是基于下面这些因素来选择一款ADC：数字接口(SPI、I<SUP>2</SUP>C和并行接口等)、分辨率(需要的有效位)、要求的转换速度、ADC架构、输入结构。
其他的选择标准通常包括功耗考虑(工作和休眠模式)以及是否集成了参考电压等。
此外，工程师还常常考虑系统友好特性，比如：为数据数字化处理集成的FIFO、集成的可编程增益放大器(PGA)，或连接到串行总线的通用I/O等。
数字接口选择ADC的数字部分通常是个基本标准，这是因为数字系统的实现可能会受制于可用的某些接口种类以及所需的数据传输速率。
例如，当将一个ADC连接到你喜爱的微控制器时，这个ADC也许只有一个I<SUP>2</SUP>C接口可用。
对更高速率或更高分辨率的ADC来说，并行接口可能是迅速传送大量数据的最简单方式，如可在FPGA内运行的数字滤波就是这种需大量数据传送的应用。
精密ADC可支持3种主要接口类型——双线(或I<SUP>2</SUP>C)、三线(或SPI)以及并行接口，每种接口都有各自优劣势。
高速ADC(大于10M samples/s)也可提供用于连接到FPGA的高速串行连接的低电压差分信令(LVDS)。
双线或I<SUP>2</SUP>C接口的引脚数少，封装尺寸也小。
也就是说数据传输只用两个引脚，这使得它可在极小的封装内获得最多通道数。
例如，对一个8引脚封装来说，其中两个是接口引脚，两个是电源引脚，其余4个引脚可用作模拟输入。
例如，美信的MAX11613四通道、12位ADC就采用micro-max 8引脚封装。
这些小型器件使它们成为消费应用和系统电源监控应用的理想选择。
(I<SUP>2</SUP>C与电源管理SMBus协议非常相似。
)此外，由于基于I<SUP>2</SUP>C的ADC能在每单位面积上提供更多通道数，所以通常被利用3轴加速度计和陀螺仪的游戏控制器和航位推算系统等空间受限的应用所采用。
然而，I<SUP>2</SUP>C接口的数据传输速率慢，且难以隔绝。
I<SUP>2</SUP>C接口的数据引脚是个双向集电极开路脚。
因此，在诸如医疗应用等系统出于噪声隔离或安全等需要，要求进行(光)隔离的场合，采用I<SUP>2</SUP>C就很困难。
此外，基于I<SUP>2</SUP>C的系统速度将较慢，其最高数据传输速率通常不超过3.4Mbps。
三线接口和SPI提供一种能支持100M bps(理论上)的全双工、高速总线。
此外，如果把多个ADC(或其它SPI器件)连接在一条总线上，可以将其级联起来。
例如，可在单一隔绝的SPI 总线上，将8个MAX11040组合成32信道，用于电网应用。
此外，SPI支持简单且有成本效益的(光)隔离。
这种方法在FPGA内实现同样相对容易，但它所需的管脚比I<SUP>2</SUP>C多。
并行接口具有高吞吐量以及逻辑控制接口简单的特点，这很适合FPGA。
遗憾的是，并行接口也需要很多管脚。
分辨率固有的ADC误差、信号幅度、最低有效位(LSB)步长以及动态范围等要求，会使“需要多少位”这个小问题变得复杂。
例如，简单的系统电压和电流测量，可能只需要8、10或12位ADC。
但是，测量典型的电阻桥配置内的传感器，可能需要24位的Σ-ΔADC器件才能在很大的总体信号中检测出小的信号变化。
常用dB(分贝)代表分辨率，dB提供了ADC整体信噪比(SNR)的一个近似(也即体现出它能从传感器或系统噪声背景中解析出多么小的信号)。
分辨率的每一位约为6dB。
因此，理论上，12位ADC应该有大约72dB的SNR。
现实中，很多因素限制了信噪比，一款SNR为70dB或更高的12位ADC就很不错了。
ENOB=(SINAD–1.76)/6.02ADC供应商以如下两种常见形式之一引述该指标：有效位数(ENOB)或信噪比和失真(SINAD)。
这两种形式是相关的。
ENOB的一种定义是：ENOB=(SINAD-1.76)/6.02其中所有值都以dB表示。
SINAD就是在剔除dc项后，所要的信号(基本)与所有失真和噪声之和的比。
因此：SINAD=(rms信号/rms噪声)在线性完美(无失真)但有嘈声的系统中，SINAD和SNR可以互换。
我们以简单的12位、单通道ADCMAX1240为例。
数据表给出的最坏情况下的SINAD为70dB，因此，按照上述公式，我们可得到ENOB：ENOB(MAX1240)=(70-1.76)/6.02=11.34位。
噪声源和谐波可对ADC的品质造成伤害。
许多系统和ADC都面临这种情况。
在本文下面，我们来考察一些常见的噪声和谐波源。
因此，在决定需要多少位时，要考虑诸如噪声和谐波等系统和ADC误差，并确保即便在把上述误差也考虑在内时，系统仍有足够的分辨率。
如果分辨率不够高，在数据读取时会发生量化误差，且系统精度将下降(图1)。
转换速度在确定ADC所需的速度时，有几个因素必须加以考虑。
不过，在奈奎斯特理论中都可找到它们的根源：为重新构建信号的真实表述，周期性采样频率至少两倍于感兴趣信号的最高频率。
图2显示了一个简单例子。
绿线显示的是被测信号。
在第一种情况，当每周期内采样多于两次时，可以真实表述该信号。
在第二种情况，欠采样还原的信号是不真实的。
对大多数系统来说，一个好设计的采样频率至少是感兴趣信号最高频率的3至4倍。
以一个简单应用为例。
在系统电源监控应用中，被数字化的信号通常是除了上电、断电和故障情况外的直流。
在故障情况下，也许要求1毫秒的响应时间。
如对10k采样/每通道的采样频率要求来说，它允许一个80k采样/秒的8通道ADC，以10倍的过采样速率监测4个电流和4个电压值，以确保满足故障条件要求。
如果信号输入频率(或部分输入频率)超过ADC的奈奎斯特频率，它导致在被测谐波频率上形成噪声。
这就是所谓的混叠(图3)。
ENOB是信噪比和失真的函数，因此如果信号包含超过ADC的奈奎斯特频率的成分，ENOB就会受到影响。
为解决这个问题，在ADC数字化该信号前，通常用一个低通抗混叠滤波器滤除掉有意义频率之外的信号。
抗混叠滤波器抗混叠滤波器将ADC输入限制在感兴趣的信号区域。
它们对不感兴趣的频率进行衰减，但可能导致谐波失真(图4)。
可以使用三种基本方案建构抗混叠滤波器：简单的RC滤波器、使用运算放大器和无源器件的有源滤波器以及单片开关电容滤波器。
简单的RC滤波器以少量器件提供了基本设计。
它们的传递函数是单极的，但它们可能不具足够陡峭的衰减以滤除掉所有不期望的频率。
此外，他们还受制于使用的无源器件的精度，并对由温差引起的器件漂移误差特别敏感。
用运放和无源器件搭建的有源滤波器具有优于无源滤波器的性能，但它们可能需要若干个运放和无源器件。
它们的表现仍受到所用无源器件精度的影响，且对温漂特别敏感。
另外，它们的功耗也更高。
单片开关电容滤波器方案比运算放大器方案所需元器件数少、体积小且功耗低。
它们还具有更佳性能和更好的温度匹配性，无需外接高精度无源器件。
有高阶(第五和第八)的椭圆、贝塞尔和巴特沃斯型开关电容滤波器，它们可提供高达83dB 的衰减。
这就提供了一个理想的“砖墙”滤波器响应，而用运算放大器方案要获得该响应会非常昂贵。
速度与功耗当功耗是个重要考量时，许多工程师节省功耗的第一选择是调慢时钟。
尽管这种方法具有逻辑上的意义，但它并非总是最小化系统功耗的上策。
如果在应用中可以突发模式使用ADC，则该模式可能是降低ADC以及连接ADC的MCU或FPGA功耗的最佳方法。
充分利用ADC(和数字子系统)的关断模式并且在突发模式下同时使用ADC和MCU来节电是可能的，此时ADC在大部分时间内休眠，只在短时内为其供电。
对很多ADC来说，即使低时钟频率下工作模式的功耗也比休眠模式的功耗高100倍。
对周期性数据采集来说，以更高采样速率短时运行ADC可能是明智之举。
显然，对关键系统来说，该举措可能不适用。
在这种情况下，选择工作功耗最低的ADC最划算。
ADC架构目前的大多数商用ADC采用如下五种基本架构：闪存(或平行)型、逐次逼近寄存器(SAR)型、Σ-Δ(或Δ-Σ)型、双斜率型和管道型。
闪存或并行ADC包含2n–1个高速比较器(图5)。
这类转换器通常具有最高转换速度，一般用在功耗不是主要关注因素的场合。
闪存ADC通常比大多数其它类型的转换器更昂贵，随着分辨率的增加，其芯片面积和功耗呈指数式增长。
SAR是一种采用DAC的二进制搜索逼近方法。
比较器是此类流行ADC的基础(图6)。
在对模拟输入进行采样(通常用一个电容器来实施)后，持续将该信号与DAC的输出进行对比，以确定寄存器的每个连续位。
其转换时间随分辨率加大而增加。
主流器件提供中到高分辨率(可达18位)以及在较低分辨率下约5M samples/s的速度上限。
SAR器件功耗低、体积小，其精度取决于内部器件匹配(基于片上电容阵列)。
虽然Σ-Δ器件越来越流行，特别是在低速、高精度、基于传感器的应用中，但基于SAR的ADC架构仍主导市场。
SAR器件应用广泛，包括：电机控制、电池燃料计、电源和系统监控、汽车动力系和安全应用中的高速传感器、旋转传感器、接近传感器、加速度计、陀螺仪，以及用于电力系统的保护继电器和用于通信的功率放大器子系统。
Σ-Δ(或Δ-Σ)架构支持高分辨率和超高分辨率(16到24位)转换器的实现，它们是典型的低到中速器件(图7)。
在Σ-Δ架构中，转换器对信号进行过采样，然后利用DSP技术对噪声进行整形和过滤。
它具有芯片体积小、速度低的特点，速度一般低于200ksamples/s。
把简单的模拟电路与复杂的内部DSP一起使用来进行滤波和噪声整形，会使ADC具有出色的线性响应以及非常低的谐波失真。
这对小信号测量来说很关键。
除音频数字化(音频编解码器)之外的Σ-ΔADC的最常见应用，是测量来自物理传感器的微弱信号，包括温度、重量、压力、酸度、流速和应力变化。
双斜率架构在测量缓慢变化的信号时具有超低功耗。