一文講解ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的原理及轉(zhuǎn)換過程

ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片主要應(yīng)用于各類精度測量電子產(chǎn)品方案開發(fā)中，在電子秤方案、充氣泵方案以及各類精度測量都可看見它的身影。我們所接觸到的信號都是模擬信號，當(dāng)我們需要將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號利于存儲和傳輸時(shí)，就需要ADC模擬轉(zhuǎn)換芯片幫助我們實(shí)現(xiàn)這一功能。ADC芯片全稱Analog-to-Digital Converter（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器），是一個(gè)幫助我們將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換器芯片。

那么，今天我們就來了解下ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的原理及其轉(zhuǎn)換過程。

ADC的轉(zhuǎn)換原理根據(jù)ADC的電路形式有所不同。 ADC電路通常由兩部分組成，它們是：采樣、保持電路和量化、編碼電路。其中量化、編碼電路是最核心的部件，任何ADC轉(zhuǎn)換電路都必須包含這種電路。 ADC電路的形式很多，通常可以并為兩類：
間接法：它是將采樣-保持的模擬信號先轉(zhuǎn)換成與模擬量成正比的時(shí)間或頻率，然后再把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種通常是采用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器，它又被稱為計(jì)數(shù)器式。它的工作特點(diǎn)是：工作速度低，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)。
直接法：通過基準(zhǔn)電壓與采樣—保持信號進(jìn)行比較，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點(diǎn)是：工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。
模一數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個(gè)階段，即采樣、保持、量化和編碼。

1.采樣：采樣是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一步，采樣是將連續(xù)時(shí)間信號變成離散時(shí)間信號的過程。經(jīng)過采樣，時(shí)間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的模擬信號就變成了時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號，稱為采樣信號。采樣電路相當(dāng)于一個(gè)模擬開關(guān),模擬開關(guān)周期性地工作。理論上，每個(gè)周期內(nèi)，模擬開關(guān)的閉合時(shí)間趨近于0。在模擬開關(guān)閉合的時(shí)刻采樣時(shí)刻)，我們就“采”到模擬信號的一個(gè)“樣本”。

2.量化：量化是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二步，量化是將連續(xù)數(shù)值信號變成離散數(shù)值信號的過程。理論上，經(jīng)過量化，我們就可以將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的采樣信號變成時(shí)間離散、數(shù)值離散的數(shù)字信號。
在電路中，數(shù)字量通常用二進(jìn)制代碼表示。因此，量化電路的后面有一個(gè)編碼電路，將數(shù)字信號的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。
然而，量化和編碼總是需要一定時(shí)間才能完成，所以，量化電路的前面還要有一個(gè)保持電路。保持是將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號變成時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散信號的過程。在量化和編碼期間，保持電路相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，它將采樣時(shí)刻的信號電壓“保持”在量化器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個(gè)獨(dú)立的單元，但是，工程上保持器總是與采樣器做在一起。兩者合稱采樣保持器。

3.編碼：編碼是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第三步，它指將量化后的離散的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，將各個(gè)量化值轉(zhuǎn)換成一定的編碼形式，從而將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信號

4.存儲：存儲是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第四步，它指將編碼后的二進(jìn)制的數(shù)字信號進(jìn)行存儲，將各個(gè)二進(jìn)制信號存儲到一定的存儲介質(zhì)中，從而將二進(jìn)制的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成可以被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號。