ADC转换技术详解：采样定理与关键参数

"ADC采集涉及采样定理、工作过程、技术参数和ADC种类。" ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟到数字转换器）在硬件设计中扮演着至关重要的角色，它负责将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。在进行ADC采集时，必须遵循奈奎斯特定理，即采样频率fs应大于信号中最高频率fmax的两倍（fs>2fmax）。在实际应用中，通常选择采样频率为信号最高频率的2.56至4倍，以确保信号信息不丢失。 ADC的工作过程包括四个步骤：抽样、保持、量化和编码。抽样是通过抽样时钟对输入信号进行定时采样，将其转化为时间离散信号；保持阶段确保在转换过程中抽样值保持恒定；量化是将抽样值近似为最接近的二进制数值；编码则是将这些二进制数值转换为包含符号位的码字。 在ADC的技术参数中，FSR（Full-Scale Range）表示模拟信号的输入范围，而LSB（Least Significant Bit）是分辨率的最小单位，1LSB等于FSR除以2^n，其中n是ADC的位数。失调误差是指当ADC输出全“0”时，实际模拟输入电压与理论值之间的差异，通常以LSB为单位。增益误差则是在ADC输出全“1”时，实际输入电压与理论值的差值，同样以LSB表示。 量化误差是由于ADC转换过程中的离散化导致的误差，通常为1LSB或±1/2LSB。量化噪声是由ADC自身特性决定的噪声源。微分非线性（DNL）评估了ADC输出在每次变化时，模拟输入电压的非线性程度，而积分非线性（INL）则测量整个转换范围内的非线性。信噪比（SNR）是衡量ADC性能的重要指标，理想ADC的SNR由量化噪声决定，而实际应用中的SNR还受到热噪声、采样时钟抖动和电源噪声等外部因素的影响。 ADC的种类繁多，例如逐次逼近型、积分型、双积分型、并行比较型、ΔΣ（Delta-Sigma）型等，每种类型都有其独特的特性和适用场景。选择合适的ADC类型对于系统的整体性能至关重要。在设计硬件系统时，理解和掌握这些ADC相关知识，能够有效地优化信号处理并提高系统的准确性和稳定性。