ADC电路的实用考虑

也许对ADC最重要的考虑就是它解析度。分辨率是转换器输出的二进制位数。因为ADC电路采取模拟信号，它是连续变量，并将其分解为许多离散步骤中的一个，所以知道总共有多少个这样的步骤是很重要的。

例如，具有10位输出的ADC最多可表示1024（2^10.）独特的信号测量条件。在0％到100％的测量范围内，将恰好1024独特二进制数字转换器输出（从0000000000到1111111111，包容性）。

11位ADC的状态数是其输出的两倍(2048或2)^11.），代表两倍的信号测量条件0％和100％。

分辨率在数据采集系统中非常重要（旨在解释和记录电子形式的物理测量的电路）。假设我们使用具有10位ADC的仪器测量40英尺高储罐中的水中的高度。

罐中的0英尺的水对应于测量的0％，而罐中的40英尺的水对应于100％的测量。因为ADC固定在10位二进制数据输出，所以它将将任何给定的坦克级别解释为1024个可能的状态。

以确定在每一个中代表多少物理水位步在ADC中，我们需要将40英尺的测量范围除以0至1024的可能性范围内的步骤数，这是1023（小于1024）。这样做，我们每一步获得0.039101英尺的数字。

这相当于每一步0.46921英寸，对于ADC的每个二进制计数表示的水位略低于半英寸的水位。

该步长值为0.039101英尺（0.46921英寸）代表仪器可检测到最小的罐水平变化。允许，这是少量，占整个测量跨度40英尺的0.1％。

然而，对于某些应用程序来说，它可能还不够好。假设我们需要这个仪器来显示油箱液位的变化到十分之一英寸。为了实现这种程度的分辨率，并仍然保持40英尺的测量跨度，我们需要一个超过10个ADC位的仪器。

为了确定需要多少ADC位，我们需要首先确定其中40英尺有多少1/10英寸步数。答案为40 /（0.1 / 12），或40英尺的4800 1/10英寸步数。因此，我们需要足够的比特来提供二进制计数序列中的至少4800个离散的步骤。

10位给了我们1023步，我们通过计算2到10的功率来了解这一点（2^10.= 1024）然后减去一个。

按照相同的数学程序，2^11.-1 = 2047,2^12.-1 = 4095和2^13.-1 = 8191. 12位损害4800步的金额，而13位足够绰绰有余。因此，我们需要一个具有至少13位分辨率的仪器。

ADC电路的另一个重要考虑因素是其采样频率， 或者兑换率。

这只是转换器输出新二进制数的速度。与分辨率一样，此考虑与ADC的特定应用相关联。如果转换器用于测量储水箱中的缓慢变化的信号，例如水平，则可能具有非常慢的样本频率并且仍然充分执行。

相反，如果它用于将音频信号循环循环在每秒数千次时，转换器需要更快地更快。考虑下面的ADC转换率与信号类型的说明，典型的a连续近似ADC定期采样间隔：

这里，对于这种缓慢变化的信号，采样率越来越足以捕获其一般趋势。但考虑这具有相同采样时间的示例：

当样本周期太长（太慢）时，将错过模拟信号的大量细节。注意如何，特别是在模拟信号的后一个部分中，数字输出完全不能再现真实形状。

即使在模拟波形的第一部分中，数字再现也基本上偏离波的真实形状。必须必须足够快地捕获模拟波形的基本变化才能捕捉到速度。

在数据采集术语中，ADC理论上可以捕获的最高频率波形是所谓的奈奎斯特频率，等于ADC采样频率的一半。因此，如果ADC电路的采样频率为5000hz，那么它能成功分辨的最高频率波形将是2500hz的奈奎斯特频率。

如果ADC经受频率超过该ADC的奈奎斯特频率的模拟输入信号，则转换器将输出虚假低频的数字化信号。这种现象被称为混叠。观察以下插图，看看如何发生别名：

注意输出波形的时期是多于输入波形的时期（较慢），以及两个波形形状如何甚至不相似：

奈奎斯特频率是绝对ADC的最大频率限制，并且不代表最高实际的频率可测量。为了安全，不应期望ADC成功地解析任何大于其采样频率的五分之一的频率。

防止混叠的实际手段是放置一个低通滤波器在输入ADC之前，阻止任何超过实际限制的信号频率。这样，将防止ADC电路看到任何过多的频率，因此不会尝试数字化它们。

通常认为这样的频率比使它们是“混叠”的频率更好，并且在输出中出现为假信号。

还有一种衡量ADC性能的方法叫做步骤恢复。这是ADC如何更改其输出以匹配模拟输入中的大型突然变化的措施。在一些转换技术中，特别是，步骤恢复是严重的限制。

一个例子是跟踪转换器，它具有通常快速更新的时间，但是慢慢地恢复慢速更新。一个理想的ADC具有很大的许多位，用于非常精细的分辨率，闪电快速速度的样品，并立即恢复步骤。不幸的是，它也不存在于现实世界中。

当然，通过额外的电路复杂性可以改善任何这些特征，无论是增加的组件计数和/或特殊电路设计，都可以以更高的时钟速度运行。

但是，不同的ADC技术有不同的优势。这是他们排名从最糟糕的摘要：

• 分辨率/复杂性比率：单斜率集成，双斜率集成，计数器，跟踪，连续近似，闪光。
• 速度：闪光，跟踪，连续近似，单斜率集成和计数器，双斜率集成。
• 步骤恢复：闪光，连续近似，单斜率集成和计数器，双斜率集成，跟踪。请记住，这些不同ADC技术的排名取决于其他因素。

例如，adc恢复的ADC速率如何取决于步骤变化的性质。跟踪ADC同样慢响应所有步骤变化，而单斜率或柜台ADC将比低到高步骤更改更快地登记高低步骤。

连续近似ADC在解析任何模拟信号时几乎同样快速地快速，但如果信号在每个时钟脉冲的一个分辨率步骤较慢，则跟踪ADC将一致地击败连续近似ADC。

我排名集成转换器由于具有比计数器转换器更大的分辨率/复杂度比，但这是假设精密模拟积分器电路的设计和制造比基于计数器转换器所需的精密dac更简单。其他人可能不同意这种假设。