单极性ADC采样双极性波形

3.2模数转换器(ADC)参数及其电路形式模数转换器(Analog-to-Digital Converter)简称ADC，它是一种将模拟信号转换成相应的数字信号的装置或器件。

模拟信号是指那些在时间上和数值上都是连续变化的信号。

自然界中各种物理量，如声、光、力、热等，在时间上和量的大小上也都是连续变化的。

这些物理量经过传感器可以被变换成电信号，以便用电子技术手段来处理。

而大多数传感器变换得到的电压、电流信号仍然是连续的。

显然，这种连续变化的电压、电流信号属于模拟信号。

模拟信号需要用模拟仪表指示，用模拟电路进行信号加工、用模拟计算机进行处理。

而模拟系统对外界电磁干扰、环境温度的变化、电子元器件的参数变化都是比较敏感的，因此一个高质量的模拟系统是非常昂贵的。

高速ADC的速度已达1000MHz，高精度ADC的分辨率已达24位；高速DAC 的速度也高达500MHz，高精度DAC的分辨率己达18位。

这样的指标已可以满足绝大多数电子设备对器件的要求，包括某些特殊应用场合的要求。

模数转换过程任何ADC都包括三个基本功能：采样、量化和编码。

采样过程将模拟信号在时间上离散化，使之成为抽样信号；量化将抽样信号的幅度离散化使之成为数字信号；编码则将数字信号最终表示成数字系统所能接受的的形式。

如何实现这三个功能就决定了ADC的形式和性能。

同采样频率应最少大于输入信号中最高频谱分量的两倍。

下图是采样过程：下图是3位采样和量化过程：静态特性ADC的静态特性是指它的实际量化特性。

理想ADC(没有电路误差)的量化特性仅由它的量化方式、输出数字的位数和码制决定。

实际上存在着失调误差、增益误差，线性和微分线性误差以及温度、时间和电源变化所引起的误差漂移。

动态特性ADC的动态特性主要由转换时间和速率两个相关的技术指标来描述。

一.常用术语和主要技术指标1.位(Bit)，字节(Byte)，字(Word)2.最低有效位 Least Significant Bit(LSB)最高有效位 Most Significant Bit(MSB)3.分辨率(Resolution)分辨率指模数转换器在转换中所能分辨的最小量，习惯上用转换结果的位数表示。

ADC采样效应及相关影响解剖在前述文章，BUCK电路模拟补偿器的数字化过程，我们讨论了模拟补偿器的数字化，事实上，数字化过程的第一个重要的环节就是ADC对反馈量的采样，本文就重点探讨一下由于ADC采样频率带来的一些问题，进而讨论一下相应的解决方案。

一.ADC采样频率对电源环路带宽的影响图1 ADC采样的基本结构在ADC模块中，一般会经过合适的时钟选择及分频，产生一个合适的时钟作为ADC采样及转换的时钟频率，并且会有一个电源作为ADC转换的参考电源，对模拟信号进行量化，比如AVDD 3.3V。

ADC 模块包含专用ADC内核和共享ADC内核，专用ADC内核固定接某一个ADC的采样通道，对采样时间要求不高，而共享ADC内核会接不同的ADC采样通道，这必然会涉及到ADC通道的切换。

在图1中，我们可知，模拟信号从ADC采样通道进去后，会进行采样，这会产生一定的延时，而采样后的信号会经过ADC转换，这也会消耗一定的时间，最终它的结果会送到ADCBUF寄存器去被软件处理，或者被数字滤波器或者数字比较器所用。

关于ADC的具体性能，我们在后面的文章中会详细讨论，此处不做过多探讨。

图2 ADC的采样含义一般来说，ADC的采样转换，需要一定的触发信号，当发生触发时，ADC或者开始直接转换，或者开始采样并采样结束后转换，这和ADC通道接的是专用内核还是共享内核有关。

这时候表示模拟信号流逝的时间轴就不是时间的含义了，而是表示对信号的一次一次的采样，每次采样之间的时间就是ADC的采样间隔Ts，经过ADC转换后，模拟信号就被转换为了离散数字信号，这些数字基于ADC的参考电压和ADC的位数精度，来表示被采样的模拟信号的大小。

图3 ADC的采样间隔和ADC采样转换延时当每一次进行触发ADC后，需要一个时间来完成转换及中断申请，而后在ADC中断中从ADCBUF中得到ADC的结果，这部分时间延时，在芯片硬件上会有一些措施会让这部分延时尽可能地减小，以便给环路控制算法留出足够的时间。

ADC的多种输入类型介绍单端输入具有单端输入的ADC将模拟输入电压相对于地进行数字化。

单端输入可简化ADC驱动器要求，降低信号链的复杂性并降低功耗。

单端输入可以是单极性或双极性，其中单端单极性ADC上的模拟输入仅在GND上方摆动（0V至VFS，其中VFS是由参考电压确定的满量程输入电压）（图1a）和单端双极性ADC上的模拟输入也称为真双极性，在GND（±VFS）之上或之下摆动（图1b）。

伪差分输入具有伪差分输入的ADC在有限范围内数字化差分模拟输入电压（IN + - IN-）。

IN +输入具有实际模拟输入信号，而IN-输入具有受限范围。

伪差分单极性ADC在0V范围内数字化差分模拟输入电压（IN + - IN-）到VFS。

在此范围内，在IN +引脚上驱动的单端单极性输入信号相对于信号接地参考电平进行测量，由IN-引脚驱动。

IN +引脚允许从GND摆动到VFS，而IN-引脚限制在GND±100mV左右（图2a）。

伪差分双极ADC将差分模拟数字化输入电压（IN + - IN-）在±VFS / 2的范围内。

在此范围内，在IN +引脚上驱动的单端双极性输入信号相对于在IN-引脚上驱动的信号中间参考电平进行测量。

允许IN +引脚从GND摆动到VFS，而IN-引脚限制在VFS / 2±100mV左右（图2b）。

伪差分真双极ADC数字化差分模拟输入电压（IN + - IN-）在±VFS范围内。

在此范围内，在IN +引脚上驱动的真双极性输入信号相对于信号接地参考电平进行测量，由IN-引脚驱动。

允许IN +引脚摆幅高于或低于GND至±VFS，而IN-引脚限制在GND±100mV左右（图2c）。

adc采样原理ADC采样原理。

ADC（Analog to Digital Converter）是模拟信号转换为数字信号的关键部件，它在各种电子设备中起着至关重要的作用。

本文将介绍ADC的基本原理和工作过程，帮助读者更好地理解ADC的工作机制。

ADC采样原理的核心在于模拟信号的离散化。

模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的信号。

ADC的作用就是将模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，然后将采样得到的模拟信号值转换为对应的数字编码。

这个过程涉及到采样、量化和编码三个基本步骤。

首先是采样过程。

在采样过程中，模拟信号会以一定的时间间隔被取样，这个时间间隔称为采样周期。

采样的频率越高，对模拟信号的还原度就越高。

采样定理规定，为了完整地还原模拟信号，采样频率必须大于模拟信号中最高频率成分的两倍。

接下来是量化过程。

量化是将连续的模拟信号幅值转换为离散的数字编码的过程。

量化的精度取决于ADC的分辨率，分辨率越高，表示ADC可以将模拟信号幅值划分得越细致。

常见的分辨率有8位、10位、12位等，分辨率越高，ADC的精度也就越高。

最后是编码过程。

编码是将量化后的数字幅值转换为二进制编码的过程。

不同的编码方式有不同的表示方法，例如二进制补码、二进制反码等。

ADC将量化后的数字幅值按照一定的编码规则转换为对应的二进制编码，以便数字系统进行处理和存储。

总结一下，ADC采样原理的核心在于采样、量化和编码这三个基本步骤。

通过这些步骤，模拟信号可以被准确地转换为数字信号，从而在数字系统中进行处理和传输。

ADC在各种领域都有着广泛的应用，包括通信、医疗、工业控制等领域。

对ADC采样原理的深入理解，有助于我们更好地应用和设计各种电子设备。

希望本文对读者对ADC采样原理有所帮助，如果有任何疑问或者补充，欢迎在评论区留言讨论。

感谢阅读！。