什么是ADC:

ADC(Analog to Digital Converter, 模數(shù)轉(zhuǎn)換器), 用于實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號(電信號)轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號（二進制0和1信號）。需要ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后進一步處理。一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。因此ADC是模數(shù)之間的橋梁。

如上圖是一個典型多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，ADC通過多通道輸入選擇器對傳感器采集的模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字信號通過串口(常見的一般是SPI、IIC等接口)送給處理器(Processor)使用，這就是一個典型的ADC使用場景。下圖是一個常見的ADC芯片常見的內(nèi)部框圖。

ADC采樣過程：

上面我們說到ADC采樣過程分為4步，即采樣、保持、量化和編碼。

采樣和保持：采樣，將隨時間連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)化為在時間t上離散的模擬量，采樣需滿足采樣定理(奈奎斯特定理)。即當采樣頻率大于模擬信號中最高頻率成分的兩倍時，采樣值才能不失真的反映原來模擬信號。保持，采樣脈沖寬度一般是很短暫的，在下一個采樣脈沖到來之前，應(yīng)暫時保持所取得的樣值脈沖幅度，在采樣電路后要求將所采樣的模擬信號保持一段時間(模擬上通過電容實現(xiàn))。下圖是一個簡單的采樣保持電路：

圖中S是一個模擬開關(guān)，一般由場效應(yīng)晶體管構(gòu)成。當控制信號為高電平時，開關(guān)閉合（即場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通），電路處于采樣周期。這時ui對存儲電容C充電，uo=uc=ui，即輸出電壓跟隨輸入電壓的變化（運算放大器接成跟隨器）。當控制電壓變?yōu)榈碗娖綍r，開關(guān)斷開（即場效應(yīng)晶體管截止），電路處于保持周期。因為電容無放電電路，故uo=uc。將采樣到的數(shù)值保持一定時間。

量化和編碼：

量化，由于模擬信號電壓經(jīng)過采樣保持后，得到的是階梯波（如下圖）。而該階梯波仍然是一個可以連續(xù)取值的模擬量。但n位（經(jīng)常說ADC多少位）數(shù)字量只能保持 2的N次方個數(shù)值。因此，當用數(shù)字來表示連續(xù)變化的階梯模擬量時就需要四舍五入。將采樣后的樣值脈沖電平歸化到與之接近的離散電平之上，這個過程稱為量化。

編碼，量化后的數(shù)值還需通過編碼用一個二進制代碼表示出來，經(jīng)過編碼后得到的就是AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量，二進制編碼的位寬等于ADC的位寬。下圖是一個3 bit ADC，只舍不入量化方式(量化中把不足一個單位的部分舍棄)，量化位數(shù)用3 bit來表示連續(xù)信號的幅值。信號滿量程為0~1V，因此最小量化單位Δ=1V/2^3=1/8V。量化位數(shù)越高，ADC的分辨率越高，量化誤差越小。一般ADC的分辨率使用LSB標識。