模数转换器 - 用途、分类和工作原理

称为模数转换器 (ADC) 的电子设备用于将模拟信号转换为数字信号（以可读的二进制代码类型序列）。在将模拟信号转换为数字信号的过程中，实现了以下过程：采样、量化和编码。

采样被理解为从单个（离散）值的时间连续模拟信号中采样，这些信号在与时钟信号的特定间隔和持续时间相关联的时刻下降。

量化是将采样时选择的模拟信号的值四舍五入到最接近的量化级，量化级有自己的序号，这些级之间相差一个固定的delta值，也就是量化步长。

严格来说，采样是将连续函数表示为一系列离散值的过程，而量化是将信号（值）划分为多个级别。至于编码，这里的编码理解为将作为量化结果的元素与预定的代码组合进行比较。

有多种将电压转换为代码的方法。此外，每种方法都有各自的特点：准确性、速度、复杂性。根据转换方法的类型，ADC分为三类

对于每种方法，随着时间的推移转换信号的过程以其自己的方式进行，因此得名。不同之处在于量化和编码的执行方式：串行、并行或串行-并行程序，以将数字结果近似为转换后的信号。

并行模数转换器的原理图如图所示。并行 ADC 是最快的模数转换器。

电子比较器的数量（DA比较器的总数）对应ADC的容量：三个比较器够两位，七个够三位，15个够四位，等等。电阻分压器设计用于设置一系列恒定参考电压。

输入电压（此处测量该输入电压的值）同时施加到所有比较器的输入端，并与该电阻分压器允许获得的所有参考电压进行比较。

那些非反相输入端的电压大于参考电压（由分压器施加到反相输入端）的比较器将在输出端给出逻辑 1，其余的（输入电压小于参考电压或等于零）将给出零。

然后连接编码器，其任务是将 1 和 0 的组合转换为标准的、充分理解的二进制代码。

用于串行转换的 ADC 电路不如并行转换电路快，但它们的基本设计更简单。它使用比较器、AND 逻辑、时钟、计数器和数模转换器。

该图显示了此类 ADC 的示意图。例如，当施加到比较器电路输入的测量电压高于第二输入（参考）的斜坡信号时，计数器对时钟发生器的脉冲进行计数。事实证明，测得的电压与计数的脉冲数成正比。

还有串并联 ADC，其中将模拟信号转换为数字信号的过程在空间上是分开的，因此事实证明，以最小的复杂性实现了最大的权衡速度。