数字信号处理电路比模拟电路更受欢迎，这主要是因为它对参数漂移相对不敏感，而且与计算机系统直接兼容。然而，一个值得注意的例外是仍然在模拟世界中运行的传感器的信号调理电路。模数转换器(adc)通常遵循这些调节器并连接模拟到数字域。
现代ADC电路的密度极高，这是由于集成电路制造技术的最新进展，在这种技术中，导体路径是以亚微米为单位测量的。在许多情况下，这种高密度可以让某些类型的ADC电路位于其他多功能或定制的专用应用程序包中。
因此，几乎所有的通信网络、测试和测量设备、过程控制器、仪器、音频和视频信号处理器以及汽车发动机控制都基于数字技术，以更高的速度、准确性和可靠性运行。例如，微处理器控制对于汽车燃料和空气管理系统是必不可少的，因为它们提供了满足强制性燃油经济性和排放标准的唯一实用手段。
选择ADC.
考虑到可用ADC的品种和价格范围，找到最好的工作，通常不是一件容易的任务。第一步将系统要求转化为ADC规范，以获得速度，分辨率，准确性，线性，稳定性和微处理器兼容性。接下来，选择采样率以确定采集速度。为了保留在模数转换中的所有采样信息，奈奎斯特采样规则指出在数字化信号的一个完整周期期间需要两个或更多个输入样本。也就是说，采样频率必须是测量信号的最大频率的至少两倍。
由于分辨率和准确性是如此密切相关，它们经常被混淆。分辨率由数字输出字的位数表示。它定义了将输出增加一位数所需的最小输入变化。这表示转换器的最低有效位LSB的变化。精度可以与分辨率相同、较低或更高。同样用LSB表示，精度取决于转换器的积分和微分非线性。
整数非线性表示数字代码与理想值的距离(多少lbs)。它包含了整个传递函数。微分非线性表示从单个LSB到编码宽度的变化。当微分非线性大于一个LSB时，有些代码可能会被无意中跳过(称为缺失代码)。声明不会产生缺失代码的ADC规范保证微分非线性小于一个LSB。ADC的稳定性处理参数随温度、时间、湿度和其他环境因素的变化。
集成adc有单、双、三、四斜率版本。双斜率adc是最广泛使用的，并提供高分辨率测量和优越的噪声抑制。它们从一个未知电压向上积分，然后向下积分到一个已知的源电压。
所有ADC都可以分类为两个主要群体之一;独立和微处理器兼容。独立ADC通常包含LCD或LED驱动器，可以直接连接到数字显示。然而，通常，它们不能连接到微处理器或其他数字电路。最广泛使用的独立ADC之一是一个3½位ADC，具有直接LCD显示驱动程序。该IC可从多种芯片制造商提供，并继续用于面板仪表和数字测试设备。
当ADC用于必须向计算机或专用微处理器系统提供数据的过程控制或数据采集系统时，它必须是微处理器兼容的。微处理器兼容adc的典型分辨率值为8、10、12、14和16位。然而，18位、20位和24位分辨率adc也可用。ADC可以有单通道或多通道，输入可以是单端或差分的。典型的微处理器接口有并行、串行、SPI和I2C。
ADC Technologies
adc是围绕三种基本技术构建的:单片、混合和模块化。第四种可能的技术(不一定被认为是一种技术)是PC卡上的ADC。
单片ADC：包装成单个ADC的功能数量随着速度，精度和分辨率的改进而连续增加。内部参考电压，时钟振荡器和跟踪和保持放大器内置于现代单片ADC中。早期的单片ADC大多是双极，但它们很大程度上转移到CMOS技术，因为它们需要更少的功率，具有增加的电路密度，并且可以使用薄膜电阻以更好的准确性。然而，双极和CMOS电路也可在一个名为BICMOS的芯片上提供。
Hybrid ADCS：曾经有人认为，随着更先进的单片转换器的引入，混合adc将会消失。但一些制造商继续在新的混合多芯片电路中使用单片芯片，这些芯片具有更高的规格。
模块化/卡adc:模块化或卡式adc仍然可以提供精度、速度和其他技术无法提供的附加功能。模块化转换器使用单片集成电路和由单片芯片制成的混合封装。在这里，离散的组件连接到小的PC板，然后封装在金属包。模块化和卡式adc是为特定的应用而制造的，其中一个或多个内在参数必须保持在非常接近的公差。因此，它们通常比其他类型更贵。
模块可以容纳在混合或单片部件中难以实现的特性。此外，无源组件可以包含在模块中，否则是不可能的。例如，可以使用线绕或大块金属电阻，它们比单片或混合部件具有更高的精度和更好的长期稳定性。
ADC的架构
目前最广泛使用的五种ADC架构是集成、逐次逼近、flash、流水线和delta-sigma转换器。对于特定的产品，每种体系结构都有其优点和局限性。
集成转换器:这些转换器经常用于高分辨率和高抗噪性很重要的地方。分辨率通常以±计数表示，通常将在2000计数到40000计数范围内，但转换速度可在1到100次/秒。当需要高分辨率、低转换速度和良好的抗噪性时，它们值得考虑。最广泛使用的集成ADC称为双斜率转换器，比早期的单斜率版本有了很大的改进。在双斜率变换器中，积分器和振荡器的元件的选择要比单斜率变换器中的元件的选择少得多。
积分转换器在指定时间内集成了输入信号，这导致出色的噪声抑制。在集成过程中，噪声尖峰平均为零，不会影响输出读数。此功能在工业环境中尤为重要，传感器与ADC输入的一定距离，并且在高EMI和RFI领域。集成ADC也具有良好的线性度，并且不会错过代码，因为计数在内部生成。
在每次执行之前执行的自动归零是一个标准特性。在每次转换之前，将变换器内的内部偏置电压之和存储起来，然后在周期后期用于补偿。自动调零通常不是在连续近似或闪光转换器，因为它很难实现。
这个ADC是不寻常的，因为它包含一个DAC，比较器和逻辑电路。逻辑电路将DAC设置为中等大小，比较器将输入信号与DAC输出进行比较。根据输入的值，MSB被设置为1或0。持续比较，直到所有位都被设置好(包括LSB)，数值达到测量的输入电压。转换完成后，最终的数字存储在逐次逼近寄存器中。
作为一个使用集成ADC的例子，考虑一个需要精密炉温控制系统的安装。最高测量温度规定在1000°F，精度是0.1°F。热电偶放大器产生1mv /°F。选用微处理器在软件中补偿热电偶非线性，并执行过程控制算法。
4½位bcd输出，集成ADC被选为候选。ADC的输出范围为0 ~±19999。这允许测量范围在0.1°F。最高指定温度只有1000.0°F，但转换器电路可以处理高达1999.9°F，而不增加成本或牺牲精度。精度保证±1计数超过指定范围，0-V输入保证零读数。
逐次逼近转换器:当比较转换速度时，这些ADC在高端的转换器和高端的闪存转换器之间是中途的。连续近似ADCS结合高分辨率，高速和简单的微处理器接口。但其负债包括较少的抗噪性和较低的分辨率，而不是整合或达达赛马ADC。此外，它们比闪光灯或管道转换器慢。
ADC供应商提供各种分辨率、速度和其他功能。分辨率从8位到18位不等，采样率通常为数十到数百kSPS(千分之秒)。选择速度接近10 MSPS的设备。
一个8位分辨率的ADC意味着当模拟输入电压从0到满量程时，数字代码从0到256。例如，要数字化从0到5 V的传感器输出信号，ADC可以分辨的最小输入增量是5/256 = 0.0195 V或19.5 mV。这对于许多过程控制应用程序来说是可以接受的。然而，如果需要更高的分辨率，则需要一个8位以上的ADC。例如，一个14位分辨率的ADC总共有16,384步，因此它能区分的最小电压增量是5/16384 = 0.0003051 V或0.3051 mV。
数字化交流和随着任何精度的快速改变直流信号需要特殊考虑信号转换速率。例如，连续近似ADC可以具有10μs的转换时间。所以采样率可以高达100 kHz。它需要ADC差不多10μs来完成转换。如果输入信号变得太快，则转换结束时的初始值将改变。由于ADC输入信号在转换时间内不得更换大于½LSB，因为最精确的数字化最高输入信号频率应显着限制。
为了测量更高频率的信号，通常使用采样和保持(S/H)或跟踪和保持放大器。S/H放大器被放置在ADC的前面，以保持输入模拟电压在转换期间稳定。该ADC的应用包括音频和视频转换，数字
信号处理，高速数据采集。
Flash ADC是所描述的所有类型的最快转换器。但由于它们的平行电路架构，它们还在数百人中使用最多的电路数量。
Flash转换器:Flash转换器，有时也称为并行转换器，是速度最快、最简单的转换器。整个转换过程只需一个周期即可完成，速率超过5亿次/秒。
闪存转换器通常限制为8位。主要原因是此架构所需的大量比较器。闪存转换器使用2N-1比较器，其中n =位数。8位闪存ADC有255个比较器。今天，这种架构主要用于管道或分流架构的构建块。产生很少的真正闪光灯设备。
管道转换器:为了克服比特数量的限制，开发了子测距或管道ADC，以牺牲一些速度的分辨率。这些转换器需要两个或多个通行证来完成转换，这与全闪存转换器相比显然会使它们减慢。但需要大大减少所需的比较器总数。管道转换器的分辨率通常为16位，采样率超过100 MSP。
Delta-Sigma转换器：σ - δ ADC是一种特殊类型的积分ADC。ADC封装包含一个积分器、一个数模转换器(DAC)、一个比较器和一个和结。这些adc相对便宜，因为DAC只有一位，但它们使用过采样来获得高分辨率的测量。ADC在输入信号只有几千赫的情况下工作得最好，但它比其他类型的ADC有更好的噪声抑制能力，而且用户可以控制集成时间。
Delta-sigma积分adc具有高分辨率和良好的噪声抑制能力。它们在相对低频(几千赫)的测量中工作得特别好，并拒绝高频噪声。
Delta-sigma adc可以处理极低的信号，使用很少的信号调理电路，不需要校准或微调。DAC处理这个需求。它们还包含一个数字滤波器，因此它们可以在高过采样率下工作，而无需在输入端单独的抗混叠滤波器。Delta-sigma adc具有16到24位的分辨率，适用于大多数数据采集和仪器应用。
关于每一个adc的操作原理的详细讨论超出了本文的范围。然而，你可以从数据采集系统制造商和集成电路制造商的网站上找到更多的设计信息、手册、样品和评估模块，例如:
IOtech公司。
www.iotech.com
美国国家半导体公司
www.national.com
德州仪器公司
www.ti.com
国家仪器
www.ni.com.
ADC噪声直方图
通常，ADC制造商在特定转换器上运行代码密度测试，以检查其准确性和内部非线性的影响。它们采用精度幅度和频率的正弦波信号，产生可管理的输出代码分布，然后用直方图分析该输出。如果可以制作理想的ADC，则只能为单个输入频率和幅度产生一个输出垂直条，因为每个样本只能测量一个值。但所有真正的ADC都包含一些非线性，因此它们在中心频率的任一侧产生高斯分布一组杆，其代表分类为不同的代码箱。每个垃圾箱标记为单个数字输出代码，并包含输出中代码出现的次数的计数。当N等于ADC的分辨率时，需要2N位。每个代码箱的宽度理想地是FSR / 2n，其中FSR代表转换器的全尺度范围。概率密度函数由该数据确定。但是，必须采取大量的样本，具体取决于ADC的直方图测试有意义的位大小。ADC中的位数与所需的样本数量成正比，这可能是500,000。
了下:半导体，转换器（电气）广告+ DA•变压器，电子•电
一个非常好的信息，但如果你添加一些基于某些应用程序的VHDL代码，那么它将非常有用，谢谢你的信息