ADC（A/D Converter）概述
（一）ADC的性能指标
1.分辨率
ADC的分辨率是指当输出数字量变化一个相邻数码时，其对应输入模拟量的变化值。可表示为满刻度电压值与2n的比值，其中n为ADC的位数。例如，10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最小值是10V×1/212=2.4m V。
通常用芯片的位数来衡量分辨率的高低：3～8位的为低分辨率；9～12位的为中分辨率，中分辨率还包括BCD3和BCD3位半；13位以上称为高分辨率，高分辨率还包括BCD4和BCD4位半。
2.量化误差
ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是因ADC的有限数字量位数对模拟量进行量化引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。
3.满刻度误差
满刻度误差又称为增益误差，它是指输出数字量满刻度时，对应的实际输入电压与理想输入电压之差值。
4.线性度
线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。
5.偏移误差
偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。
6.绝对精度
在一个转换器中，任何输出数字量所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC而言，绝对精度包括了所有的误差。
7.转换速率
ADC的转换速率是指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。
根据转换速率的不同，ADC可分为低速、中速和高速三种。
转换速率越快，采样频率越高，采集的数据就越多，误差也就越小。
（二）ADC的分类
按ADC接口分类，ADC可分为并行输出ADC和串行输出ADC。近年来，串行输出的A/D芯片由于节省单片机的I/O口线，越来越多地被采用，如具有SPI三线接口的TLC1549、TLC1543、TLC2543、MAX187以及具有2线I2C接口的MAX127、PCF8591（4路8位A/D，还含1路8位D/A）等。
按转换方法分类，A/D转换电路的种类有：双积分型、逐次逼近型、计数比较型、∑-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型等。逐次逼近式A/D转换是最常用的A/D转换方法，在精度、速度和价格上都适中，中速的ADC常常采用这种方法；双积分式ADC具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度低。
1.逐次逼近式A/D转换原理
逐次逼近式ADC如图7-20所示，由五部分组成，即逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比较器、输出缓冲器及时序与控制逻辑电路。转换电压由VIN端输入，启动转换信号由START端输入。转换开始后，首先由控制逻辑电路将逐次逼近寄存器SAR的最高位置1，其余位清0。然后将该假定数据送D/A转换器转换成模拟电压VA，并与输入的电压信号一起送电压比较器进行比较。如果VIN＜VA，则说明将SAR的最高位置1不合适，应清0；如果VIN≥VA，则说明SAR的最高位置1合适，应保留。然后，再把SAR的次高位置1，重复上述的转换、比较、判断决定该位置1还是清0。上述过程反复进行，直到确定了SAR的最低位时为止。这样SAR中的数就是VIN所转换成的二进制数。最后将SAR中的数送入输出缓冲器，准备输出。在转换过程中控制逻辑电路输出“忙”（BUSY）信号，转换结束后输出DONE信号，即完成了一次转换。
图7-20 逐次逼近ADC逻辑框图
从整个工作过程的分析中可以看出，整个过程就是一个逐次比较逼近的过程，所以这种转换方式称作逐次逼近式。
2.双积分式A/D转换原理
双积分式ADC是一种间接A/D转换器。间接A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号（如变为时间、频率等），然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。目前，采用的最多的是电压-时间（VT）变换型间接A/D转换器。图7-21和图7-22分别为双积分A/D转换组成框图和原理图。它由积分器、过零比较器、脉冲信号源及控制逻辑电路组成。双积分式A/D转换方法的基础是测量两个时间，一个是输入模拟电压向电容充电的固定时间；另一个是在已知参考电压下电容放电所需的时间。输入模拟电压与参考电压的比值就等于上述两个时间之比。
图7-21 双积分式A/D转换器组成框图
图7-22 双积分式A/D转换器原理图