【導讀】確定特定高精度工業應用中采用哪種 ADC
，這需要一定程度的專業知識，以確保最為相關的因素不被忽視，並實現設計的性能目標。 

圖1: 模數轉換

為高精度工業應用選擇 ADC 時需要考慮的因素

分辨率：分辨率是用於將輸入模擬信號表示為數字值的比特位數。它很大程度上取決於應用需求和所需的精度水平。具有較高分辨率的 ADC 將生成更精確可靠的測量結果。N 位轉換器的分辨率為 100/2N %。例如，一個 12 位轉換器具有 2^12 個不同的級別或 0.0244% 的分辨率。然而，現實世界中的 ADC 並非理想
，我們還需考慮 ADC 的噪聲和線性性能，因為這些因素會導致精度低於 ADC 的分辨率。但選擇更高分辨率的數據轉換器會導致更高功耗、更低采樣率和更高的成本
，因此，設計人員需要在所需分辨率和實際考量因素（例如可用電源和轉換率要求）之間進行權衡。

采樣：采樣即 ADC 采樣輸入信號的頻率。必須慎重選擇該參數以確保采樣能夠提供所有的重要信息。根據 Nyquist-Shannon 采樣定理，采樣率應至少為輸入信號中最高頻率分量的兩倍，以避免混疊。

線性度：線性度表達了 ADC 輸出在整個輸入值範圍內對輸入信號的反映情況。選擇具有高線性度的 ADC 非常重要
，因為非線性會導致測量的不準確。ADC 的線性度具體體現為微分非線性 (DNL) 和積分非線性 (INL)。DNL 是相鄰數字代碼間寬度與理想模擬步長之間的最大偏差；INL 則是由於DNL累計而偏離理想值的最壞情況。在頻域中
，非線性會導致失真，而失真則會影響轉換精度（請參閱下麵關於 ENOB 的討論）
，因此，線性度是高頻應用中的重要考量因素。

噪聲性能：ADC 測量是否精確還取決於其噪聲性能。ADC 的本底噪聲必須低於所需的信號電平，而且信噪比 (SNR) 應較高

，以最大限度地減少附加噪聲。有效位數 (ENOB) 是一項很有用的指標
，它結合了 SNR 和失真的影響來測量 ADC 的精度。例如，ENOB 為 15.3 位的 16 位 ADC 比 ENOB 為 14.4 位的 16 位 ADC 更精確。

采樣率：采樣率即 ADC 采樣輸入信號的頻率。必須慎重選擇該參數以確保采樣能夠提供所有的重要信息。根據 Nyquist-Shannon 采cai樣yang定ding理li，采cai樣yang率lv應ying至zhi少shao為wei輸shu入ru信xin號hao中zhong最zui高gao頻pin率lv分fen量liang的de兩liang倍bei，以yi避bi免mian混hun疊die。較jiao高gao的de采cai樣yang率lv可ke簡jian化hua濾lv波bo要yao求qiu，但dan代dai價jia是shi更geng高gao的de功gong耗hao和he可ke能neng更geng高gao的de數shu據ju處chu理li要yao求qiu。

功耗：係統的運行成本和散熱特性受 ADC 功耗的影響。在關注能效或電池壽命的應用中，應首選低功耗 ADC ，yizuidaxiandudijianshaogonghao。gonghaohaiyurehaosanmiqiexiangguan，wendudebianhuahuiyingxiangmonihehunhexinhaodianludejingdu，yincixuyaoewaidesanreshejigongzuoyiquebaodianlukekaodeyunxing。

溫度範圍：應用將隨其所在的溫度條件而產生變化。周圍環境的溫度範圍和電子設備的自熱情況都對確定 ADC 所需的溫度規格起著重要作用。工業應用一般要求 ADC 能夠在 -40C 至 +85C 或 +125C 的溫度範圍內有效運行。

架構：工業應用中最常見的 ADC 架構包括 delta-sigma（ΔΣ，有時也稱為 sigma-delta，ΣΔ）和逐次逼近寄存器 (SAR)。兩種架構各有其特點與利弊。

Delta-sigma ADC 和 SAR ADC

在精密工業應用中，delta-sigma ADC 在什麼情況下優於 SAR ADC？

在工業應用中，選擇 delta-sigma 還是 SAR 可能會很棘手。但根據以下特性，將很容易得出 delta-sigma 優於 SAR 的結論：

●   分辨率：Delta-sigma ADC 可以實現比 SAR ADC 更高的分辨率，因為 Delta-sigma ADC 對輸入信號進行過采樣（oversample），同時利用數字濾波來最小化噪聲並提高 ADC 的有效分辨率。Delta-sigma ADC 通常用於需要高精度且精密的應用場合。

●   低頻輸入信號：Delta-Sigma ADC 因其過采樣架構而成為低頻輸入信號的絕佳選擇。它能夠有效降低 ADC 產生的量化噪聲，從而實現更精確可靠的測量。

●   線性度：使用 1 位量化器的 Delta-sigma ADC 具備固有高線性度，因此可以產生精確的測量結果。

●   濾波要求：Delta-Sigma ADC keyitongguoduishuruxinhaojinxingguocaiyanglaiyouxiaozhixingkanghundielvbo，congerzuidaxiandudijianshaoduiwaibulvbodianludexuqiu。zhejianhualeshejibingjiangdilezhenggexitongdechengbenyuchicun。

●   噪聲性能：Delta-sigma ADC 通(tong)過(guo)對(dui)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)過(guo)采(cai)樣(yang)並(bing)利(li)用(yong)噪(zao)聲(sheng)整(zheng)形(xing)技(ji)術(shu)來(lai)降(jiang)低(di)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)中(zhong)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)。它(ta)將(jiang)量(liang)化(hua)噪(zao)聲(sheng)推(tui)入(ru)更(geng)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)，從(cong)而(er)更(geng)輕(qing)鬆(song)地(di)將(jiang)其(qi)濾(lv)除(chu)。

盡管 delta-sigma 具有多項優勢，但在以下情況下，SAR ADC 可能是首選 ADC： 

●   速度：SAR ADC 非常適合需要高速采樣和轉換的應用，例如數據采集係統。此外
，由於 SAR ADC 在一個輸出中進行采樣和轉換
，因此還非常適合快速響應控製環路應用。

●   多路複用應用：在轉換多個信號方麵
，SAR ADC 優於 Delta-Sigma ADC。因為 SAR ADC 更適合處理多路複用輸入；而 Delta-Sigma ADC 依賴過采樣
，當從一個通道切換到另一個通道時，過采樣可能會受到輸入電壓階躍變化的影響。

總之
，Delta-sigma ADC 因其出色的分辨率、線性度和噪聲性能
，在精密工業應用中通常比 SAR ADC 更受青睞。但是，當速度或複用多個輸入是更重要的考量因素時，SAR ADC 則為首選。因此選擇 delta-sigma 或 SAR ADC 時，需根據應用對速度、精度、功耗和溫度額定值的要求來考量轉換器的性能。

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