adc采样的值跳动_嵌入式er必知：模数采样知多少（最全总结）

[导读]  生活环境周围信号万万千，对于一个嵌入式er。我们利用技术去了解世界、改变世界。而一个产品要与外界物理环境打交道，一个至关重要的触角就是采样真实模拟世界的信号，翻译成芯片可理解的数字信号，进而实现很多为人服务的应用产品。那么提到采样，ADC技术你绕不开，今天总结分享一下ADC的点点滴滴。

啥是ADC

在现代电子工业技术中，模数转换器(ADC, A/D，或A-to-D)是一种将模拟信号转换成数字信号的系统。ADC还可以提供隔离的测量，例如将输入模拟电压或电流转换为表示电压或电流大小的数字的电子设备。通常情况下，数字输出是一个与输入成比例的二进制补码，但也有其他的可能性。举些栗子：

• KTV中麦克风将你唱歌的声音转成数字音频信号，经由信号处理，功放再播放出来
• 数码相机将物体表面反射的光线转换为数字信号，从而成像
• 疫情期间必用物资额温枪，将人体红外辐射经由光电转换成电压，最终转换为数字信号进行温度显示
• .......举不胜举。

ADC将连续时间和连续幅度的模拟信号转换为离散时间和离散幅度的数字信号。转换涉及输入的量化，因此必然会引入少量的误差或噪声。此外，ADC不会连续执行转换，而是定期进行转换，对输入进行采样，从而限制了输入信号的允许带宽。

ADC的性能主要由其带宽和信噪比(SNR)来表征。

• ADC带宽 (Band width)：ADC的带宽主要由其采样率来表征。
• ADC的SNR：SNR(signal noise ratio)是指信噪比，受许多因素影响，包括分辨率，线性度和准确性(量化级别与真实模拟信号的匹配程度)，混叠和抖动。ADC的SNR通常以其有效位数( effective number of bits：ENOB)，它返回的每个度量的位数平均来表示，而不是噪声。理想的ADC的ENOB等于其分辨率。

故，选择ADC以匹配待数字化信号的带宽和所需的SNR。如果ADC的采样率大于信号带宽的两倍，那么根据Nyquist–Shannon采样定理，就可以实现完美的重构。量化误差的存在甚至限制了理想ADC的SNR。但是，如果ADC的SNR超过输入信号的SNR，则其影响可能会被忽略，从而导致模拟输入信号的本质上是完美的数字表示。

整这么多文字还是不直观易懂，到底啥是ADC，来个会动的图吧：

须理解的指标

分辨率

ADC看成一个黑匣子，基本的有一个模拟输入及其等效数字输出。下图 所示示例为一个N位ADC。N通常是6到24之间的任何值，常见的是8、10、12或16位。参考电压可能为单端电压，也可能为一个~,是一个正负电压参考源。 输入是一个模拟电压，范围从0到参考电压，参考电压取决于实际ADC及外围电路。假设使用N位，则可能有个可能的数字输出值，则1位表示的值为。在很多书上也称这个指标为LSB(Least Significant Bit)。

这便是分辨率的概念。模数转换器的分辨率表示在模拟值范围内它可以产生的离散值的数量。该分辨率决定了量化误差的大小，因此决定了不使用过采样的理想ADC的最大平均信噪比。

举个栗子，如果给定ADC的最大输入值为5.0V，而ADC为10位类型，则每一位表示。这个ADC的分辨率，或者说量化步长，是4.89 mV。这是它的绝对理论分辨率。在这种特殊情况下，信号的分辨率不能高于。这个极限称为量化误差，所有的ADC，即使是完美的ADC，都有一定程度的量化误差，具体取决于ADC的分辨率。分辨率的数学定义为： 其中及为ADC的参考电压，M为ADC的量化位数。可见M越大，Q数值越小，分辨率越高。

这个公式简单解读：就是将参考电压按照进行等分，比如10位ADC，就是将参考电压等分成1024份，输入电压与参考电压之比乘以1024，即为ADC的值。故

量化误差

量化误差是由理想ADC中的量化过程产生的。由于ADC的模拟输入电压与输出数字化值之间的存在舍入误差。 在理想的ADC中，量化误差均匀地分布在和之间，并且信号具有覆盖所有量化水平的均匀分布，因此信号量化噪声比SQNR(Signal-to-quantization-noise ratio)定义为： 其中,M为ADC的位数，M位数越大或越高，SQNR也越大。

精度

量化误差和非线性是模数转换器所固有的误差指标。用最低有效位(LSB)的单位进行度量。比如一个10位ADC，LSB为。

非线性度

实际使用的ADC除了上面说的量化误差外，还具有更多的误差源：

• 差分非线性误差DNL(Differential Non-Linearity):当ADC输出在应该改变的时候没有改变&#