初学ADC
前言
本篇就针对最近看的几篇文章进行一个汇总，希望能对大家有所帮助。希望多多点赞关注！
一、ADC概述
ADC（模数转换器）是连接模拟世界与数字系统的核心器件，负责将连续模拟信号转换为离散数字信号。其性能直接影响数据采集的精度与实时性，广泛应用于工业控制、医疗设备、通信系统等领域。本文将初步解析ADC的工作原理、主流架构、选型要点及设计技巧。
二、ADC基本原理
1. 核心三步骤
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采样（Sampling）：以奈奎斯特频率（fs≥2fmax）捕获模拟信号。
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量化（Quantization）：将采样值映射为有限离散电平（分辨率决定精度）。
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编码（Encoding）：将量化值转换为二进制码（如二进制补码）。
2. 数学表示
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量化误差：
（N为分辨率）。
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信噪比（SNR）：理论最大值为 6.02N+1.76 dB6.02N+1.76dB（仅考虑量化噪声）。
三、ADC主流架构与分类
1. 架构对比
| 类型 | 原理 | 优点 | 缺点 | 典型型号 |
|---|---|---|---|---|
| SAR | 逐次逼近，逐位比较 | 高精度、低功耗 | 速度受限 | AD7689（18位） |
| Σ-Δ | 过采样+噪声整形 | 超高分辨率 | 带宽低（≤1MHz） | AD7175（24位） |
| 流水线型 | 多级子ADC并行处理 | 高速（GSPS级） | 功耗高 | AD9208（10 GSPS） |
| Flash | 并行比较，一步转换 | 超高速（<1 ns） | 分辨率低（≤8位） | MAX104（8位） |
注：Gsps和Hz的关系-CSDN博客
2. 应用场景选择
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工业传感器：Σ-Δ（24位，低速高精度）。
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5G通信：流水线型ADC（12位，1 GSPS以上）。
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医疗成像：SAR ADC（16位，1 MSPS，低噪声）。
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雷达系统：时间交织ADC（多通道并行，如AD9213）。
四、ADC核心参数与计算
1. 静态参数
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分辨率（Resolution）：
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INL（积分非线性）：最大偏离理想值的误差（单位： LSB）。
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DNL（微分非线性）：相邻码跃迁误差（±0.5 LSB内为无失码）。
2. 动态参数
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采样率（fsfs）：每秒采样次数，需满足 fs≥2fmax。
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SNR（信噪比）：
SNR=6.02N+1.76 dB (理论值)（实际值需考虑热噪声、时钟抖动等）。
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ENOB（有效位数）：
ENOB=（SINAD−1.76）/6.02（示例：SINAD=70 dB → ENOB≈11.3位。） -
SFDR（无杂散动态范围）：基波与最大谐波/杂波的差值（>80 dBc为优）。
3. 影响因素计算示例
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热噪声限制：
噪声功率=kTB(k:玻尔兹曼常数,T:温度,B:带宽) -
时钟抖动影响：
（tj为时钟抖动，fin为输入频率）。
五、ADC选型与设计指南
1. 选型关键要素
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分辨率与速度：
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低速高精度：Sigma-Delta（24位, 10 kSPS）。
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高速中精度：流水线型（12位, 1 GSPS）。
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接口类型：
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并行接口：高速场景（LVDS/JESD204B）。
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串行接口：SPI/I²C（如AD7793）。
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功耗与供电：
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低功耗设计：选择关断模式（如LTC2500，待机电流<1 μA）。
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电源抑制比（PSRR）：>80 dB（抗电源噪声）。
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2. 电路设计要点
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前端抗混叠滤波：
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截止频率：fc=0.8×fs2fc=0.8×2fs（避免高频镜像）。
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推荐电路：4阶巴特沃斯滤波器（Active RC或开关电容）。
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基准电压设计：
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选择低噪声基准源（如REF5025，噪声3 μVpp）。
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去耦：10 μF钽电容 + 0.1 μF陶瓷电容。
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驱动能力：满足ADC芯片的要求
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PCB布局优化：
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模拟与数字地分割，单点连接。
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信号走线：
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模拟输入走线短且远离数字信号。
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时钟线采用差分对（如LVDS）降低串扰。
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六、调试与故障排查
1. 常见问题
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采样值跳变：
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检查电源噪声（示波器捕获纹波）。
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优化接地（星型接地，避免地环路）。
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高频失真大：
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验证抗混叠滤波器设计（频响测试）。
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降低输入信号带宽或提升采样率。
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2. 工具推荐
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仿真工具：
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ADI ADIsimADC（性能仿真与模型验证）。
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LTspice（滤波器设计与噪声分析）。
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测试设备：
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示波器（捕获时序）。
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频谱分析仪（分析谐波与SFDR）。
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