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在搞清楚什么是模数转换器之前，我们必须要了解什么是模拟信号，什么是数字信号。在解释模拟信号和数字信号之前，必须得有的一个大前提，那就是这里所说的信号，指的都是电信号。因为模拟信号是个非常大的概念，自然界中的声光电温度等都可以被视为模拟信号，而这些模拟量需要转换成电信号才能被处理，由于数字计算机和处理器并不能直接处理这样的电信号，所以这时候我们的主角便出场了，模数转换器可以将模拟信号转换成数字信号。这样，便打通了模拟与数字之间的桥梁，大家可以愉快地通信了。
当然这座“桥”的实现办法就如八仙过海，有着很多的办法，现阶段常见的模数转换器有以下几种类型：逐次逼近型、积分型、压频变换型、流水线型、∑-Δ型等。
而不同的类型的模数转换器也有不同的应用领域，逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中；分级型和流水线型 ADC 主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域；∑-Δ型 ADC 主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。
下面与非网小编就给大家全面起底 ADC。
ADC 的类型
1. 逐次逼近型
逐次逼近型 ADC 是应用非常广泛的模 / 数转换方法，它包括 1 个比较器、1 个数模转换器、1 个逐次逼近寄存器（SAR）和 1 个逻辑控制单元，所以逐次逼近 ADC 也被称为 SAR ADC。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1 个时钟周期完成位转换，N 位转换需要 N 个时钟周期，转换完成，输出二进制数。
这一类型 ADC 的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。
优点：分辨率低于 12 位时，价格较低，采样速率可达 1MSPS；与其它 ADC 相比，功耗相当低。
缺点：在高于 14 位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模 / 数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
2. 积分型 ADC
积分型 ADC 又称为双斜率或多斜率 ADC，它的应用也比较广泛。
典型积分电路
它由 1 个带有输入切换开关的模拟积分器、1 个比较器和 1 个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现 A/D 转换。
积分型 ADC 两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的 D 表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压 VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频噪声和固定的低频干扰（如 50Hz 或 60Hz），适合在嘈杂的工业环境中使用。这类 ADC 主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。
优点：分辨率高，可达 22 位；功耗低、成本低。
缺点：转换速率低，转换速率在 12 位时为 100～300SPS。
3. 并行比较 A/D 转换器
并行比较 ADC 主要特点是速度快，它是所有的 A/D 转换器中速度最快的，现代发展的高速 ADC 大多采用这种结构，采样速率能达到 1GSPS 以上。但受到功率和体积的限制，并行比较 ADC 的分辨率难以做的很高。
这种结构的 ADC 所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。
并行比较 ADC 的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的 ADC 由于比较器的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。
优点：模 / 数转换速度最高。
缺点：分辨率不高，功耗大，成本高。
4. 压频变换型 ADC
压频变换型 ADC 是间接型 ADC，它先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号，然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲，这种 ADC 的分辨率可以无限增加，只要采用时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。
优点：精度高、价格较低、功耗较低。
缺点：类似于积分型 ADC，其转换速率受到限制，12 位时为 100～300SPS。
5. ∑-Δ型 ADC
∑-Δ转换器又称为过采样转换器，它采用增量编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型 ADC 包括模拟∑-Δ调制器和数字抽取滤波器。∑-Δ调制器主要完成信号抽样及增量编码，它给数字抽取滤波器提供增量编码即∑-Δ码；数字抽取滤波器完成对∑-Δ码的抽取滤波，把增量编码转换成高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。
优点：分辨率较高，高达 24 位；转换速率高，高于积分型和压频变换型 ADC；价格低；内部利用高倍频过采样技术，实现了数字滤波，
降低了对传感器信号进行滤波的要求。
缺点：高速∑-Δ型 ADC 的价格较高；在转换速率相同的条件下，比积分型和逐次逼近型 ADC 的功耗高。
6．流水线型 ADC
流水线结构 ADC，又称为子区式 ADC，它是一种高效和强大的模数转换器。它能够提供高速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸；经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。
流水线型 ADC 由若干级级联电路组成，每一级包括一个采样 / 保持放大器、一个低分辨率的 ADC 和 DAC 以及一个求和电路，其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的 n 位转换器分成两段以上的子区（流水线）来完成。首级电路的采样 / 保持器对输入信号取样后先由一个 m 位分辨率粗 A/D 转换器对输入进行量化，接着用一个至少 n 位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产生一个对应于量化结果的模 / 拟电平并送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后，最后由一个较高精度的 K 位细 A/D 转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细 A/D 的输出组合起来即构成高精度的 n 位输出。
优点：有良好的线性和低失调；可以同时对多个采样进行处理，有较高的信号处理速度，典型的为 Tconv<100ns；低功率；高精度；高分辨率；可以简化电路。
缺点：基准电路和偏置结构过于复杂；输入信号需要经过特殊处理，以便穿过数级电路造成流水延迟；对锁存定时的要求严格；对电路工艺要求很高，电路板上设计得不合理会影响增益的线性、失调及其它参数。
目前，这种新型的 ADC 结构主要应用于对 THD 和 SFDR 及其它频域特性要求较高的通讯系统，对噪声、带宽和瞬态相应速度等时域特性要求较高的 CCD 成像系统，对时域和频域参数都要求较高的数据采集系统。
ADC 参数
采样率
采样率一般是指芯片每秒采集信号的个数。比如 1KHz/s，表示 1s 内，这个 ADC 可以采集 1K 个点。采样率越高，采集的点数越多，那么对信号的还原度就越高。比如 A 跟 B，A 采集 3 个点，最终还原出来的波形跟原始波形相差较大，B 采集了 6 个点，那么在还原是就越接近原始信号。所以在这里我们要引出奈奎斯特定理，也就是如果对原始信号进行采集，采样率必须大于其 2 倍，这样才能正常的还原出原始信号，否则会发生混叠现象。如下图所示，原始波形就无法恢复。
分辨率
一般 ADC 都会注明是 8bit，16bit 或者是 24bit。这里的数值也就是分辨率的意思。分辨率是衡量 ADC 精度一个非常重要的指标，比如采集的电压范围是 0-5V，那么 8bit 的 ADC 的最小刻度就是 5/2^8=0.0195V，16bit 的 ADC 的最小刻度是 5/2^16=0.000195V。从这两个数值来看，我们就知道 16bit 的 ADC 可以采集到更小的电压，所以这里的分辨率表征的 ADC 的最小刻度的指标。同时分辨率也只能算是间接衡量 ADC 采样准确的变量，直接衡量 ADC 采集准确性的是精度。
精度
精度是在 ADC 最小刻度基础上叠加各种误差的参数，是可以直接衡量 ADC 采样精准的指标。通常 ADC 的精度=N*LSB+Vc_sample+Vshift+Vnoise+Vref+… N 一般在 ADC 的数据手册中体现，表征 ADC 的集散误差。Vc_sample 是 ADC 内部的采样电容引起的误差。Vshift 一般是外围电路带来的偏置，Vnoise 是综合前端的驱动电路和 ADC 得出的噪声电压。Vref 一般是由参考电压的散差引起的误差。所以我们可以知道，虽然一些 ADC 的分辨率很高，但是需要精度高，还需要做好各个方面的工作，尽量降低系统误差，从而提高精度。
转换速率
转换时间
影响转换时间的因素有：转换位数 N，ADC 时钟 f，采样保持时间 t。ADC 转换一次的时间为 N*1/f+t，这就是我们 ADC 转换一次的时间。
几家常见的 ADC 的厂家
TI
TI 的 ADC 具有高性能、低功耗、小尺寸的特点，是全球最高速 ADC 的生产厂商。
ADI 公司拥有业界最齐全的模数转换器系列，可提供符合各种性能、功耗、成本和尺寸需求的产品。
MAXIM
MAXIM 的 ADC 具有 2Msps 以下的卓越转换性能，以及针对 2Gsps 以上采样率优化的高速 ADC IC。MAXIM 的许多新型模数转换器 IC 都提供内置信号链功能，例如具有集成可编程增益放大器和精密电压基准的 ADC。
INTERSIL(16 年被瑞萨收购)
产品主打低功耗 ADC。
ADC 未来发展趋势
低功耗
片上系统(SOC)已经成为集成电路发展的趋势，在同一块芯片上既有模拟电路又有数字电路。为了完成复杂的系统功能，大系统中每个子模块的功耗应尽可能地低，因此，低功耗 ADC 是必不可少的。在以往的设计中，5MSPS8～12 位分辨率 A/D 转换器的典型功耗为 100～150mW。这远不能满足片上系统的发展要求，所以，低功耗将是 ADC 一个必然的发展趋势。
更高精度
现代数字系统的分辨率在不断提高，比如，高级仪表的最小可测值在不断地减小，因此，ADC 的分辨率也必须随之提高，在专业音频处理系统中，为了能获得更加逼真的声音效果，需要高精度的 ADC。
更高速度
现代数字系统的数据处理速度越来越快，要求获取数据的速度也要不断提高。因此，也亟需更高速度的 ADC 来处理这些数据。
混合信号处理
数字信号处理器 (DSP) 及其它标准数字器件 (如微控制器、EPROM 等) 与高分辨率 ADC、DAC 可集成于同一芯片上，构成混合信号处理器 (MSP)
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