【原创】白话讲解ADC模数转换，进来看看！

电子

本帖最后由松山归人于 2021-5-27 12:05 编辑

作者：黄忠老师（张飞电子学院高级工程师）
首先我们来简单介绍一下ADC，ADC即AnalogToDigitalConverter，简单来讲就是它可以把模拟量转化为数字量，方便程序去处理。

下面我们来看一下ADC的框图，我们从框图上来介绍ADC采样的原理

1. 外部被采样信号从单片机特定的引脚输入ADC模块，具体信号从哪个采样引脚输入，取决于‘通道选择’配置。

2. 当正常开始采样后，被采样信号在规定的时间（即采样时间）内对图中的电容（即采样保持电容，简称采保电容）充电，当充完电之后会控制图中的开关断开，这个过程就像科学家提取了一份标本，拿回实验室研究一样。

3. 当开关断开之后，图中的转换模块会花费一定的时间（即转换时间）对电容中的存的电压进行转换，并把转换的结果存入缓冲器，供程序员读取使用，同理，就像科学家对提取的标本花时间研究，得出一个结果。

以上就是整个的ADC工作过程，虽然草草几段话了解，但是其中不乏很多关键的细节问题，什么细节问题呢，很多老铁会想，这不都是自动的嘛，有嘛要注意的，那么我们先来看一下这样几个问题：
1. 采样时间设置多久？
2. 采样时间是越短越好还是越长越好？
3. 采样时间设置的大小和被采样信号的源内阻有什么关系？
4. 如何从有干扰的信号中提取有用的采样信号，实现正确采样？
5. 采样的结果和参考电压有什么关系？

现在我们就上面几个问题，展开说明：
从上面的描述可以得到：从采样到转换完成中间有2个时间：采样时间+转换时间（转换时间是固定的，采样时间可以设置），这两个时间决定了ADC采样的速度问题，当需要高速AD采样的时候，这两个时间尤为重要，因为它决定了采样速度。

我们再回头来想，这里是被采样信号先对采保电容充电，因为转换时间是固定的，我们能配置的就只有采样时间了，是不是说采样时间我们配置的越小越好呢？答案是：不是的，最起码得保证采保电容电压和被采样信号的电压非常接近吧，如果一味的小，追求速度快，那采保电容充不满，转换出来的数据也不对。

那就带来了一个问题，即这个被采样信号源内阻的问题，说白了就是对这个采保电容充电的电流够不够大，只有充电的电流大了，才能在最短的时间内充满。如果充电的电流非常小，恰恰配置的采样时间又很小，结果只有一个，采样不准确，我们经常看到，有的设计方案，做电压采样，分压电阻设计的阻值非常大，当这样的大阻抗遇到高速采样，那就有可能会不准确了。

大家看上面的R1、R2设置大了，那么充电电流就小了，那么R1、R2的阻值设计小了，充电电流大了，那么带来的问题功耗就大了，当需要高速采样的时候，就需要注意这个阻值分配的问题，对功耗要求比较高的产品，如可穿戴产品，蓝牙耳机，智能手表等，这个就需要大的阻值了，一般情况下功耗要求不高的场合，我们基本上设计在1-2mA，所以从此可以得出一个结论，采样时间不是越快越好，也不是越慢越好，恰到好处即可，需要你去实际调试。

如何从带有干扰杂波的信号中提取到有用的信号呢，一般情况下，我们会根据系统的特性进行定点采样，即避开干扰区来采样提取有用的信号，再配软件或者硬件滤波手段来提取有用信号。

采保电容得到了准确的采样信号，就一定意味着转换结果准确吗？答案肯定是NO，这个和参考电压也有关系，参考电压就像一标准样品一样，举例来讲：老板说照着这个样品给我做100个，那首先前提是你的样品得准确，如果样品都不准确，那做出来的东西也必然会有偏差。

想必通过上面的描述我们已经对ADC采样有了一定的理解认知，上面的描述只是ADC的一部分要点，介于篇幅原因，这里就不再赘述了，文末留个大家几个问题：大家看图中绿色地方加的电容，这个电容加了好还是不加好？加多大好？在布板的时候这个电容应该摆放在哪里比较好？

文本提供下载：