ADC
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-03
ADC的實例教程
SAR ADC是一個非常常見的拓撲結構，這是一種在速度、分辨率和功率之間提供了很好平衡的折衷方案。SAR ADC的一個關鍵優勢是幾乎沒有延遲。因此在很多應用領域都能看到使用SAR ADC。
本文將介紹SAR ADC的原理，以及SAR ADC驅動電路設計需要注意的一些要點。
SAR ADC原理
SAR ADC（Successive Approximation Register），即逐次逼近型ADC。
如下圖，SAR ADC主要分成四個部分: 采樣保持電路、模擬比較器、SAR逐次逼近寄存器和DAC數字模擬轉換器。
圖1：SAR ADC的典型拓撲結構
SAR ADC的工作過程主要有兩個階段：采樣階段和轉化階段。
采樣階段：
在采樣階段，開關S2斷開，開關S1閉合，這時對ADC采樣電容C充電。
圖2：SAR ADC的采樣階段
轉化階段：
在轉化階段，開關S1斷開，S2閉合。
展開 ADC芯片全稱模擬數字轉換器，是一個幫助我們將模擬信號轉換成為數字信號的轉換器芯片。ADC芯片主要看兩個基本指標—速度和精度，速度代表的是ADC可以轉換多大帶寬的模擬信號，帶寬對應的就是模擬信號頻譜中的較大頻率。而精度代表的是衡量轉換出來的數字信號與原來的模擬信號之前的差距。
在ADC芯片的發展歷史中，其基本架構、設計和生產技術已經趨近于成熟，但在龐大的消費電子領域中，如此復雜而成熟的芯片有時也會成為機器性能的瓶頸。雖然在芯片領域之外的人較少關注，但ADC芯片技術含量較高，用途廣泛，從測量儀器、手機、HiFi耳機到5G通信基站中都存在不同種類的ADC，部分高端產品甚至受到美國商務部出口管控的限制。
從模擬信號轉化為數字信號的轉換過程處理要經過采樣，保持，量化，編程四個階段，根據不同的處理方式，它也可以分為多種結構和不同的應用場景。比如像汽車電子、精度測量、有線/無線通信等行業應用。
目前國內ADC芯片有許多做的比較好的一些企業，其中菉華半導體的ADC芯片CJC1808是一顆高精度、低功耗模數轉換芯片，內置溫度傳感器和高精度振蕩器。
CJC1808設備是一種高性能、低成本、單片機、立體聲模數轉換器，具有單端模擬電壓輸入。CJC1808設備使用一個具有64次過采樣的增量-西格瑪調制器，并包括一個數字抽取濾波器和高通濾波器，以去除輸入信號的直流分量。對于各種應用程序，CJC1808設備支持串行音頻接口中的主、從模式和兩種數據格式。CJC1808器件的制造使用了一種CMOS工藝。該設備有一個小的，14針的TSSOP包。
國產音頻ADC芯片的應用：
音箱
耳機
聲霸
IPC
故事機等
在國產音頻ADC芯片領域，武漢光華芯生產的國產ADC芯片便是其中的佼佼者。
展開 采樣率/頻率
采樣率或者采樣頻率是以“采樣/秒”(sps)表示，指ADC采集(采樣)模擬輸入的速率。對于每次轉換執行一次采樣的ADC(如SAR、Flash ADC或流水線型ADC)，采樣速率也指吞吐率。對于Σ-Δ ADC，采樣率一般遠遠高于數據輸出頻率。
建立時間
對于DAC，建立時間是從更新(改變)其輸出值的命令到輸出達到最終值(在規定百分比之內)之間的時間間隔。建立時間受輸出放大器的擺率和放大器振鈴及信號過沖總量的影響。對于ADC，采樣電容電壓穩定至1 LSB所需的時間小于轉換器的捕獲時間至關重要。
信納比
SINAD是正弦波(ADC的輸入，或DAC恢復的輸出)的RMS值與轉換器噪聲加失真(無正弦波)的RMS值之比。RMS噪聲加失真包括奈奎斯特頻率以下除基波和直流失調以外的所有頻譜成分。
展開 ADC芯片全稱模擬數字轉換器，是一個幫助我們將模擬信號轉換成為數字信號的轉換器芯片。ADC芯片主要看兩個基本指標—速度和精度，速度代表的是ADC可以轉換多大帶寬的模擬信號，帶寬對應的就是模擬信號頻譜中的較大頻率。而精度代表的是衡量轉換出來的數字信號與原來的模擬信號之前的差距。
推薦工采網代理的ADC芯片 - ES9820，Sabre ES9820是一個2通道32位模數（A/D）轉換器，目標用于專業的音頻應用，如錄音系統、混頻器控制臺和數字音頻工作站（DAW）、測試設備、儀器、音頻處理器、數字轉盤和消費者應用。
ES9820有2個集成的adc，使用ESS專有的超流?II架構，提供前所未有的音頻音質和規格，包括DNR單聲+117分貝單聲模式和DNR+116分貝立體聲模式，THD+N-108分貝2通道模式。
SABRE ADC支持同步S/PDIF、I2S主/從輸出或本機DSD輸出。
ES9820有一個小型緊湊的包裝，消耗80 mW@48 kHz
ES9820可以使用預編程的濾波器系數來更好地匹配SABRE PRO系列，包括ES9038PRO。這些免費濾波器允許模擬-數字-模擬處理與較高的音頻保真度和較小的時域涂抹。
集成在ADC中的音頻信號處理器（ASP）允許自定義濾波，如在ADC中實現的RIAA預置，消除了稍后在信號路徑中重新處理的需要。
ES9820具有200 kHz的超低噪聲地板帶寬。這種帶寬比競爭對手寬10倍，使得在更高的采樣率下具有更高的分辨率。
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展開 得到了U1和U2之后可以計算壓差：
△U=U1-U2，將這兩個電壓輸入到運算放大器中去進行合理放大，使得得到的輸出電壓范圍在ADC參考電壓范圍內盡可能的寬，這樣使用ADC就能更加精確地測量到電壓值。使用運放進行放大的電路如下圖：
在R5=R6，R7=R8的情況下，運放的放大倍數m=R7 / R5。電路中的放大倍數為m=20。經運放放大后得到了Uo送到單片機系統的ADC中去進行AD采樣。那么我們可以計算一下ADC測量得到的AD值和電阻R2之間的關系。
現在假定ADC系統的參考電壓為Uadc，ADC采樣位數為12位，ADC的測量值為A，那么Uo的計算公式如下：
Uo = A / 4096 * Uadc
而Uo也是運放的輸出電壓，根據電橋網絡和運放進行計算可以得到：
Uo = (U1-U2) * m = ( (R2/(R1+R2) - R4/(R3+R4) ) * Uref * m
也就是說：
( (R2/(R1+R2) - R4/(R3+R4) ) * Uref * m = A / 4096 * Uadc ----------------------------①
上式中R1、R3、R4、m、Uref、Uadc都是已知的，那么根據ADC測量得到的值A’就可以輕松計算出來電阻R2的阻值。
上面說的是理論上的計算方式，的確是這樣的，但是往往現實都比較殘酷，由于電阻都有誤差而且運放也不是絕對精密，那么已知的R1、R3、R4、m、Uref、Uadc幾個參數都是和真實值有微小差別的，例如電阻R1的標稱電阻為2K，誤差為1%，萬用表測量得到的阻值為1980歐姆，顯然誤差是有的，直接帶入式子進行計算是不可行的。那怎么辦呢？
解決辦法總是有的。
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? 低功耗配置：- 活動模式接收：40mA - 低電壓休眠模式：90 μA - 深度休眠模式：10 μA - 關機模式：0.5 μA 外設
? GPIO：QFN32封裝19個
? 1個SPI接口 ? 2個UART：1個支持Flash下載 ? 1個I2C ? 1個通用DMA控制器（GDMA）帶6通道 ? 6個32位 PWM 通道 ? 10位AUX ADC
芯片內置16-bit ADC，分辨率0.004°C，具有-103°C到+153°C的超寬工作范圍。芯片有唯一64位ID序列號，出廠前經過100%的測試校準，根據溫度誤差特性進行校準系數的擬合，芯片內部自動進行補償計算。為了簡化系統應用，芯片的ID搜索、測溫數據內存訪問、功能配置等均基于數字單總線協議(One Wire，OW)指令，上位機微處理器只需一個GPIO端口便可進行讀寫訪問。
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11/24 | 數模混合電路的EMC正向設計——攝像頭/毫米波/激光雷達的底噪與相噪挑戰
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倪勝 | Ansys 主任應用工程師
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該時間從模擬信號輸入到將兩個通道的24位數據設置到ADC輸入寄存器以進行ADC運算。在從屬模式下，需要MCLK（256fs/384fs/512fs）、SCLK和LRCK時鐘。LRCK時鐘輸入必須與MCLK同步，但相位并不關鍵。
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