「類比數位轉換器」的各地常用名稱
中?大陸	模??字??器
臺灣	類比數位轉換器
港澳	模擬數碼轉換器

模??字??器;zh-tw:類比數位轉換器;zh-hk:模擬數碼轉換器

模??字??器 （英語： Analog-to-digital converter , ADC , A/D 或 A to D ）是用于? 模?形式 的 ??信? ??? ?字形式 的 ?散信? 的一???。一?模??字??器可以提供信?用于?量。?之相?的??成? ?字模???器 。

典型的模??字??器?模?信????表示一定比例???的?字信?。然而，有一些模??字??器?非?的?子??，例如 旋???器 ，也可以被??模??字??器。

?字信??出可能?使用不同的????。通常?使用二?制 二?? （也?作“??”）?行表示，但也有其他情?，例如有的??使用 格雷? （一?循??）。 ^[1]

?念 [ ?? ]

分辨率 [ ?? ]

模??字??器的分辨率是指，?于允?范??的模?信?，?能?出?散?字信??的??。?些信??通常用二?制??存?，因此分辨率?常用 位元 作??位，且?些?散?的??是2的?指?。例如，一?具有8位分辨率的模??字??器可以?模?信???成256?不同的?散?（因?2 ⁸  = 256），?0到255（?无符?整?）或?-128到127（??符?整?），至于使用?一?，?取?于具?的?用。

分辨率同?可以用??性??描述，使用?位 伏特 。使得?出?散信??生一??化所需的最小?入??的差?被?作最低有效位（ Least significant bit, LSB ）??。??，模??字??器的分辨率 Q 等于LSB??。模??字??器的??分辨率等于??的???量范?除以?散???隔?：

${\displaystyle Q={\dfrac {E_{\mathrm {FSR} }}{N}},}$

?里 N 是?散???隔?， E _FSR 是?的???量范?， E _FSR 由下式?出

${\displaystyle E_{\mathrm {FSR} }=V_{\mathrm {RefHi} }-V_{\mathrm {RefLow} },\,}$

?里 V _RefHi 和 V _RefLow 是???程允???的上下限。

正常情?下，???隔?等于

${\displaystyle N=2^{M},\,}$

?里 M 是模??字??器以位元??位下的分辨率。

???型 [ ?? ]

大多?模??字??器的???型??性，?里的“?性”是指，?出信?的大小??入信?的大小成?性比例。

一些早期的??器的???型呈???系，由此??行A-law算法或μ-law算法??。?些???在由高分辨率的?性模??字??器（例如12或16位）?到，??其8????出??行?制。

?差 [ ?? ]

模??字??器的?差有若干??源。 量化 ??和非?性?差（假???模??字??器??具有?性特征）是任何模??字??中都存在的?在?差。也有一?被?作孔??差（ aperture error ），?是由于??的不良振?，且常常在??域信??字化的?程中出?。??的不良振?所引起的孔??差可以等效到ADC的采?保持器中，?????之?采?信?而采?信?的相位不?定性就使得??的采???是?机?化的，在?一????化的信?采??，我??定的采?信? ${\displaystyle V_{in}}$可能?成了 ${\displaystyle V_{in}(t-\Delta t)}$，其中 ${\displaystyle \Delta t}$是一?具有???律的?机?延。如果我????的??相位不?定性看作是一?相位??，那???相位???由采??程??到原始信?中去。???差就是上述的孔??差或孔????差。孔????差必然?????。下面???明???????的?系。 ?信?? ${\displaystyle v(t)}$，那?若由于在孔???造成的??上的不?定量 ${\displaystyle \Delta t}$?造成采?信?的不?定度 ${\displaystyle \Delta v(t)}$，用??公式可以表示?：

 ${\displaystyle \Delta v(t)=v(t')-v(t'-\Delta t)}$                                           （式1）

?????无偏?，那?有：

  ${\displaystyle \Delta v(t)=v(t+{\frac {\Delta t}{2}})-v(t-{\frac {\Delta t}{2}})}$                                  （式2）

再假? ${\displaystyle \Delta t}$ ?一微小量，那?

  ${\displaystyle \Delta v(t)=\Delta t\cdot v'(t)}$                                                 （式3）

?于一??定的信?，? ${\displaystyle t}$?定后，上式中的 ${\displaystyle v(t)}$?一??定量，而 ${\displaystyle \Delta t}$是有???律的。因此??取期望，得到：

 ${\displaystyle E[\Delta v(t)]=E[\Delta t\cdot v'(t)]=E[\Delta t]\cdot v'(t)}$                                 （式4）

且有：

  ${\displaystyle E[\Delta v^{2}(t)]=E[\Delta t^{2}\cdot v'^{2}(t)]=E[\Delta t^{2}]\cdot v'^{2}(t)}$                            （式5）

由式4和式5，?假? ${\displaystyle \Delta v(t)}$ 和 ${\displaystyle \Delta t}$都是零均??机量，??可以得到：

  ${\displaystyle \sigma _{ns}^{2}(t)=\sigma _{t}^{2}(t)\cdot v'^{2}(t)}$                                               （式6）

??端求??平均：

    ${\displaystyle {\frac {1}{T}}\int _{t-{\frac {T}{2}}}^{t+{\frac {T}{2}}}\sigma _{ns}^{2}(t)\,dt={\frac {1}{T}}\int _{t-{\frac {T}{2}}}^{t+{\frac {T}{2}}}\sigma _{t}^{2}(t)\cdot v'^{2}(t)\,dt}$                                  （式7）

一般的，有 ${\displaystyle \sigma _{t}^{2}(t)=const}$ ，? ${\displaystyle \sigma _{t}^{2}(t)=\sigma _{t}^{2}}$，上式可以?作：

 ${\displaystyle {\frac {1}{T}}\int _{t-{\frac {T}{2}}}^{t+{\frac {T}{2}}}\sigma _{ns}^{2}(t)\,dt=\sigma _{t}^{2}(t)\cdot {\frac {1}{T}}\int _{t-{\frac {T}{2}}}^{t+{\frac {T}{2}}}v'^{2}(t)\,dt}$                            （式8）

若原始信?有各???特性，那?上式的左?可以理解???的功率。于是

  ${\displaystyle P_{ns}=\sigma _{t}^{2}\cdot E(v'^{2}(t))}$                                                    （式9）

因此，孔???所引入的??大小?信?的??有?，?于高??的信?，?其??大的信?，其??的功率在孔??差相同??更大。

采?率 [ ?? ]

模?信?在?域上是??的，因此可以???????上??的一系列?字信?。??就要求定?一????表示新的?字信?采?自模?信?速率。??速率????器的 采?率 或 采??率 。

可以采集???化、??受限的信?（?每隔一???量?存?一?信??），然后可以通? ?? ???后的?散信??原?原始信?。?一?程的精?度受量化?差的限制。然而，??采?率比信??率的?倍?高的情?下才可能?到?原始信?的忠??原，?一?律在 采?定理 有所??。

由于??使用的模??字??器不能?行完全??的??，所以??入信??行一次??的?程中必?通?一些外加方法使之保持恒定。常用的有采?-保持?路 ^[2] ，在大多?的情?里，通?使用一? ?容器 可以存??入的模???，?通???或??路??合、?????容和?入信?的?接。?多模??字??集成?路在?部就已?包含了??的采?-保持子系?。

混? [ ?? ]

所有的模??字??器以每隔一定???行采?的形式?行工作。因此，??的?出信?只是??入信?行?的不完全描述。在某一次采?和下一次采?之?的??段，??根据?出信?，是无法得知?入信?的形式的。如果?入信?以比采?率低的速率?化，那?可以假定??次采?之?的信?介于??次采?得到的信??。然而，如果?入信?改??快，???的假?是??的。

如果模??字??器?生的信?在系?的后期，通? ?字模???器 ，??出信?可以忠?地反映原始信?。如???入信?的?化率比采?率大得多，?是?一?情?，模??字??器?出的??“假”信?被?作“混?”。混?信?的?率?信??率和采?率的差。例如，一?2千 赫? 的 正弦曲? 信?在采?率在1.5千赫?采?率的??后，?被重建?500赫?的正弦曲?信?。??的??被?作“混?”。

?了避免混??象，模??字??器的?入信?必?通? 低通?波器 ?行?波?理，??掉?率高于采?率一半的信?。??的?波器也被?作 反?? ?波器。?在?用的模??字??系?中十分重要，常在混有高?信?的模?信?的???程中?用。

?管在大多?系?里，混?是不希望看到的?象，?得注意的是，?可以提供限制??高?信?的同步向下混合（ simultaneous down-mixing ，??? 采??疏 和 混?器 ）。

Dither信? [ ?? ]

在模??字??器中，工作??可以通?引入??信?（ Dither ）得到改善。Dither信?是在??前混入?入信?的微量?机??（ 白?? ）。?的作用效果是?入信??小?，造成LSB的???机在0和1之?振?，而不是?于某一?固定?。??做可以?展模??字??器可以??的有效范?，而不需要在低?入的情?下完全切???信?，不???做的代价是?音?小幅增加，量化?差??散到一系列?音信??。在??范?上，?是可以??精?地反映信?在??上的?化。在?出端，使用一?适?的 ?子?波器 可以?原??小幅信?波?。

?有加入Dither信?的低幅音?信??起?十分?曲和令人不快。因?如果?有Dither信?，低幅信?可能造成最低有效位固定在0或者1。引入Dither信?之后，音?的??振幅可以通?在取一段??上??量化的采?和一系列Dither信?的采?的平均???算。Dither信?在一些集成系?里也有?用，例如 ?度表 ，?可以使信???生比模??字??器最低有效位更?精?的?果。注意引入Dither信?只能增加采?器的分辨率，但是不能增加其?性的性?，因此精?度不一定能?改善。

?采? [ ?? ]

通常的，?了??，信?以允?的最低采?率被采?，造成的?果是?生在??器整?通?上分布的白??。如果信?以高于 奈奎斯特?率 的?率被采?、然后?行 ?字?波 ，才?而保?限制信???，?又以下??好?：

• ?字?波器具有比模??波器更好的性?（更?利的 ?降 、相位），所有可以?成更?利的反???波器，?而可以?信??行向下采?，?出更好的?果；
• 一?20位的模??字??器可以?做一?24位、具有256倍?密采?的模??字??器使用；
• ?管有量化??， 信?比 ?是?比使用整?可用的??更高。使用了此技?后，可能??得一?比??使用??器更高的分辨率；
• 每倍?的?密采?（在?多?用中?不?）的信?比的改善?3 分? （等效于0.5位）。因此，?密采?通常??音信?整形?合在一起。通??音整形，改善可以?到每倍?6L+3 dB（?里L是用于?音整形的?路?波器的??，例如，一?2??路?波器可以提供15分?每倍?的改善）。

相?速度和精?度 [ ?? ]

模??字??器的速度根据其??有?大的差?。威?金森模??字??器受到其??率的限制。目前，?率超?300兆赫?已?成?可能。??所需的?????通道的?量成比例。?于一?逐次逼近（ successive-approximation ）模??字??器，其?????通道?量的??成比例。??，大量通道可以使逐次逼近??器比威?金森??器快。然而，威?金斯??器消耗的??是?字的，而逐次逼近??器是模?的。由于模?的自身就比?字的更慢，?通道?量增加，所需的??也增加。??，其在工作?具有相互??的?程。Flash模??字??器是?三?里面最快的一?，??基本是一???平行的?程。?于一?8位?元，??可以在十???秒的???完成。

人?期望在速度和精?度之??到一?最佳平衡。Flash模??字??器具有?比?器水平的漂移和不?定性，???致通道?度的不均一性。?果是Flash模??字??器的?性不佳。?于逐次逼近模??字??器，糟?的?性也?明?，不???是比Flash模??字??器好一点。?里，非?性是源于?法?程的?差?累。在?一点上，威?金森??器是表?最好的。???有最好的微分非?性。其他??的??器?要求通道平滑，以?到像威?金森??器的水平。 ^{[3] [4]}

分? [ ?? ]

• 直接??模??字??器（ Direct-conversion ADC ），或?Flash模??字??器（ Flash ADC （ 英? ： Flash ADC ） ）
• 循續漸近式類比數位轉換器 （ Successive approximation ADC ）
• ?升-比?模??字??器（ Ramp-compare ADC ） ^[5]
• 威?金森模??字??器（ Wilkinson ADC ） ^{[6] [7]}
• 積分模??字??器（ Integrating ADC ）
• Delta??模??字??器（ Delta-encoded ADC ）
• 管道模??字??器（ Pipeline ADC ）
• Sigma-Delta 模??字??器（ Sigma-delta ADC ）
• ??交?模??字??器（ Time-interleaved ADC ）
• ?有??FM段的模??字??器 ^{[8] [9] [10] [11] [12]}

也有利用?子技?和其他技??合的??器：

• ??延伸模??字??器（ Time stretch analog-to-digital converter, TS-ADC

商用的模??字??器 [ ?? ]

???品大多是 集成?路 。

大多???器具有6至24位的分辨率，且每秒?行少于百万采?。?要求更高的分辨率???生???（ Thermal noise ）。?于音??用，在室???，??的??通常小于1微伏的白??。如果最大有效位??一??准的2伏?出信?，?于有限??信?的??低于20至21位，可以不需要使用??。截止到2002年2月，百万?、十??采?率已?可使用。在???像机、??捕??、?????等需要??全速模???至?字??文件的??中，百万采?率的??器的?用十分必要。商用??器的?出信?通常具有±0.5至1.5的最低有效位?差。

在?多情?中，集成?路中最??的部分是?脚（ pins ），因????整?封??得更大，且每一??脚必?和集成?路中的硅?接。?了?省?脚，常用的做法是每一??脚??算机?行 串行通信 ，每???信?改?到下一????，??一?位的??信?，比如，?0伏特到5伏特。??做可以?模??字??器?省?多?脚，而且在?多情?里，可以避免?整?????化（?便是 微?理器 ，如果使用存?器映射?入?出（ Memory-mapped I/O ），就只需要一?端口的??位??行串行通信）。

商用的模??字??器?常具有???入端口?接到同一???器，采用的技?通常是利用模? ?据??器 ?行多路?用。不同的型?可能??包含采?-保持?路， 放大器 和 差分信? ?入（?入量表示???端口??的差?）。

?用 [ ?? ]

音??制 [ ?? ]

模??字??器?于目前的音??制技?至?重要。由于大多?音?都在?算机上制作，?模?信?被?制，就需要一?模??字??器??建 ?????制 ?据流，?可以以?字音?格式刻?在 CD 上。

在音?制作中使用的模??字??器可以以最高192千赫?的?率?行采?。高???空允?使用更便宜、更快的反???波器。?密采?的支持者强?，??更?的反???波器??音品?可以?生更少的?面效?，因???具有更舒?的斜率。其他的一些人?完全支持使用无?波器的模??字??器，?使用反???波器比??前使用??式?波器?音??生更小的??。有大量文???了此???，不?商?考?才是最有影?的。大多?高?量?音棚以24位/192-176.4千赫??????制或 DSD ??制音?，然后向下采?或有???以?行 ?皮?CD 的44.1千赫? ^[13] ，或???播???用的48千赫?。

?字信??理 [ ?? ]

在模?信?需要以?字形式?理、存?或???，模??字??器?乎必不可少。例如，快速??模??字??器在?????中得到了?用。8,10,12或16位的慢速在片（ On-chip ）模??字??器在 微控制器 里十分普遍。速度?高的模??字??器在?字 示波器 里是必需的，?外在 ?件无?? 里也???。

?考文? [ ?? ]

• Allen, Phillip E.; Holberg, Douglas R., CMOS Analog Circuit Design, ISBN  0-19-511644-5  
• Kester, Walt (?), The Data Conversion Handbook , Elsevier: Newnes, 2005 [ 2011-09-10 ] , ISBN  0-7506-7841-0 , （原始?容 存? 于2016-10-07）  
• Johns, David; Martin, Ken, Analog Integrated Circuit Design, ISBN  0-471-14448-7  
• Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 2nd, New York: John Wiley & Sons: 665?666, 1989  
• Liu, Mingliang, Demystifying Switched-Capacitor Circuits, ISBN  0-7506-7907-7  
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• Walden, R. H., Analog-to-digital converter survey and analysis , IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1999, 17 (4): 539?550, ISSN 0733-8716 , doi:10.1109/49.761034  

? ? ? 模??路 模擬信號 、 半?? 、 晶?管 、 二極體 、 ??性晶?管 （ 共射極 、 共集? 、 共基極 ）、 ?效?管 （ 共源? 、 共漏? 、 共?? ）、 ???晶?管 、 晶閘管 、 差分放大器 、 放大器電路 、 ?算放大器 、 ?性??器 （ 78xx 、 LM317 ）、 偏置 、 類比數位轉換器 、 數位類比轉換器 、 ??

? ? ? ?字?路 ?念 ?字信? 布?代? 開關 ?合???路 ?序???路 同步 異步 ??表 ??? 有限??机 米利机 摩?机 硬件模? 邏輯閘 ? 或 非 同 ?非 或非 ?或 同或 蘊含 TTL 74190 CMOS 加法器 乘法器 ??器 ??器 ?据??器 ?存器 寄存器 ??器 RS D JK T 儲存裝置 ROM RAM 類比數位轉換器 數位類比轉換器 IC 、 VLSI 定制程度（半、全） PLD PAL PLA GAL CPLD FPGA ASIC ?? ?? ?子??自?化 （EDA） 硬件描述?言 Verilog VHDL ???合 硬件???言 SystemVerilog

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