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选用ADC芯片需要考虑的十一大因素

2021-08-23 09:44:00

（文/程文智）模数转换器（ADC）经过30多年的发展，技术也经历了多次革新，目前比较常用的ADC主要有三种类型，即Δ-∑、SAR、以及流水线（Pipelined）型ADC。这三种ADC各有其特点和优势。

接下来我们将具体谈一谈这些ADC器件的有缺点，以及我们在具体应用中选择ADC芯片时需要考虑的十一大因素。

ADC类别介绍

前面我们有提到ADC目前主流的架构有三种，首先我们来看下Δ-∑型ADC。Δ-∑型ADC，又称为过采样转换器，它由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。

它的优点是分辨率较高，高达24位；转换速率高；低功耗、低价格；缺点是速度比较低，延时高。

图：ADC架构与速度和分辨率的关系（来源：Microchip）

跟Δ-∑型ADC比较接近的是双通道斜率ADC，它的速度是最慢的，以前主要用于万用表的设计，现在比较少用。现在如果需要用到双通道斜率ADC的场合，可以选用Δ-∑型ADC。

二是SAR型ADC，它的速度和精度都是比较居中的，其优点是延时特别低，适合用于需要快速反应的场景；缺点是速度和精度都无法做到特别高，特别快。

三是流水线型ADC，它的优点是速度特别高，可以用于高速应用；缺点是功耗比较高，而且有一些延时。

图：ADC架构比较（来源:Microchip）

如何选择合适的ADC芯片

对于如何选择一款合适的ADC芯片呢？我们可以从下面十一个方面来探讨。

一是ADC架构的选择。对于选择何种架构，我们首先要考虑应用的输入信号是快速信号还是慢速信号，可以根据信号的快慢，相应地从慢到快，选择Δ-∑、SAR、和流水线型ADC。其次是需要考虑输入信号是连续信号，还是离散信号。如果是连续信号，那就比较简单，这几种架构的ADC都可以选；但如果是离散信号，就不能用Δ-∑型ADC，因为Δ-∑型ADC是对信号进行多次采用后，求平均值得到的信号，所以是不适合的。

二是看ADC采样率的选择。根据奈奎斯特定律，采样频率要大于等于输入信号的两倍，即fs≥2finput；但实际上，我们采用的采用频率是输入信号的10~20倍。

三是如何设置ADC输入满量程范围。这是由参考电压VREF决定的。一般是0~VREF，或者是-VREF~+VREF

四是ADC分辨率的选择。这是由转换器的精度要求，由输入幅值范围和LSB大小等因素共同决定的。

五是输出延时对应用是否重要。这个要看具体的应用，比如安全气囊方面的应用就对输出延时很重要，需要选用延时特别小的ADC，这种情况SAR ADC就比较合适，

六是传感器信号的配置。需要看一下传感器的输出阻抗是否足够小，传感器的输出信号是不是交流信号，来选用单端的，或者是差分输入ADC。

七是电源电压范围，这根据实际应用来选择。

八是接口的选择。如果是非高速应用，一般选用I2C，SPI接口；如果是高速应用的话，通常选用并行CMOS、LVDS、DDR LVDS和EBI等接口；

九是封装类型。根据实际需要来选择，可选用的封装类型有DFN、SOT、MSOP、SOIC、QFN和BGA等

十是需要考虑ADC是否需要过汽车级认证，如果是用在汽车上的话，就需要选择车规级ADC芯片。

最后一个是单价，这也是需要考量的一个很重要的因素。