ADC（Analog to Digital Converter，模數轉換器）的工作原理是將時間連續、幅值也連續的模擬信號（如電信號）轉換為時間離散、幅值也離散的數字信號（通常為二進制0和1信號）。這一過程通常包括四個關鍵步驟：采樣、保持、量化和編碼。

1. 采樣（Sampling）

采樣是將時間上連續變化的模擬量轉換為時間上離散變化的模擬量。具體來說，是將模擬信號在時間上分成一系列等間隔的脈沖，每個脈沖的幅度取決于輸入模擬量在該時刻的瞬時值。采樣過程需要遵循奈奎斯特采樣定理，即采樣頻率必須大于模擬信號中最高頻率成分的兩倍，以保證采樣值能夠不失真地反映原來的模擬信號。

2. 保持（Holding）

采樣脈沖寬度一般是很短暫的，為了在下一個采樣脈沖到來之前保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進行轉換，需要在采樣電路之后加入保持電路。保持電路的作用是在采樣脈沖結束后，將采樣得到的模擬信號值保持一段時間，直到下一個采樣周期開始。

3. 量化（Quantization）

量化是將采樣后的模擬信號值歸化到與之接近的離散電平之上。由于數字信號位數有限，因此輸出的數字信號和采樣得到的模擬信號之間會存在誤差，這種誤差被稱為量化誤差。對于一個N位ADC來說，其滿量程電壓被分為2^N個區間，每個區間的寬度用LSB（Least Significant Bit，最低有效位）表示。量化過程類似于四舍五入，將采樣后的模擬信號值歸化到最近的離散電平上。

4. 編碼（Encoding）

編碼是將量化后的離散電平值轉換成二進制數字的過程。經過編碼后得到的數字量就是ADC的輸出結果。二進制編碼的位寬等于ADC的位寬。

ADC的類型及特點

ADC有多種類型，每種類型都有其獨特的工作原理和特點。例如：

• 積分型ADC ：通過積分器將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數器獲得數字值。這種ADC分辨率高，但轉換速度較慢。
• 逐次逼近型ADC ：通過二進制搜索算法逐步逼近輸入電壓值，實現模數轉換。這種ADC具有低功耗、小尺寸等特點。
• Flash型/并行ADC ：使用多個比較器同時比較輸入電壓與一系列基準電壓，然后通過優先級編碼器輸出數字量。這種ADC轉換速度非常快，但功耗較大且對比較器和分壓電阻的精度要求高。

總結

ADC的工作原理是將模擬信號通過采樣、保持、量化和編碼四個步驟轉換為數字信號。不同類型的ADC具有不同的工作原理和特點，適用于不同的應用場景。