在上一篇文章中，我們了解到什么是ADC(模數轉換器)，以及如何設計數據采集模塊(DAQ Module)。

ADC 作為一個非常關鍵的有源器件，能夠將模擬信號轉換為數字信號，供后續處理器(MCU/DSP/FPGA)或其他數字電路進行數據處理與分析。

那么，ADC具體有哪些類型?實際應用中的難點是什么?MPS推出了哪些穩、準、狠的 ADC 產品，具備怎樣的特點和優勢?適用于哪些應用場景?今天，我們就來一一解答!

另外!MPS將于近期陸續發布微尺寸16位 ADC、高精度 24位 ADC，以滿足嚴苛的工業應用環境下的數據采集需求。敬請期待!

1. ADC的分類

首先我們一起來認識下ADC有哪些種類。最常見的ADC有三類：逐次逼近型 (SAR)ADC、ΔΣ型(Delta-Sigma)ADC和流水線型(Pipelined)ADC。

SAR 是目前工業應用中最常見的 ADC，它通過逐次逼近輸入電壓來獲得最終的數字值。優點是速度較快，功耗低，適用于中高速應用。

Delta-Sigma 主要用于高精度轉換，優點是分辨率高，適用于精密測量，缺點是轉換速度相對較慢。

Pipelined ADC 是最常用的高速 ADC 類型，利用殘余電壓放大器、比較器對模擬輸入進行逐級放大及轉換。可以做到中、高精度的快速轉換，且功耗優于 Flash、Half-Flash ADC，但無法達到 Flash ADC 的最高采樣率(> GSPS)。

除這三種之外，還有直接轉換及半直接轉換型(Flash/Half-Flash)ADC和積分型(Integrating)ADC，這兩種 ADC 應用場合相對較少，這里就不展開介紹了。

2. ADC的主要技術參數

那么，眾里尋他千百度，怎么找到一顆“八字相投”的 ADC 呢?我們需要考量6大主要技術參數：

1)分辨率 (Resolution)：指 ADC 輸出的數字信號位數，決定了能夠區分的電壓級別數量。常見的分辨率有 8位、10位、12位、16位、24位等。分辨率越高，表示模擬信號的細節越多，但同時轉換時間也會增加。對于 n 位的 ADC，其可以表示的電壓階梯數為 2^n。

2) 采樣率 (Sampling Rate)：指每秒鐘對模擬信號進行采樣的次數，通常以 KSPS 或 MSPS 為單位。根據奈奎斯特采樣定理，采樣率需要至少為信號最高頻率的兩倍才能精確還原信號。

3) 信號輸入范圍 (Input Range)：ADC 能夠接受的輸入信號電壓范圍。例如，0V 到 5V 或 ±10V。輸入超出這個范圍的信號可能會導致飽和或損壞 ADC。

4) 信噪比 (SNR, Signal-to-Noise Ratio)：描述信號中有用部分與噪聲的比例。信噪比越高，意味著有效分辨率越高、輸出噪聲較少。

5) 線性度 (Linearity)：ADC 在整個輸入范圍內是否能線性轉換輸入信號。理想的 ADC 會在輸入和輸出之間有線性關系。線性度通常使用 INL(積分非線性)和總諧波失真(THD)來衡量。

6) 有效分辨率(ENOB)：ADC 在考慮其有限的信噪比(SNR)及線性度(THD)情況下的等效精度，會低于其標稱分辨率。

3. ADC的應用難點

ADC 作為在信號鏈及傳感、測量、控制系統當中的關鍵部件，高性能ADC 在實際應用當中需要注意諸多技術細節，否則可能無法達到甚至接近原廠 ADC 參數規格手冊(Datasheet)當中的性能水平。

那么在實際應用當中，各位工程師們也需要避免一些“陷阱”。比如說，ADC 的模擬輸入驅動就是一件非常麻煩的事情，很多 ADC 產品輸入為開關電容采樣電路(Switch-Capacitor)，如輸入驅動的輸出阻抗太大，會造成嚴重的 Kick-Back Noise，使ADC的信噪比受到較大的損失。

再者，如何設計輸入抗混疊濾波器(Anti-Aliasing Filter)，這個問題看似困難，其實也并不簡單!如抗混疊濾波器的截至頻率(Cutoff)過高或 Stop-Band 的斜率不足，會由于混疊造成 ADC 的有效精度下降。

還有問題諸如如何有效利用 ADC 的模擬輸入范圍、數字 I/O 噪聲、電源及參考源設計等問題都是需要格外關注的。

那么，針對這些棘手的應用難點，MPS 將如何接招呢?讓我們來看看MPS ADC 產品的六大特點及優勢!

4. MPS ADC 產品的六大特點和優勢

1) 廣泛采用內置數字校正技術，確保ADC在不同的應用環境中具有極高的性能穩定性;

2) 優越的模擬設計技術保證行業最高檔次的 ADC 性能指標：SNR，SFDR，THD，INL，DNL，ENOB等;

3) 基于應用場景的優化設計，降低用戶的系統及應用板設計的難度，確保 ADC 可以發揮出理想的性能;

4) 強大的客戶技術支持：在客戶評估、開發、驗證及應用的各個環節中 MPS 都可以提供全面的技術支持，即從板級設計技術指導直至現場技術支持;

5) 提供定制化產品及模件設計：可根據客戶的特殊需求開發新型及定制化的 ADC 產品以及相應的模件設計;

6) 靈活、有競爭力的價格，穩定的供貨能力。

5. MPS ADC 具體產品與典型應用

MDC97476/MDC97477/MDC97478 的產品特點：

1) 超小型封裝、高性能、低功耗 12 位 ADC

2) 12 bit，單通道，1MSPS 采樣率

3) 單向 SPI 數字接口

4) 工作電壓3.3V/5V

5)典型 SNR >72dB, THD < -84dB

6) 典型 DNL <+/-0.4 LSB; INL <+/-0.5 LSB

7) TSOT-23-6 標準封裝 (2.8mm x 1.5mm)

8) 工作溫度范圍: –40°C 至85°C及–40°C 至125°C

9) 該系列產品還包括10位(MDC97477)及8位 (MDC97478 1MSPS)，以及相應的多通道產品(8/4 通道)

MDC97476 的產品特點及優勢：

1) 相比行業同類產品，擁有超高的性能等級

2) 典型 SNR > 72dB, SFDR > 87dB, ENOB > 11.6b

3) 顯著減小的 ADC 輸入電容 (14pF)，僅為同等頂尖性能產品(30pF+)的一半以下，極大減少了 Kick-Back Noise，減輕了對輸入驅動的輸出阻抗的要求，提高了ADC在應用板的實際性能

MDC97476 的典型應用：

1) 工業控制與自動化

? 在工業自動化系統中，MDC97476 可用于采集各種傳感器的信號，并將其數字化，適用于需要快速響應和高精度的自動控制系統。

? 應用場景：PLC(可編程邏輯控制器)、工廠自動化系統中的傳感器數據采集，溫度、壓力、速度等物理量的監測與閉環控制。

2) 環境參數測量與控制

? 在無人值守基站機房中，我們可以使用一組 MDC97476 來實時采集機房內的溫度，濕度，通風量，市電供電電壓，基站耗電功率等信號，反饋給空調控制器進行實時環境控制，并將基站運行參數傳輸到中心控制基站。

3) 多相工業電機控制

? 在伺服電機控制系統中，MDC97476 可以用于實時采集電機的電流、電壓、速度等信號，并提供給主控制器進行閉環控制。

? 應用場景：伺服電機控制系統、步進電機控制、變頻器輸出的電流和電壓監控。

4) 便攜式醫療設備等

? 在個人醫療設備中，MDC97476 可以用于實時采集佩戴者的心率，血糖濃度，血氧飽和度等個人健康指標。

? 在心電圖儀(ECG)中，用于采集人體微弱的心電波信號。

MDC91128/MDC91256的產品特點：

1) 20bit，128/256 通道，超高靈敏度，pA 級微電流輸入ADC

2) 輸入檔位：4,7,10,13,16,19,25pC。其中 4pC 為目前工業級電流輸入 ADC 產品的最低電流輸入檔位(超高的電流輸入靈敏度)

3) 低等效輸入噪聲：20ppm@25pC 輸入檔(超低的噪聲水平)

4) 良好的線性度：±0.025% at 4pC(超高的線性度水平)

5) 6kSPS采樣率，菊花鏈SPI數字接口

6) 1.8V數字電壓 / 5V模擬電壓

7) BGA 20mm x 20mm標準封裝

8) 工作溫度范圍: –40°C 至85°C (超寬的溫度范圍)

MDC91128的典型應用：

1) 工業X光透視檢測設備

? 在X光透視無損檢測設備中，我們可以使用16-64 塊 PD 板(由MDC91128 讀取X光傳感器 輸出電流信號)，并將圖像線陣信號匯總到 FPGA 板，來構建X光實時圖像信號。

工業X光透視成像系統圖

PD探測板安裝示意圖

? 典型應用場景

a. 機場、車站、地鐵站安檢機

b. 食品、藥品安檢機

c. 快遞包裹違禁物品自動篩查

d. 危險液體非接觸測量

e. 集裝箱快速通關檢查

f. 工業無損探傷

2) TFT 傳感器

? MDC91128 讀取每一個像素點的電荷狀態，從而實現對光、壓力、溫度等物理量的檢測。

? 典型應用場景：在圖像傳感應用中，每個像素點的TFT可以控制光電二極管的電荷積累，從而實現對光強分布的高分辨率成像

? 其他應用場景：觸摸技術、環境監測等

另外!

MPS 將于近期陸續發布微尺寸 16 位 ADC、高精度 24位 ADC，以滿足嚴苛的工業應用環境下的數據采集需求。敬請期待!