В электронике аналого-цифровой преобразователь ( АЦП , АЦП или АЦП ) — это система, преобразующая аналоговый сигнал , например , звук, улавливаемый микрофоном , или свет, попадающий в цифровую камеру , в цифровой сигнал . АЦП может также обеспечивать изолированное измерение, например, электронное устройство , преобразующее аналоговое входное напряжение или ток в цифровое число, представляющее величину напряжения или тока. Обычно цифровой выход представляет собой двоичное число в дополнительном коде, пропорциональное входному сигналу, но существуют и другие возможности.
Существует несколько архитектур АЦП . Из-за сложности и необходимости в точно подобранных компонентах , все, кроме самых специализированных АЦП, реализованы в виде интегральных схем (ИС). Обычно они представляют собой интегральные схемы смешанного сигнала на основе металл-оксид-полупроводника (МОП) , которые объединяют как аналоговые , так и цифровые схемы .
Цифро -аналоговый преобразователь (ЦАП) выполняет обратную функцию: преобразует цифровой сигнал в аналоговый.
АЦП преобразует аналоговый сигнал непрерывного времени и непрерывной амплитуды в цифровой сигнал дискретного времени и дискретной амплитуды . Преобразование включает в себя квантование входного сигнала, поэтому оно обязательно вносит небольшую погрешность квантования . Кроме того, вместо непрерывного выполнения преобразования, АЦП выполняет преобразование периодически, оцифровывая входной сигнал и ограничивая допустимую полосу пропускания входного сигнала.
Производительность АЦП в первую очередь характеризуется его полосой пропускания и отношением сигнал/шум (SNR). Полоса пропускания АЦП в первую очередь характеризуется его частотой дискретизации . На SNR АЦП влияют многие факторы, включая разрешение , линейность и точность (насколько хорошо уровни квантования соответствуют истинному аналоговому сигналу), наложение спектров и джиттер . SNR АЦП часто суммируется в терминах его эффективного числа бит (ENOB), количества бит каждой меры, которые он возвращает, которые в среднем не являются шумом . Идеальный АЦП имеет ENOB, равный его разрешению. АЦП выбираются так, чтобы соответствовать полосе пропускания и требуемому SNR сигнала, который должен быть оцифрован. Если АЦП работает с частотой дискретизации, превышающей удвоенную полосу пропускания сигнала, то, согласно теореме Найквиста-Шеннона , возможна почти идеальная реконструкция. Наличие ошибки квантования ограничивает SNR даже идеального АЦП. Однако если отношение сигнал/шум АЦП превышает отношение сигнал/шум входного сигнала, то эффектами ошибки квантования можно пренебречь, что приведет к практически идеальному цифровому представлению аналогового входного сигнала с ограниченной полосой пропускания .
Разрешение преобразователя указывает на количество различных, т. е. дискретных, значений, которые он может выдать в допустимом диапазоне значений аналогового входа. Таким образом, конкретное разрешение определяет величину ошибки квантования и, следовательно, определяет максимально возможное отношение сигнал/шум для идеального АЦП без использования передискретизации . Входные выборки обычно хранятся в электронном виде в двоичной форме внутри АЦП, поэтому разрешение обычно выражается как глубина аудиобит . В результате количество доступных дискретных значений обычно является степенью двойки. Например, АЦП с разрешением 8 бит может кодировать аналоговый вход в один из 256 различных уровней (2 8 = 256). Значения могут представлять диапазоны от 0 до 255 (т. е. как целые числа без знака) или от −128 до 127 (т. е. как целое число со знаком), в зависимости от приложения.
Разрешение также может быть определено электрически и выражено в вольтах . Изменение напряжения, необходимое для гарантированного изменения уровня выходного кода, называется напряжением младшего значащего бита (LSB). Разрешение Q АЦП равно напряжению LSB. Разрешение напряжения АЦП равно его общему диапазону измерения напряжения, деленному на количество интервалов:
где M — разрешение АЦП в битах, а E FSR — полный диапазон напряжения (также называемый «диапазоном»). E FSR определяется как
где V RefHi и V RefLow — соответственно верхнее и нижнее предельное значение напряжений, которые можно кодировать.
Обычно количество интервалов напряжения определяется по формуле
где M — разрешение АЦП в битах. [1]
То есть между двумя последовательными уровнями кода назначается один интервал напряжения.
Пример:
Во многих случаях полезное разрешение преобразователя ограничивается отношением сигнал/шум (SNR) и другими ошибками во всей системе, выраженными в виде ENOB.
Ошибка квантования вносится квантованием, присущим идеальному АЦП. Это ошибка округления между аналоговым входным напряжением АЦП и выходным оцифрованным значением. Ошибка нелинейна и зависит от сигнала. В идеальном АЦП, где ошибка квантования равномерно распределена между − 1 ⁄ 2 LSB и + 1 ⁄ 2 LSB, а сигнал имеет равномерное распределение, охватывающее все уровни квантования, отношение сигнал/шум квантования (SQNR) определяется как
где Q — число бит квантования. Например, для 16-битного АЦП ошибка квантования составляет 96,3 дБ ниже максимального уровня.
Ошибка квантования распространяется от постоянного тока до частоты Найквиста . Следовательно, если часть полосы пропускания АЦП не используется, как в случае с передискретизацией , часть ошибки квантования будет возникать вне полосы , эффективно улучшая SQNR для используемой полосы пропускания. В системе с передискретизацией формирование шума может использоваться для дальнейшего увеличения SQNR путем вытеснения большей ошибки квантования за пределы полосы.
В АЦП производительность обычно можно улучшить с помощью дизеринга . Это очень небольшое количество случайного шума (например, белого шума ), который добавляется к входу перед преобразованием. Его эффект заключается в рандомизации состояния LSB на основе сигнала. Вместо того, чтобы сигнал просто обрезался полностью на низких уровнях, он расширяет эффективный диапазон сигналов, которые может преобразовать АЦП, за счет небольшого увеличения шума. Дизеринг может только повысить разрешение сэмплера. Он не может улучшить линейность, и, таким образом, точность не обязательно улучшается.
Искажение квантования в аудиосигнале очень низкого уровня относительно битовой глубины АЦП коррелируется с сигналом и звучит искаженно и неприятно. При сглаживании искажение преобразуется в шум. Неискаженный сигнал может быть точно восстановлен путем усреднения по времени. Сглаживание также используется в интегрирующих системах, таких как счетчики электроэнергии . Поскольку значения суммируются, сглаживание дает результаты, которые точнее, чем LSB аналого-цифрового преобразователя.
Дизеринг часто применяется при квантовании фотографических изображений до меньшего количества бит на пиксель — изображение становится более шумным, но для глаза выглядит гораздо более реалистично, чем квантованное изображение, которое в противном случае становится полосатым . Этот аналогичный процесс может помочь визуализировать эффект дизеринга на аналоговом аудиосигнале, который преобразуется в цифровой.
АЦП имеет несколько источников ошибок. Ошибка квантования и (предполагая, что АЦП должен быть линейным) нелинейность присущи любому аналого-цифровому преобразованию. Эти ошибки измеряются в единице, называемой младшим значащим битом (LSB). В приведенном выше примере восьмибитного АЦП ошибка в один младший бит составляет 1 ⁄ 256 полного диапазона сигнала, или около 0,4%.
Все АЦП страдают от ошибок нелинейности, вызванных их физическими недостатками, из-за которых их выходной сигнал отклоняется от линейной функции (или какой-либо другой функции, в случае преднамеренно нелинейного АЦП) их входного сигнала. [ сомнительно – обсудить ] Эти ошибки иногда можно смягчить калибровкой или предотвратить тестированием. Важными параметрами линейности являются интегральная нелинейность и дифференциальная нелинейность . Эти нелинейности вносят искажения, которые могут снизить отношение сигнал/шум АЦП и, таким образом, снизить его эффективное разрешение.
При оцифровке синусоидальной волны использование неидеальных тактовых импульсов выборки приведет к некоторой неопределенности в том, когда записываются образцы. При условии, что фактическая неопределенность времени выборки из-за джиттера тактовых импульсов составляет , погрешность, вызванную этим явлением, можно оценить как . Это приведет к дополнительному записанному шуму, который уменьшит эффективное число бит (ENOB) ниже того, что предсказывает только ошибка квантования . Ошибка равна нулю для постоянного тока, мала на низких частотах, но существенна для сигналов высокой амплитуды и высокой частоты. Влияние джиттера на производительность можно сравнить с ошибкой квантования: , где q — число бит АЦП. [ необходима цитата ]
Джиттер тактовой частоты вызывается фазовым шумом . [3] [4] Разрешение АЦП с полосой пропускания оцифровки от 1 МГц до 1 ГГц ограничено джиттером. [5] Для преобразований с меньшей полосой пропускания, например при дискретизации аудиосигналов с частотой 44,1 кГц, джиттер тактовой частоты оказывает менее существенное влияние на производительность. [6]
Аналоговый сигнал непрерывен во времени , и его необходимо преобразовать в поток цифровых значений. Поэтому требуется определить скорость, с которой новые цифровые значения выбираются из аналогового сигнала. Скорость новых значений называется частотой дискретизации или частотой дискретизации преобразователя. Можно выбрать непрерывно изменяющийся сигнал с ограниченной полосой пропускания , а затем исходный сигнал можно воспроизвести из дискретных во времени значений с помощью фильтра реконструкции . Теорема дискретизации Найквиста-Шеннона подразумевает, что точное воспроизведение исходного сигнала возможно только в том случае, если частота дискретизации более чем в два раза превышает самую высокую частоту сигнала.
Поскольку практический АЦП не может выполнять мгновенное преобразование, входное значение обязательно должно поддерживаться постоянным в течение времени, пока преобразователь выполняет преобразование (называемое временем преобразования ). Входная схема, называемая выборкой и удержанием, выполняет эту задачу — в большинстве случаев с помощью конденсатора для хранения аналогового напряжения на входе и с помощью электронного переключателя или затвора для отключения конденсатора от входа. Многие интегральные схемы АЦП включают в себя подсистему выборки и удержания внутри.
АЦП работает, производя выборку значения входного сигнала через дискретные интервалы времени. При условии, что выборка входного сигнала производится выше частоты Найквиста , определяемой как удвоенная самая высокая интересующая частота, все частоты в сигнале могут быть восстановлены. Если выборка частот превышает половину частоты Найквиста, они неправильно определяются как более низкие частоты, процесс, называемый наложением спектров. Наложение спектров происходит из-за того, что мгновенная выборка функции два или менее раз за цикл приводит к пропуску циклов и, следовательно, появлению неправильно более низкой частоты. Например, синусоида 2 кГц, выбранная на частоте 1,5 кГц, будет восстановлена как синусоида 500 Гц.
Чтобы избежать наложения спектров, вход АЦП должен быть отфильтрован по низким частотам , чтобы удалить частоты выше половины частоты дискретизации. Этот фильтр называется фильтром сглаживания и необходим для практической системы АЦП, которая применяется к аналоговым сигналам с более высоким частотным содержимым. В приложениях, где защита от наложения спектров имеет важное значение, может использоваться передискретизация для значительного уменьшения или даже устранения его.
Хотя в большинстве систем наложение спектров нежелательно, его можно использовать для одновременного понижающего микширования высокочастотного сигнала с ограниченной полосой пропускания (см. субдискретизация и частотный микшер ). Наложение спектров фактически является нижним гетеродином частоты сигнала и частоты дискретизации. [7]
Для экономии сигналы часто дискретизируются с минимально необходимой скоростью, в результате чего вносимая ошибка квантования представляет собой белый шум, распределенный по всей полосе пропускания преобразователя. Если сигнал дискретизируется с частотой, намного превышающей частоту Найквиста , а затем подвергается цифровой фильтрации для ограничения полосы пропускания сигнала, то это дает следующие преимущества:
Передискретизация обычно используется в АЦП аудиочастот, где требуемая частота дискретизации (обычно 44,1 или 48 кГц) очень низкая по сравнению с тактовой частотой типичных транзисторных схем (>1 МГц). В этом случае производительность АЦП может быть значительно увеличена с небольшими или нулевыми затратами. Кроме того, поскольку любые искаженные сигналы также обычно находятся вне диапазона, искажение часто можно устранить с помощью очень дешевых фильтров.
Скорость АЦП зависит от типа. АЦП Уилкинсона ограничен тактовой частотой, которая может быть обработана текущими цифровыми схемами. Для АЦП последовательного приближения время преобразования масштабируется с логарифмом разрешения, т. е. числа бит. Флэш-АЦП , безусловно, являются самым быстрым типом из трех; преобразование в основном выполняется за один параллельный шаг.
Существует потенциальный компромисс между скоростью и точностью. Флэш-АЦП имеют дрейфы и неопределенности, связанные с уровнями компаратора, что приводит к плохой линейности. В меньшей степени плохая линейность может также быть проблемой для АЦП последовательного приближения. Здесь нелинейность возникает из-за накопления ошибок от процессов вычитания. АЦП Уилкинсона имеют лучшую линейность из трех. [8] [9]
Метод скользящей шкалы или рандомизации может быть использован для значительного улучшения линейности любого типа АЦП, но особенно флэш- и последовательного приближения. Для любого АЦП отображение входного напряжения в цифровое выходное значение не является функцией пола или потолка , как это должно быть. В нормальных условиях импульс определенной амплитуды всегда преобразуется в одно и то же цифровое значение. Проблема заключается в том, что диапазоны аналоговых значений для оцифрованных значений не все имеют одинаковую ширину, и дифференциальная линейность уменьшается пропорционально отклонению от средней ширины. Принцип скользящей шкалы использует эффект усреднения для преодоления этого явления. Случайное, но известное аналоговое напряжение добавляется к дискретизированному входному напряжению. Затем оно преобразуется в цифровую форму, и эквивалентная цифровая величина вычитается, таким образом восстанавливая его до исходного значения. Преимущество заключается в том, что преобразование произошло в случайной точке. Статистическое распределение конечных уровней определяется взвешенным средним по области диапазона АЦП. Это, в свою очередь, снижает его чувствительность к ширине любого конкретного уровня. [10] [11]
Существует несколько распространенных способов реализации электронного АЦП.
Цепи резистор-конденсатор (RC) имеют известную кривую заряда и разряда напряжения, которую можно использовать для определения неизвестного аналогового значения.
АЦП Уилкинсона был разработан Денисом Уилкинсоном в 1950 году. АЦП Уилкинсона основан на сравнении входного напряжения с напряжением, создаваемым заряжающимся конденсатором. Конденсатору позволяют заряжаться до тех пор, пока компаратор не определит, что он соответствует входному напряжению. Затем конденсатор разряжается линейно с помощью источника постоянного тока . Время, необходимое для разрядки конденсатора, пропорционально амплитуде входного напряжения. Пока конденсатор разряжается, импульсы от высокочастотного генератора часов подсчитываются регистром. Количество тактовых импульсов, записанных в регистре, также пропорционально входному напряжению. [12] [13]
Если аналоговая величина для измерения представлена сопротивлением или емкостью, то, включив этот элемент в RC-цепь (с другими фиксированными сопротивлениями или емкостями) и измерив время зарядки емкости от известного начального напряжения до другого известного конечного напряжения через сопротивление от известного источника напряжения, можно определить значение неизвестного сопротивления или емкости с помощью уравнения зарядки конденсатора:
и решение для неизвестного сопротивления или емкости с использованием этих начальных и конечных точек данных. Это похоже, но отличается от АЦП Уилкинсона, который измеряет неизвестное напряжение с известным сопротивлением и емкостью, вместо этого измеряя неизвестное сопротивление или емкость с известным напряжением.
Например, положительная (и/или отрицательная) ширина импульса от ИС таймера 555 в моностабильном или астабильном режиме представляет собой время, необходимое для зарядки (и/или разрядки) ее конденсатора от источника питания 1 ⁄ 3 В до источника питания 2 ⁄ 3 В. Отправив этот импульс в микроконтроллер с точным тактовым генератором, можно измерить длительность импульса и преобразовать ее с помощью уравнения зарядки конденсатора, чтобы получить значение неизвестного сопротивления или емкости.
Измерение больших сопротивлений и емкостей займет больше времени, чем меньших. А точность ограничена точностью часов микроконтроллера и количеством времени, доступным для измерения значения, которое потенциально может даже измениться во время измерения или подвергнуться влиянию внешних паразитов .
Прямое преобразование или флэш-АЦП имеет банк компараторов, которые параллельно сэмплируют входной сигнал, каждый из которых срабатывает для определенного диапазона напряжения. Банк компараторов питает логическую схему цифрового кодера , которая генерирует двоичное число на выходных линиях для каждого диапазона напряжения.
АЦП этого типа имеют большой размер кристалла и высокую рассеиваемую мощность. Они часто используются для видео , широкополосной связи или других быстрых сигналов в оптических и магнитных запоминающих устройствах .
Схема состоит из сети резистивного делителя, набора компараторов операционных усилителей и приоритетного энкодера. Небольшой гистерезис встроен в компаратор для решения любых проблем на границах напряжения. В каждом узле резистивного делителя доступно сравнительное напряжение. Целью схемы является сравнение аналогового входного напряжения с каждым из напряжений узла.
Преимуществом схемы является высокая скорость, поскольку преобразование происходит одновременно, а не последовательно. Типичное время преобразования составляет 100 нс или меньше. Время преобразования ограничено только скоростью компаратора и приоритетного кодера. Недостатком этого типа АЦП является то, что количество требуемых компараторов почти удваивается для каждого добавленного бита. Кроме того, чем больше значение n, тем сложнее приоритетный кодер.
АЦП последовательного приближения использует компаратор и двоичный поиск для последовательного сужения диапазона, содержащего входное напряжение. На каждом последующем шаге преобразователь сравнивает входное напряжение с выходом внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который изначально представляет собой среднюю точку допустимого диапазона входного напряжения. На каждом шаге этого процесса приближение сохраняется в регистре последовательного приближения (SAR), а выход цифро-аналогового преобразователя обновляется для сравнения в более узком диапазоне.
АЦП с линейным сравнением вырабатывает пилообразный сигнал , который нарастает или спадает, а затем быстро возвращается к нулю. [14] Когда начинается линейный сдвиг, таймер начинает отсчет. Когда напряжение линейных сдвигов совпадает с входным, срабатывает компаратор, и значение таймера записывается. Временные преобразователи линейных сдвигов могут быть реализованы экономично, [a] однако время линейных сдвигов может быть чувствительно к температуре, поскольку схема, генерирующая линейный сдвиг, часто представляет собой простой аналоговый интегратор . Более точный преобразователь использует тактируемый счетчик, управляющий ЦАП. Особое преимущество системы линейных сдвигов заключается в том, что преобразование второго сигнала требует только еще одного компаратора и еще одного регистра для хранения значения таймера. Чтобы снизить чувствительность к изменениям входного сигнала во время преобразования, выборка и хранение могут заряжать конденсатор мгновенным входным напряжением, а преобразователь может хронометрировать время, необходимое для разрядки постоянным током .
Интегрирующий АЦП ( также двух- или многонаклонный АЦП) подает неизвестное входное напряжение на вход интегратора и позволяет напряжению нарастать в течение фиксированного периода времени (период разгона). Затем известное опорное напряжение противоположной полярности подается на интегратор и нарастает до тех пор, пока выход интегратора не вернется к нулю (период спада). Входное напряжение вычисляется как функция опорного напряжения, постоянного периода времени разгона и измеренного периода времени спада. Измерение времени спада обычно выполняется в единицах тактовой частоты преобразователя, поэтому более длительное время интегрирования позволяет получить более высокое разрешение. Аналогично, скорость преобразователя может быть улучшена за счет снижения разрешения. Преобразователи этого типа (или вариации на этой концепции) используются в большинстве цифровых вольтметров из-за их линейности и гибкости.
АЦП с дельта-кодированием или контр-рамп имеет счетчик вверх-вниз , который питает ЦАП. Входной сигнал и ЦАП оба поступают на компаратор. Компаратор управляет счетчиком. Схема использует отрицательную обратную связь от компаратора для регулировки счетчика до тех пор, пока выход ЦАП не совпадет с входным сигналом, и число не будет считано со счетчика. Дельта-преобразователи имеют очень широкие диапазоны и высокое разрешение, но время преобразования зависит от поведения входного сигнала, хотя оно всегда будет иметь гарантированный наихудший случай. Дельта-преобразователи часто являются очень хорошим выбором для считывания реальных сигналов, поскольку большинство сигналов от физических систем не изменяются резко. Некоторые преобразователи объединяют подходы дельта и последовательного приближения; это работает особенно хорошо, когда известно, что высокочастотные компоненты входного сигнала малы по величине.
Конвейерный АЦП ( также называемый субдиапазонным квантователем ) использует два или более этапов преобразования. Сначала выполняется грубое преобразование. На втором этапе с помощью ЦАП определяется разница с входным сигналом. Затем эта разница преобразуется более точно, и результаты объединяются на последнем этапе. Это можно считать усовершенствованием АЦП последовательного приближения, в котором опорный сигнал обратной связи состоит из промежуточного преобразования целого диапазона бит (например, четырех бит), а не только следующего по значимости бита. Объединяя достоинства АЦП последовательного приближения и флэш-АЦП, этот тип является быстрым, имеет высокое разрешение и может быть эффективно реализован.
Дельта -сигма АЦП (также известный как сигма-дельта АЦП ) основан на отрицательной обратной связи с аналоговым фильтром и низким разрешением (часто 1 бит), но высокой частотой дискретизации АЦП и ЦАП. Обратная связь непрерывно исправляет накопленные ошибки квантования и выполняет формирование шума : шум квантования уменьшается на низких частотах, представляющих интерес, но увеличивается на более высоких частотах. Затем эти более высокие частоты могут быть удалены цифровым фильтром понижения дискретизации , который также преобразует поток данных с этой высокой частоты дискретизации с низкой битовой глубиной в более низкую частоту с более высокой битовой глубиной.
АЦП с временным чередованием использует M параллельных АЦП, где каждый АЦП делает выборку данных каждый M:th цикл эффективной тактовой частоты выборки. Результатом является то, что частота выборки увеличивается в M раз по сравнению с тем, что может сделать каждый отдельный АЦП. На практике индивидуальные различия между M АЦП ухудшают общую производительность, уменьшая динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR). [16] Однако существуют методы для исправления этих ошибок несоответствия временного чередования. [17]
АЦП с промежуточным каскадом ЧМ сначала использует преобразователь напряжения в частоту для создания колебательного сигнала с частотой, пропорциональной напряжению входного сигнала, а затем использует частотомер для преобразования этой частоты в цифровой счет, пропорциональный требуемому напряжению сигнала. Более длительное время интеграции позволяет достичь более высокого разрешения. Аналогично, скорость преобразователя может быть улучшена за счет снижения разрешения. Две части АЦП могут быть широко разделены, при этом частотный сигнал может проходить через оптоизолятор или передаваться по беспроводной сети. Некоторые такие АЦП используют синусоидальную или прямоугольную частотную модуляцию ; другие используют частотно-импульсную модуляцию . Такие АЦП когда-то были самым популярным способом отображения цифрового отображения состояния удаленного аналогового датчика. [18] [19] [20] [21] [22]
Аналого -цифровой преобразователь с временным растяжением (TS-ADC) оцифровывает очень широкополосный аналоговый сигнал, который не может быть оцифрован обычным электронным АЦП, путем временного растяжения сигнала перед оцифровкой. Обычно он использует фотонный препроцессор для временного растяжения сигнала, что эффективно замедляет сигнал во времени и сжимает его полосу пропускания. В результате электронный АЦП, который был бы слишком медленным для захвата исходного сигнала, теперь может захватывать этот замедленный сигнал. Для непрерывного захвата сигнала передний конец также делит сигнал на несколько сегментов в дополнение к временному растяжению. Каждый сегмент индивидуально оцифровывается отдельным электронным АЦП. Наконец, цифровой процессор сигналов перестраивает выборки и удаляет любые искажения, добавленные препроцессором, чтобы получить двоичные данные, которые являются цифровым представлением исходного аналогового сигнала.
Хотя термин АЦП обычно ассоциируется с измерением аналогового напряжения, некоторые частично электронные устройства, преобразующие некоторую измеряемую физическую аналоговую величину в цифровое число, также могут считаться АЦП, например:
Во многих случаях самой дорогой частью интегральной схемы являются выводы, поскольку они увеличивают размер корпуса, и каждый вывод должен быть подключен к кремнию интегральной схемы. Чтобы сэкономить выводы, АЦП обычно отправляют свои данные по одному биту за раз через последовательный интерфейс на компьютер, причем каждый бит выходит, когда тактовый сигнал меняет состояние. Это экономит довольно много выводов на корпусе АЦП и во многих случаях не делает общую конструкцию более сложной.
Коммерческие АЦП часто имеют несколько входов, которые питают один и тот же преобразователь, обычно через аналоговый мультиплексор . Различные модели АЦП могут включать в себя схемы выборки и хранения , инструментальные усилители или дифференциальные входы, где измеряемая величина представляет собой разницу между двумя входами.
Аналого-цифровые преобразователи являются неотъемлемой частью современной технологии воспроизведения музыки и цифровой аудиостанции на основе звукозаписи . Музыка может быть создана на компьютерах с использованием аналоговой записи, и поэтому аналого-цифровые преобразователи необходимы для создания потоков данных импульсно-кодовой модуляции (PCM), которые поступают на компакт-диски и цифровые музыкальные файлы. Текущий урожай аналого-цифровых преобразователей, используемых в музыке, может производить выборку с частотой до 192 килогерц . Многие студии звукозаписи записывают в формате импульсно-кодовой модуляции (PCM) 24 бит 96 кГц, а затем понижают частоту дискретизации и сглаживают сигнал для производства компакт-дисков Digital Audio (44,1 кГц) или до 48 кГц для приложений радио- и телевещания.
АЦП требуются в цифровых системах обработки сигналов , которые обрабатывают, хранят или передают практически любой аналоговый сигнал в цифровой форме. Например, карты ТВ -тюнера используют быстрые видеоаналого-цифровые преобразователи. Медленные 8-, 10-, 12- или 16-битные аналого-цифровые преобразователи на кристалле распространены в микроконтроллерах . Цифровым запоминающим осциллографам требуются очень быстрые аналого-цифровые преобразователи, также имеющие решающее значение для программно-определяемого радио и его новых приложений.
Цифровые системы формирования изображений обычно используют аналого-цифровые преобразователи для оцифровки пикселей . Некоторые радиолокационные системы используют аналого-цифровые преобразователи для преобразования силы сигнала в цифровые значения для последующей обработки сигнала . Многие другие системы дистанционного зондирования и in situ обычно используют аналоговую технологию.
Многие датчики в научных приборах вырабатывают аналоговый сигнал: температуру , давление , pH , интенсивность света и т. д. Все эти сигналы можно усилить и подать на АЦП для получения цифрового представления.
Плоские дисплеи по своей сути являются цифровыми и нуждаются в АЦП для обработки аналогового сигнала, например композитного или VGA .
Тестирование аналого-цифрового преобразователя требует аналогового входного источника и оборудования для отправки управляющих сигналов и захвата цифровых выходных данных. Некоторые АЦП также требуют точного источника опорного сигнала.
Ключевые параметры для проверки АЦП:
{{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )