在上一篇文章 数据采集模块设计概要中，我们了解到什么是ADC（模数转换器），以及如何设计数据采集模块（DAQ Module）。
ADC作为一个非常关键的有源器件，能够将模拟信号转换为数字信号，供后续处理器（MCU/DSP/FPGA）或其他数字电路进行数据处理与分析。
那么，ADC具体有哪些类型？实际应用中的难点是什么？MPS推出了哪些稳、准、狠的ADC产品，具备怎样的特点和优势？适用于哪些应用场景？今天，我们就来一一解答！
一、ADC 的分类
首先我们一起来认识下ADC有哪些种类。最常见的ADC有三类：逐次比较型 （SAR）ADC、ΔΣ型（Delta-Sigma）ADC和流水线型（Pipelined）ADC。
SAR是目前工业应用中最常见的ADC，它通过逐次逼近输入电压来获得最终的数字值。优点是速度较快，功耗低，适用于中高速应用。
Delta-Sigma主要用于高精度转换，优点是分辨率高，适用于精密测量，缺点是转换速度相对较慢。
Pipelined ADC是最常用的高速ADC类型，利用残余电压放大器、比较器对模拟输入进行逐级放大及转换。可以做到中、高精度的快速转换，且功耗优于Flash、Half-Flash ADC，但无法达到Flash ADC的最高采样率（> GSPS）。
除这三种之外，还有直接转换及半直接转换型（Flash/Half-Flash）ADC和积分型（Integrating）ADC，这两种ADC应用场合相对较少，这里就不展开介绍了。
二、ADC 的主要技术参数
那么，众里寻他千百度，怎么找到一颗“八字相投”的ADC呢？我们需要考量6大主要技术参数：
分辨率 (Resolution)： 指ADC输出的数字信号位数，决定了能够区分的电压级别数量。常见的分辨率有8位、10位、12位、16位、24位等。分辨率越高，表示模拟信号的细节越多，但同时转换时间也会增加。对于n位的ADC，其可以表示的电压阶梯数为 2^n。
采样率 (Sampling Rate)： 指每秒钟对模拟信号进行采样的次数，通常以KSPS或MSPS为单位。根据奈奎斯特采样定理，采样率需要至少为信号最高频率的两倍才能精确还原信号。
信号输入范围 (Input Range)： ADC能够接受的输入信号电压范围。例如，0V到5V或±10V。输入超出这个范围的信号可能会导致饱和或损坏ADC。
信噪比 (SNR, Signal-to-Noise Ratio)： 描述信号中有用部分与噪声的比例。信噪比越高，意味着有效分辨率越高、输出噪声较少。
线性度 (Linearity)： ADC在整个输入范围内是否能线性转换输入信号。理想的ADC会在输入和输出之间有线性关系。线性度通常使用INL（积分非线性）和总谐波失真（THD）来衡量。
有效分辨率(ENOB)：ADC在考虑其有限的信噪比（SNR）及线性度（THD）情况下的等效精度，会低于其标称分辨率。
三、ADC 的应用难点
ADC作为在信号链及传感、测量、控制系统当中的关键部件，高性能ADC在实际应用当中需要注意诸多技术细节，否则可能无法达到甚至接近原厂ADC参数规格手册（Datasheet）当中的性能水平。
那么在实际应用当中，各位工程师们也需要避免一些“陷阱”。比如说，ADC的模拟输入驱动就是一件非常麻烦的事情，很多ADC产品输入为开关电容采样电路（Switch-Capacitor），如输入驱动的输出阻抗太大，会造成严重的Kick-Back Noise，使ADC的信噪比受到较大的损失。
再者，如何设计输入抗混叠滤波（Anti-Aliasing），这个问题看似困难，其实也并不简单！如抗混叠滤波的截至频率（Cutoff）过高或Stop-Band的斜率不足，会由于混叠造成ADC的有效精度下降。
还有问题诸如如何有效利用ADC的模拟输入范围、数字I/O噪声、电源及参考源设计等问题都是需要格外关注的。
那么，针对这些棘手的应用难点，MPS将如何接招呢？让我们来看看MPS ADC产品的六大特点及优势：
四、MPS ADC 产品的六大特点和优势
广泛采用内置数字校正技术，确保ADC在不同的应用环境中具有极高的性能稳定性 ；
优越的模拟设计技术保证行业最高档次的ADC 性能指标 ：SNR，SFDR，THD，INL，DNL，ENOB等；
基于应用场景的优化设计 ，减低用户的系统及应用板设计的难度，确保ADC可以发挥出理想的性能；
强大的客户技术支持： 在客户评估、开发、验证及应用的各个环节中MPS都可以提供全面的技术支持，即从板级设计技术指导直至现场技术支持；
提供定制化产品及模件设计：可根据客户的特殊需求开发新型及定制化的ADC产品以及相应的模件设计；
灵活、有竞争力的价格，稳定的供货能力。
五、MPS ADC 具体产品与典型应用
MDC97476 / MDC97477 / MDC97478 的产品特点
超小型封装、高性能、低功耗12位ADC
12bit，单通道，1MSPS采样率
单向SPI数字接口
工作电压3.3V/5V
典型 SNR >72dB, THD >84dB
典型 DNL <+/-0.4 LSB; INL <+/-0.5 LSB
TSOT-23-6标准封装 (2.8mm x 1.5mm)
工作温度范围: –40°C 至85°C及–40°C 至125°C
该系列产品还包括10位（MDC97477）及8位 （MDC97478）1MSPS），以及相应的多通道产品（8/4 通道）
MDC97476 的产品特点及优势
相比行业同类产品，拥有超高的性能等级
典型SNR > 72dB, SFDR > 87dB, ENOB > 11.6b
显著减小的ADC输入电容 （14pF），仅为同等顶尖性能产品（30pF+）的一半以下，极大减少了Kick-Back Noise，减轻了对输入驱动的输出阻抗的要求，提高了ADC在应用板的实际性能
MDC97476的典型应用：
工业控制与自动化
- 在工业自动化系统中，MDC97476 可用于采集各种传感器的信号，并将其数字化，适用于需要快速响应和高精度的自动控制系统。
- 应用场景：PLC（可编程逻辑控制器）、工厂自动化系统中的传感器数据采集，温度、压力、速度等物理量的监测与闭环控制。
环境参数测量与控制
- 在无人值守基站机房中，我们可以使用一组MDC97476 来实时采集机房内的温度，湿度，通风量，市电供电电压、速度，基站耗电功率等信号，反馈给空调控制器进行实时环境控制，并将基站运行参数传输到中心控制基站。
多相工业电机控制
- 在伺服电机控制系统中，MDC97476 可以用于实时采集电机的电流、电压、速度等信号，并提供给主控制器进行闭环控制。
- 应用场景：伺服电机控制系统、步进电机控制、变频器输出的电流和电压监控。
便携式医疗设备等
- 在个人医疗设备中，MDC97476 可以用于实时采集佩戴者的心率，血糖浓度，血氧饱和度等个人健康指标。
- 在心电图仪（ECG）中， 用于采集人体微弱的心电波信号。
- 20bit，128/256通道，超高灵敏度，pA级微电流输入ADC
- 输入档位：4,7,10,13,16,19,25pC。其中4pC为目前工业级电流输入ADC产品的最低电流输入档位（超高的电流输入灵敏度）
- 低等效输入噪声：20ppm@25pC 输入档（超低的噪声水平）
- 良好的线性度：±0.025% at 4pC（超高的线性度水平）
- 6kSPS采样率，菊花链SPI数字接口
- 1.8V数字电压 / 5V模拟电压
- BGA 20mm x 20mm标准封装
- 工作温度范围: –40°C 至85°C （超宽的温度范围）
MDC91128 的典型应用：
1) 工业X光透视检测设备
- 在X光透视无损检测设备中，我们可以使用16-64块PD板（由MDC91128读取X光传感器 输出电流信号），并将图像线阵信号汇总到FPGA板，来构建X光实时图像信号。
工业X光透视成像系统图
PD探测板安装示意图典型应用场景：
a. 机场、车站、地铁站安检机
b. 食品、药品安检机
c. 快递包裹违禁物品自动筛查
d. 危险液体非接触测量
e. 集装箱快速通关检查
f. 工业无损探伤2)TFT传感器
• MDC91128读取每一个像素点的电荷状态，从而实现对光、压力、温度等物理量的检测。
• 典型应用场景：在图像传感应用中，每个像素点的TFT可以控制光电二极管的电荷积累，从而实现对光强分布的高分辨率成像
• 其他应用场景：触摸技术、环境监测等
另外，MPS 将于近期陆续发布微尺寸16位ADC、高精度24位ADC，以满足严苛的工业应用环境下的数据采集需求。敬请期待！
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