ADC
1. 什么是 ADC？
ADC = Analog-to-Digital Converter（模数转换器）
功能：把连续变化的模拟电压 转换成离散的数字编码，以便 MCU/DSP/CPU 处理。
存在于几乎所有嵌入式/物联网/测量设备中，是连接"真实世界"与"数字世界"的桥梁。
2. 什么是 ADC 的基准电压（Vref）？
基准电压 = ADC 用来量化模拟输入的"标尺"。
数字输出 = (Vin / Vref) × (2^N − 1) ，其中 N 为分辨率。
要求：
低噪声、低温度漂移
通常用专用电压基准芯片（如 TL431、REF3030、ADR440）或高精度 LDO。
常见值：1.024 V、2.048 V、2.5 V、3.0 V、3.3 V、5.0 V。
注意：Vin 不得超过 Vref（多数器件 Vin ≤ Vref）。
3. ADC 工作原理（典型步骤）
-
采样（Sample）
- 通过采样/保持电路（S/H）把输入电压"冻结"一小段时间。
-
量化（Quantize）
- 把连续的采样电压与基准电压比较，分成 2^N 个等级。
-
编码（Encode）
- 将等级编号输出为 N 位二进制码。
-
输出
- 并行或串行接口把数字码送给处理器。
核心实现方式（不同 ADC 架构）
-
逐次逼近型（SAR）------ 速度快、中等精度、成本低 → MCU 内置主流。
-
ΔΣ（Delta-Sigma）------ 高分辨率（16-24 bit）、高有效位数，速度较低 → 音频、测量。
-
闪存/并行（Flash）------ 超高速、低分辨率 → 射频采样、示波器前端。
-
流水线（Pipeline）------ 高速+中高分辨率 → 图像/通信基站。
4. ADC 分辨率
-
定义 ：能够输出的二进制位数（bit 数），决定最小可分辨电压（LSB）。
-
LSB 电压 = Vref / 2^N
-
常见分辨率
位 数 等级数 最小分辨（LSB, Vref=3.3 V 例） 典型场景 8 bit 256 12.89 mV 玩具、简单传感器 10 bit 1024 3.22 mV 早期 Arduino、STM32F1 12 bit 4096 0.805 mV 当前主流 MCU（STM32F3/G4、GD32、ESP32-S3） 14 bit 16384 0.201 mV 精密采集卡、电机控制 16 bit 65536 50.3 µV 医疗、工业传感器 18-24 bit 262k-16M < 1 µV 音频、衡器、地震仪 -
分辨率↑ → 量化噪声↓，但转换时间↑、成本↑、对基准/布局/噪声更敏感。
5.计算电压例题
假设采用12位分辨率，基准电压为3.3v，量化结果为n时的实际电压应该如何计算？
量化公式（12 位，单端，0-Vref 范围）：
实际电压 = n × (Vref / 4096)
= n × (3.3 V / 4096)
≈ n × 0.805 664 mV
例：
n = 2048 → 2048 × 0.805 664 mV ≈ 1.650 V