模数转换技术及其发展
模数转换技术及其发展
摘要：介绍了各种类型ADC的工作原理及各自的优缺点，并指出了ADC的发展及应用前景。
关键词：ADC 分辨率 精度 速度
随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后，需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实中模拟信号向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶颈所在。
模数转换原理
模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接。
模数转换包括采样、保持、量化和编程四个过程。采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。根据奈奎斯特采样定理，对于采样信号x(t)，如果采样频率fs大于或等于2fmax（fmax为x(t)最高频率成分），则可以无失真地重建恢复原始信号x（t）。实际上，由于模数转换器器件的非线性失真，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取fs=2.5fmax。通常采样脉冲的宽度tw是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。实现这些过程的技术有很多，从早在上世纪70年代就出现的积分型到最新的流水线模数转换技术，种类繁多。由于原理的不同，决定了它们性能特点的差别。
当前，为了适应计算机、通讯和多媒体技术的飞速发展以及高新技术领域的数字化进程不断加快，ADC在工艺、结构、性能上都有了很大的变化，正在朝着低功耗、高速、高分辨率的方向发展。。本文就几种最为常用的模数转换技术进行分析比较。
模数转换器 ，即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。 例如： 对于一个2位的电压模数转换器，如果将参考设为1V，那么输出的信号有00、01、10、11四种可能，分别代表输入电压在0V-0.25V, 0.25V-0.5V, 0.5V-0.75V, 0.75V-1V时的对应输122
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入。 当一个0.8V的信号输入时，转换器输出的数据为11。
1 ADC的主要类型
目前，世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向，同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。
任何ADC都包括三个基本功能：抽样、量化和编码。抽样过程将模拟信号在时间上离散化，使之成为抽样信号；量化将抽样信号的幅度离散化使之成为数字信号；编码则将数字信号最弹簧表示成数字系统所能接受的形式。如何实现这三个功能就决定了ADC的形式和性能。同时，ADC的分辨率越高，需要的转换时间就越长，转换速度就越低，故ADC的分辨率和转换速率两者总是相互制约的。因而在发展高分辨率ADC的同时要兼顾高速，在发展高速ADC的同时要兼顾高分辨率，在此基础上还要考虑功耗、体积、便捷性、多功能、与计算机及通讯网络的兼容性以及应用领域的特殊要求等问题，这样也使得ADC的结构和分类错综复杂。目前， ADC集成电路主要有以下几种类型。
1.1 并行比较ADC
并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。例如，n位的ADC需要2n个精密电阻和2(n-1)个并联比较器。分压电阻网络彼此相差1个最低有效位VR/2n,如图1所示。若图片无法显示请联系QQ3710167,模数转换技术及其发展系统免费,转发请注明源于www.lwfree.cn闪烁式ADC的分辨率受管芯尺寸、过大的输入电容、大量比较器所产生的功率消耗等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的ADC由于比较器的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。这类ADC的优点是模/数转换速度最高，缺点是分辨率不高，功耗大，成本高现代发展的高速 ADC电路结构主要采用这种全并行的ADC，但由于功率和体积的限制，要制造高分辨率闪烁式ADC是不现实的。由两个较低分辨率的闪烁式ADC构成较高分辨率的半闪烁式ADC或分级型ADC是当今世界制造高速ADC的主要方式。图2所示是一个8位的两级并行半闪烁式ADC的原理框图。其转换过程分为两步：第一步是粗化量化。先用并行方式进行高4位的转换，作为转换后的高4位输出，同时再把数字输
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出进行D/A转换，恢复成模拟电压。第二步是进一步细化量化。把原输入电压与D/A 转换器输出的模拟电压相减，其差值再进行低4位的A/D转换。然后将上述两级A/D转换器的数字输出并联后作为总的输出。这样，在转换速度上作出了一点牺牲，但解决了分辨率提高和元件数目刷增的矛盾。
现代高速ADC与普通ADC相比的主要特点是：单电源性能；将基准电源、采样保持器和增益放大器集成在一块芯片上，集成度高；采用标准的0.6μm的CMOS工艺开发各种价格的低功耗ADC。
1.2 逐次逼近型
逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，它由比较器、D/A转换器、比较寄存器SAR、时钟发生器以及控制逻辑电路组成，将采样输入信号与已知电压不断进行比较，然后转换成二进制数。其原理图如图3所示，首先将DAC的最高有效位MSB保存到SAR，接着将该值对应的电压与输入电压进行比较。比较器输出被反馈到DAC，并在一次比较前对其进行修正。在逻辑控制电路和时钟驱动下，SAR不断进行比较和移位操作，直到完成LSB的转换，此时所产生的 DAC输出逼近输入电压的±1/2LSB。当每一位都确定后，转换结果被锁存到SAR并作为ADC输出。这一类型ADC的优点：高速，采样速率可达 1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低；在分辨率低于12位时，价格较低。缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
1.3 积分型ADC
积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。其原理图如图4所示。其工作分为两个阶段，第一阶段为采样期；第二阶段为比较期。通过两次积分和计数器的计数可以得到模拟信号的数字值D=2nV1/VR，其中n为计数器的位数，V1为输入电压在固定时间间隔内的平均值。若图片无法显示请联系QQ3710167,模数转换技术及其发展系统免费,转发请注明源于www.lwfree.cn
积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的D表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。缺点是：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。
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压频变换型ADC
前面所讲到的并行比较ADC和逐次逼近型ADC均属于直接转换ADC，而积分型和下面所讲到的压频变换型ADC则属于间接ADC。压频变换型ADC是先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号，然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲，这种ADC的分辨率可以无限增加，只要采用时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。缺点是：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。
1.5 ∑-Δ型ADC
与一般的ADC不同，∑-Δ型ADC不是直接根据抽样第一个样值的大小进行量化编码，而根据前一量值与后一量值的差值即所谓的增量的大小来进行量化编码。从某种意义讲，它是根据信号波形的包络线进行量化编码的。∑-Δ型ADC由两部分组成，第一部分为模拟∑-Δ调制器，第二部分为数字抽取滤波器，如图5所示。∑--Δ调制器以极高的抽样频率对输入模拟信号进行抽样，并对两个抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的数字信号即∑--Δ码；然后将这种∑--Δ码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波，从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。由于∑--△具有极高的抽样速率，通常比奈奎斯特抽样频率高出许多倍，因此∑--△转换器又称为过抽样A/D转换器。这种类型的ADC采用了极低位的量化器，从而避免了制造高位转换器和高精度电阻网络的困难；另一方面，因为它采用了∑--△调制技术和数字抽取滤波，可以获得极高的分辨率；同时由于采用了低位量化输出的采用高分辨率的码，不会对抽样值幅度变化敏感，而且由于码位低，抽样与量化编码可以同时完成，几乎不花时间，因此不需要采样保持电路，这就使得采样系统的构成大为简化。这种增量调制型ADC实际上是以高速抽样率来换取高位量化，即以速度来换精度。
近年来，采用高分辨率的∑--△型ADC颇为流行，它的一个突出优点是在一片混合信号CMOS大规模集成电路上实现了ADC与数字信号处理技术的结合。这一技术的其它优点：分辨率高达24位；比积分型及压频变换型ADC的转换速率高；采用混合信号CMOS工艺，可实现低价格、高分辨率的数据采集和数字信号处理；由于采用高倍频过采样技术，降低了对传感器信号进行滤波的要求，实际上取消了信号调理。缺点：当高速转换时，需要高阶调制器；在转换速率相同的条件下，比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。目前，∑--△型ADC分为四类：
（1）高速类ADC；
（2）调制解调器类ADC；
（3）编码器类ADC；
（4）传感器低频测量ADC。
其中每一类∑--△型ADC又分为许多型号，给用户带来极大方便。
流水线型（Pipeline）ADC又称为子区式ADC， 六维论文网(www.lwfree.cn)版权所有'流水线型转换方式是对并行转换方式进行改进而设计出的一种转换方式[2。它在一定程度上既具有并行转换高速的特点，又克服了制造困难的问题。以8位的两级流水线型为例，它的转换过程首先是进行第一级高4位的并行闪烁转换，得到高4位信号；然后把输入的模拟信号与第一级转换后数字信号所表示的模拟量相减，得到的差值送入第二级并行闪烁转换器，得到低4 位信号。除了两级的流水线型转换方式外，还有第第三、第四甚至更多级的转换器。流水线型转换方式的特点是：精度较高，可达16位左右；转换速度较快，16位该种类型的ADC速度可达5MPSP，较逐次比较型快；分辨率相同的情况下，电路规模及功耗大大降低。但流水线型转换方式是以牺牲速度来换取高精度的，另外还存在转换出错的可能。即第一级剩余信号的范围不满足第二级并行闪烁ADC量程的要求时，会产生线性失真或失码现象，需要额外的电路进行调整。 ,六维论文网(www.lwfree.cn)版权所有它由若干级级联电路组成，每一级包括一个采样/保持放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路，其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位转换器分成两段以上的子区（流水线）来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m位分辨率粗A/D转换器对输入进行量化，接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产
模数转换技术及其发展生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位细 A/D转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。
流水线型ADC必须满足以下不等式以便纠正重叠错误：式中，1为级数，m为各级中ADC的粗分辨率，k为精细ADC的细分辨率，而 n是流水线ADC的总分辨率。流水线ADC不但简化了电路设计，还具有如下优点：每一级的冗余位优化了重叠误差的纠正，具有良好的线性和低失调；每一级具有独立的采样/保持放大器，前一级电路的采样/保持可以释放出来用于处理下一次采样，因此允许流水线各级同时对多个采样进行处理，从而提高了信号的处理速度，典型的为 Tconv<100ns；功率消耗低；很水有比较器进入亚稳态，从根本上消除了火花码和气泡，从而大大减少了ADC的误差；多级转换提高了ADC的分辨率。
同时流水线型ADC也有一些缺点：复杂的基准电路和偏置结构；输入信号必须穿过数级电路造成流水延迟；、同步所有输出需要严格的锁存定时；对工艺缺陷敏感，对印刷线路板更为敏感，它们会影响增益的线性、失调及其它参数。目前，这种新型的ADC结构主要应用于对THD和SFDR及其它频域特性要求较高的通讯系统，对噪声、带宽和瞬态相应速度等时域特性要求较高的CCD成像系统，对时域和频域参数都要求较高的数据采集系统。随着数字技术的发展，AD也有了长足的进步和发ADC正朝着低功耗高速、高分辨率的方向发展，在此基础上，还要考虑功耗、体积、便捷多功能、与计算机及通信网络的兼容性。ADC主要的应用领域不断拓宽，广泛应用于多媒体、通讯、自动化、仪器仪表等领域。对不同领域的不同要求，例如接口、电源、通道、内部配置的要求，每一类ADC都有相应的优化设计方法。同时，用户不仅要考虑到ADC本身的工艺和电路结构，而且还应考虑到ADC的外围电路，如相应的信号调理电路等模拟电路的设计。如在单电源、低功耗条件下设计新型的ADC时，为了解决单电源的输入和输出的动态范围问题，可以采用超高速补偿双极性（XFCB）工艺制造的电流反馈运算放大器；为了解决推荐电压、低电流条件下的低噪声低温漂基准电压问题，可以采用外加离子注入场效应管（XFET）基准源的方法；为了满足低功耗的要求，可以采用节能工作方式（Power Down）；为设计出微型ADC，可采用减小体积的2线或2线制兼容的串行接口；为了减小信号源到整个AD转换器的模拟信号通路的误差，可以采用自校准技术纠正误差等等。针对实际应用中具体要求，各种新型的设计方案应运而生。这些技术不断完善和改进现有ADC的速度和精度，同时也成为现代ADC新补充的特点和发展方向。
传统方式的ADC，例如逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。在全并行基础上发展起来的分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解等方面。这些高速ADC，今后的展方向是在现有高速基础上尽可能提高其分辨率，以满足兼顾高速、高精度的发展方向。20世纪90年代以来获得很大发展的∑-Δ型ADC利用高抽样率和数字信号处理技术，将抽样、量化、数字信号处理融为了一体，从而获得了高精度的ADC，目前可达24位，主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。
模数转换技术及其发展
自电子管A/D转换器面世以来，经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。在集成技术中，又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。在这一历程中，工艺制作技术都得到了很大改进。单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。模块、混合和单片集成转换器齐头发展，互相发挥优势，互相弥补不足，开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。近年来转换器产品已达数千种。
A/D和D/A转换器的主要发展趋势是，单片集成以硅为主导发展技术，并加速以硅为基础的异质结技术的发展；混合和模块集成A/D和D/A转换器是军事/航天系统的主导产品，将与硅芯片技术并行发展，而且需建立在先进的芯片技术基础之上；低电源、低功耗、高速、高精度A/D和D/A转换器是主导发展产品，其中16位100～200MHz及8～10位10GHz的高性能 A/D转换器是新一代先进雷达、电子占和通讯电子系统的关键器件之一，它们是重点发展目标；目前已有工艺技术能满足目标产品的制作，如III/V化合物半导体异质结技术℃，其日体管的ft已大于50GHz；工艺技术中，双极（特别是异质结双极）、CMOS、BiCMOS将并行发展，加工尺寸已发展到半亚微米亚料微米，将继续向深度发展。近年来，A/D和D/A转换器的市场呈稳步增长的发展趋势，它们在现代军用和民用电子系统中均显示出其重要地。2000年的市场销售额已达20.3亿美元。
不论是传统型ADC还是表发展起来的ADC都有各自的优缺点和适应场合。在选用ADC时，不仅要考虑应用的精度、速度等主要指标，还要考虑输入信号的形式（单端或差动输入）、输入信号范围、输入通道类型和数量、工作电源、内部基准、激励源等多种具体功能上的差异，这些在选型上都是认真考虑的。现代ADC制造商为用户应用考虑的越来越多，用户在方案设计时一定要在器件选型上下一些功夫，针对实际应用的具体要求尽量做到选型合理，这样往往可以简化设计、降低成本、提高性价比。
由于模数转换器在数字多媒体电子系统中应用的扩大，其市场呈稳步增长势头。同时人们对转换器性能的要求越来越高，其技术难度越来越大，但是对模数转换技术的研究开发更加活跃，不断将产品向更高性能推进。如今，模数转换技术已经变得复杂多样，但由以上分析可以看出，它有着如下的发展趋势：六维论文网(www.lwfree.cn)版权所有结构不断简化。一方面减少制作难度相对较大、在芯片中特性匹配要求较高的部件的数量，减少高速比较器、宽带运放、精密电阻等（如由全并行方式发展到两步法、多步法，又发展到将信号预处理的折叠、内插法）；另一方面减少模拟部件，尽可能多地采用成熟的数字电路（如新发展的Σ△结构）。 六维论文网(www.lwfree.cn)版权所有转换速度提高。如今采用折叠插值型的ADC产品转换速度达到了8位/60MSPS。两级流水型ADC的产品转换速度达到了12位/4MSP FI(M 1iJ.'阿果资源网(www.agpr.net)版权所有'高速下尽可能的提高分辨率。如采用过采样 Σ△模数转换形式、流水线型转换方式以及折叠插值型转换方式，提高转换器的分辨率。如今过采样Σ△模数转换方式，精度达到了24位以上。
目前，模数转换器(ADC)已经应用于大量设备。很早以前，转换器是需要专门知识才能设计和制造的器件，因此采用转换器的解决方案成本很高。12位/500kHz的ADC在1975年卖到270美元。随着时间的推移，采用与数字集成电路相同工艺技术的现代转换器的价格急剧下降。今天同样的12位/500kHz转换器价格还不到1美元。ADC经常用于通信、仪器和测量以及计算机系统中，可方便数字信号处理和/或信息的存储。很多时候ADC功能与数字电路集成在同一芯片上，但有的设备要求必须使用独立的ADC。蜂窝电话是数字芯片中集成ADC功能的一个例子，而具有更高要求的蜂窝基站需要依赖单独的ADC来提供最佳性能。
ADC有以下一些特点：1. 模拟输入，可以是单通道或多通道模拟输入；2. 参考输入电压，该电压可以由外部提供，也可以在ADC内部产生；3. 时钟输入，通常由外部提供，用于确定ADC的转换速率；4. 电源输入，通常有模拟和数字电源引脚；5. 数字输出，ADC可以提供并行或串行的数字输出。
虽然ADC看起来非常简单，但它们必须正确使用才能获得最优的性能。ADC具有与简单模拟放大器相同的性能限制，比如有限增益、偏置电压、共模输入电压限制和谐波失真等。ADC的采样特性需要我们更多地考虑时钟抖动和混叠。以下一些指南有助于工程师在设计中充分发挥ADC的全部性能。
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模拟输入
要认真对待ADC的模拟输入信号，尽量使它保持干净，“无用输入”通常会导致“数字化的无用输出”。模拟信号路径应远离任何快速开关的数字信号线，以防止噪声从这些数字信号线耦合进模拟路径。
虽然简化框图给出的是单端模拟输入，但在高性能ADC上经常使用差分模拟输入。差分驱动ADC可以提供更强的共模噪声抑制性能，由于有更小的片上信号摆幅，因此一般也能获得更好的交流性能。差分驱动一般使用差分放大器或变压器实现。变压器可以提供比放大器更好的性能，因为有源放大器会带来影响总体性能的额外噪声源。但是，如果需要处理的信号含有直流成份，具有隔直流特性的变压器就不能用。在设计预驱动电路时必须考虑驱动放大器的噪声和线性性能。需要注意的是，因为高性能ADC通常有非常高的输入带宽，因此在ADC输入引脚处直接滤波可以减少混入基带的宽带噪声数量。
参考输入
参考输入应看作是另一个模拟输入，必须尽可能保持干净。参考电压(VREF)上的任何噪声与模拟信号上的噪声是没有区别的。一般ADC的数据手册上会规定要求的去耦电容。这些电容应放置在离ADC最近的地方。为了节省电路板面积，PCB设计师有时会将去耦电容放在PCB的背面，这种情况应尽可能避免，因为过孔的电感会降低高频时电容的去耦性能。VREF通常用来设置ADC的满刻度范围，因此减小VREF电压值会减小ADC的LSB值，使得ADC对系统噪声更加敏感(1V满刻度10位ADC的LSB值等于1V/210=~1mV)。
时钟输入
根据具体的应用，数字时钟输入可能与模拟输入具有同等的重要性。ADC中有两大噪声源：一个是由输入信号的量化引起的(正比于ADC中的位数)，另一个是由时钟抖动引起的(在错误时间点采样输入信号)。根据以下公式，在非过采样ADC应用中量化噪声将限制最大可能的信噪比(SNR)值。
ANR=6.02N=1.76dB
其中，N为ADC的位数、SNR为信噪比。
从直观感觉这是有意义的：每增加一位，ADC编码的总数量就会增加一倍，量化不确定性可降低一半(6dB)。因此理论上一个10位ADC可以提供61.96dB的SNR。，采样时钟上的任何抖动都会进一步降低SNR：
其中，SNRj是受抖动限制的SNR，fa是模拟输入频率，tj是时钟抖动的均方根(rms)值。
用抖动等于8ps的采样时钟数字化70MHz的模拟信号，可以得到接近49dB SNR的有限抖动，相当于将10位ADC的性能降低到了约8位。时钟抖动必须小于2ps才能取得等效于10位ADC的SNR。还有许多影响SNR的二阶因素，但上述等式是非常好的一阶接近函数。差分时钟常用来减小抖动。
电源输入
大多数ADC有分离的电源输入，一个用于模拟电路，一个用于数字电路。推荐在尽量靠近ADC的位置使用足够多的去耦电容。尽量减少PCB的过孔数量，并减小从ADC电源引脚到去耦电容的走线长度，从而使ADC和电容之间的电感为最小。就像参考电压去耦一样，电路板设计师为了节省电路板面积有时会把去耦电容放在芯片下方PCB板的背面，基于同样的理由，这种情况也应避免。ADC数据手册一般会提供推荐的去耦方案。为了达到特定的性能，电源和地经常会采用专门的PCB层实现。
数字输出
ADC开关数字信号输出会产生瞬时噪声，并向后耦合到ADC中敏感的模拟电路部分，从而引发故障。缩短输出走线长度以减小ADC驱动的电容负载有助于减小这一影响，在ADC输出端放置
串行电阻也可以降低输出电流尖峰。ADC数据手册通常对此也有一些设计建议。 六维论文网(www.lwfree.cn)版权所有 总之，各种技术的运用以及集成电路工艺的发展，一定会把模数转换推向速度快、精度高、成本低以及结构简单的发展方向
