我們已經討論了制造商購買正確的模數轉換器 （ADC） 的想法，分辨率是決定的重要組成部分。大多數應用程序不需要 32 位精度；但高清音頻、測試儀器和數字縮放等應用程序可以。想知道 32 位 ADC 的那些位是做什么的嗎？下面簡要概述了制造商需要了解的有關使這些部件在系統中按預期工作的知識。

首先，讓我們看看精密 ADC 的內部結構。閃存和流水線 ADC 架構專注于速度，但在大約 16 位分辨率時會遇到限制。逐次逼近寄存器 （SAR） 以速度換取更好的分辨率。SAR 的工作原理是收斂 DAC，直到 A/D 輸入電平匹配。SAR ADC 通常擴展到 24 位，少數推到 32 位，但它們往往會消耗功率。

其他一些架構特性帶有 delta-sigma 部分。在轉換之前注意增益階段，以增加動態范圍并保持低噪聲。此外，樣本之間的信號變化量必須保持較小。最小化增量的首選方法是大規模過采樣，比奈奎斯特速率高數百甚至數千倍。過濾和抽取使讀數恢復到所需的采樣率，但會增加較大的延遲。通常，減去過采樣延遲的輔助轉換通道會提供較低的分辨率，例如 22 位或 24 位。先進的噪聲整形技術可以進一步降低本底噪聲。

以下是過采樣和噪聲整形在數據轉換中的工作原理。

即使在美好的一天，它也不是真正的 32 位

毫不奇怪，即使數據表說 32 位，這并不是一個得到多少位。平心而論，在大多數從 16 位及更高分辨率開始的轉換器中，動態范圍和噪聲損失了幾位是一種現象。對于 32 位轉換器，理論動態范圍約為 194 dB。沒有物理傳感器或模擬前端能提供這么多；實際設備以大約 130 dB 結束。噪音排在首位。正如之前的博客中所討論的，高斯噪聲可以通過過采樣和平均來消除，這通常內置在 32 位 delta-sigma 部分中。

翻閱一些數據表可以看出，最先進的 32 位 delta-sigma ADC 可以以個位數的采樣率提供多達 27 位，并帶有大量的過采樣和濾波。隨著采樣率的增加，有效位會下降一些，這可能是系統設計中的一個重要考慮因素。盡管如此，32 位部件可能比 24 位 ADC 在類似噪聲條件下可以提供的有效分辨率有所改進。

真正的問題是，隨著 ADC 的分辨率提高，最終用戶的感知體驗是否會更好。為了使更多位有用，必須端到端保留分辨率和動態范圍。例如，以 32 位數字化音頻并以低于該值的速度播放它就無法理解這一點。Rick Rubin 為貧血的 MP3 播放器和耳塞壓縮錄音范圍而發了財。只有發燒友才注意到聲音的差異。

然而，32 位隨之而來

我將在 MP3 格式上另辟蹊徑。假設一個人可以負擔得起 32 位 ADC，并且更有效的分辨率適合應用中的體驗。采樣后有 32 位進行數字處理。帶有 Arm 或 RISC-V 內核的快速 32 位微控制器現在很常見，這是一件好事。

對于在 32 位數據上運行的任何算法，例如相關或估計濾波器，整數數學成為一個問題。定點溢出和削波會破壞有效分辨率并增加數字失真。浮點是要走的路，許多 32 位 MCU 都具有硬件浮點能力。不過要小心；具有 23 位尾數的單精度浮點可能仍會裁剪結果。雙精度 64 位浮點解決了這個問題。結合硬件中的 64 位內存提取和 C 或 Python 中的高級數學庫支持，即使是復雜的算法也可以快速運行。

許多 32 位 delta-sigma 轉換器可以運行到音頻采樣率范圍。因為 delta-sigma 部件具有模擬內存和大延遲，所以以更快的采樣率多路復用輸入會變得混亂。32 位 delta-sigma 部件的最佳應用場景可能是非常低的采樣率和激進的過采樣。還有一個論點是不是薄弱環節——數字化更多位可能有助于算法將許多樣本混合成更精確的結果。從 32 位 ADC 獲取這些位的增量成本可能值得關注細節。

在通用動力公司從事導彈制導系統工作十年后，Don Dingee成為摩托羅拉 VMEbus 和單板計算機技術的傳道者。他為 Planet Analog 撰寫有關傳感器、ADC/DAC 和信號處理的文章。