第8章 ADC与数字测量
——从模拟传感信号到数字工业数据
在前面的章节中，我们已经分析了压力传感器如何产生微弱电压、温度传感器如何产生电阻变化，以及流量、液位传感器如何转换物理量。但是，现代工业控制系统并不能直接理解模拟信号，它需要数字数据。
因此，在智能传感器和工业变送器内部，存在一个关键环节：ADC（Analog-to-Digital Converter），即模数转换器。它负责将模拟世界中的连续电信号转换为CPU可处理的数字编码。
完整工业测量链为：
物理量 → 传感器 → 模拟信号 → 信号调理 → ADC → 数字算法 → 工程变量 → 通信接口 → PLC / DCS
例如压力变送器：5 MPa压力 → 压阻桥 → 5 mV → 放大100倍 → 500 mV → 24 bit ADC → 数字压力值 → 4–20 mA / HART。
本章重点分析ADC基本原理、SAR ADC、Σ-Δ ADC、ENOB有效位数、ADC噪声、采样理论和数字滤波技术。
8.1 为什么需要ADC？
8.1.1 现实世界是模拟的
工业现场所有物理量基本都是连续变化的。例如压力从0 MPa到1.235 MPa再到2.876 MPa，温度从25.6℃到25.61℃再到25.62℃，这些都是连续模拟量。
但计算机只能处理由0和1组成的数字数据，因此必须完成“模拟量 → 数字量”的转换。
8.1.2 ADC基本过程
ADC完成三个步骤：
采样（Sampling） 在时间上离散化。连续模拟波形被采样为离散点序列。
量化（Quantization） 把连续电压转换为有限等级。例如8 bit ADC有 ( 2^8 = 256 ) 个等级，12 bit有 ( 2^{12} = 4096 ) 个等级。
编码（Coding） 转换为数字编码。例如输入2.5 V可能输出二进制序列。
完整过程为：模拟电压 → 采样 → 量化 → 编码 → 数字数据。
8.2 ADC关键参数
工业ADC不能只看“多少位”。真正决定性能的是多个参数的综合。
8.2.1 分辨率（Resolution）
表示ADC能够区分的最小变化。例如12 bit ADC参考电压5 V时，步进为：
