【每周分享】ADC（模数转换器）的分辨率怎么理解？

只看该作者 · 2025-7-30 10:55

模数转换器（ADC）是嵌入式产品应用比较多的模块，可以将电路上的模拟信号转成可供MCU或FPGA等控制器处理的数字信号，很多MCU上也带有ADC外设模块。ADC模块本身涉及了不少参数，其中分辨率（resolution）就是其中比较重要的一个，在很多产品中也会有这个参数，那ADC的分辨率究竟是什么呢？有什么实际作用呢？本文简单讲解一下，供大家参考。

ADC的分辨率，其实指的就是能够将模拟信号细分的最小量化等级，一般都是用位数（bit）来表示，比如MCU的ADC外设模块：

再比如专用的ADC芯片的分辨率说明：

或者说分辨率就是ADC输出的数字编码位数，常见的分辨率有8位，12位，16位，24位和32位等。而量化等级就是2n，其中n就是分辨率位数，比如12位的，即为212=4096，也就是将输入电压范围细分成4096个离散值。

而分辨率的实际意义也可以用最小可分辨电压来说明，类似于尺子上的最小刻度，即：

最小可分辨率电压=满量程电压(FullScale Range, FSR)/( 2n -1)；

如果满量程电压为5V，对于12位ADC来说，最小可分辨电压就是5/4095，差不多是1.22mV。

所以可以看出，ADC分辨率越高，其对微小电压变化的检测能力就越强。

这里需要注意，高分辨率不意味着高精度，分辨率只是ADC理论上的细分能力，而精度是实际测量值与真实值之间的误差情况。

那怎么样根据分辨率计算出实际的模拟电压值呢？

ADC采集到的数值和电压值之间存在一定的线性关系，当ADC模块将模拟信号转换为数字信号后，输出的数字值与输入的模拟电压值成正比例关系。具体来说，ADC采集到的数值可以通过以下公式计算得到对应的电压值：

V = ADC_value * Vref / (2n - 1)；

其中，Vref为ADC参考电压，n为ADC的分辨率，ADC_value为ADC采集到的数字值（采样值），这个公式需要根据具体的ADC模块进行调整，不过基本思路是一致的。

举个例子，如果ADC参考电压为5V，ADC采集到的数字值为2048，ADC的位数为12位，那么对应的电压值为：

V = 2048 * 5 / (212- 1) ≈ 2.50V；

那实际应用时该如何选择合适分辨率的ADC模块呢？不同分辨率的ADC，其实在价格上的差异还是蛮大的，因为这是ADC的一个比较重要的参数和性能指标。如果只是用于一般的温度监控和数据采集等，可以用8位分辨率ADC（256级）；如果对精度有要求，可以用12位或16位分辨率ADC，比如需要用采集数据来做一些控制操作或者PID调控等；如果对精度有更高要求，那可以用24位及以上分辨率ADC，比如用于医疗设备和工业称重模块等精密仪器。

实际应用时，需要注意以下情况：

参考电压：直接影响分辨率的价值，如果参考电压不稳定，实际分辨率也会打折扣；

噪声：信号噪声可能淹没ADC的最小分辨能力，此时提高位数可能毫无意义。

综上所述，分辨率是ADC的“理论细分能力”，但实际效果需结合精度和噪声等综合考虑。