類比數位轉換器（ADC）

類比數位轉換器是一道門，把雜亂無章的連續世界引進數位晶片真正能拿來運算的那個乾淨的數字世界。麥克風、溫度感測器、收音機天線——它們說的都是平滑變化的電壓，在高與低之間有著無窮無盡的灰度。ADC 傾聽這個電壓，再遞給處理器一個數。它分兩步完成。第一步是取樣：像相機一格格抓拍那樣，它不去無休止地盯著電壓，而是在等間隔的一個個瞬間把電壓定格下來。第二步是量化：它把每個定格下來的值四捨五入到一架固定階梯上最近的那一檔，因為一個數終歸只能有那麼多位。取樣切碎了時間，量化切碎了幅度。

這份便利帶著兩筆實打實的代價。你必須取得夠快——至少是你所關心的最高頻率的兩倍（奈奎斯特準則，fs 大於 2*fmax）——否則快速的抖動就會喬裝成緩慢的抖動，這種誤差叫混疊，事後再怎麼算也無法挽回。而四捨五入到最近的那一檔，會丟掉那點微小的零頭，它表現得就像一陣輕微的嘶嘶聲，稱為量化雜訊。位數越多，階梯越細，嘶聲越輕：對一個理想轉換器來說，訊號雜訊比約為 6.02*N + 1.76 dB，所以每多一位大約能買來 6 dB 的餘量。正是這一行式子，道出了為什麼 16 位音訊 ADC 聽起來比 8 位的乾淨得多。

該選哪種架構，是在速度、解析度和功耗之間的一場權衡。flash（閃速）ADC 是短跑健將：它用一整排比較器，一次就把輸入和階梯上的每一檔同時比一遍，因此一拍之內就完成轉換——快得驚人，但比較器的數目隨位數爆炸式增長，所以它解析度上不去、又耗電（想想幾吉赫茲的射頻前端和示波器前端）。SAR（逐次逼近）ADC 玩的是二分搜尋的猜數遊戲，每一步釘住一位；它落在舒服的中段——速度適中、8 到 18 位、功耗節省——這讓它成了感測器和微控制器裡挑大樑的主力。sigma-delta（Σ-Δ）ADC 拿速度換精度：它以遠超所需的頻率取樣，再巧妙地把自己的量化雜訊推到感興趣的頻帶之外（雜訊整形），然後把雜訊濾掉，從而達到最高的解析度（可達約 24 位），用於音訊和精密儀器。