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1. ADC简介
ADC全称是（Analog-to-Digital Converter）模拟-数字转换器，一般我们把模拟信号(Analog signal) 用A来进行简写，数字信号(digital signal) 用D来表示。主要用于将连续传输的模拟信号转换为数字信号，便于数字系统（如中央处理器CPU、微控制器MCU等）对传输信息进行快速处理和分析。
自然界绝大部分都是模拟信号，例如压力或温度的测量，为了方便储存，处理和传输，我们会通过ADC把模拟信号转化成数字形式给计算机处理。将模拟转换成数字的形式有四个步骤：采样、保持、量化和编码。
采样是将连续的模拟信号在时间域上进行离散化的过程。它通过在特定的时间点上获取信号的值，将模拟波形切分为一系列的离散时间片。这些时间片的大小通常与原波形的特征值相匹配，但由于只在有限的时间点上进行测量，部分信息可能会丢失。这种信息的丢失被称为“抽样失真”。
保持是采集模拟信号后，需花时间将其转化为数字信号，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，需用保持电路对取得的模拟信号进行电压保持。此过程可通过并联电容的方式实现。输入的连续模拟信号经过采样与保持后将得到一个时间上离散的模拟信号样本集合。
量化是数字信号在时间和幅值上都是离散的，量化是将采样电压转化为离散电平的近似过程。常用的量化方法有只舍不入和四舍五入。量化过程中会产生量化误差，它是一种无法消除的原理性误差。ADC的位数越高，离散电平之间的差值越小，量化误差也会越小。以参考电压3.3V的12位ADC采样模块为例，输入模拟电压与量化后产生的数值之间的关系如下：
编码为方便数字信号数据的传输与存储，需要将量化得到的十进制数字信号转换成二进制编码。常用的编码方式有二进制编码、格雷编码、调制编码和二进制补码编码等。
2. ADC采样实现方式
在单片机的使用中，我们可以通过ADC的转换将引脚上连续变化的模拟电压转换为内存中存储的数字变量，建立模拟电路到数字电路的桥梁。
ADC采样的实现方式主要有两种：外接采样芯片和控制核心内部的采样模块。许多MCU和DSP内部集成了ADC模块。例如，STM32F103具备一个12位的ADC，最大采样率可达到1MS/s，而STM32F4则支持10位和12位的ADC采样。但是内部采样模块的精度有限，因此可以通过外接专用的ADC芯片来提高采样精度和性能。
对于没有ADC采样模块的数字电源控制核心，如经典的51单片机以及MSP430单片机等，需要根据采样频率与精度的要求选择合适的ADC采样芯片。数字电源中常用的高精度ADC采样芯片有AD7915、AD7606和MAX1324等。采样精度（位数）越高量化误差越小，采样频率高则信号越接近原始信号。
3. 采样电路设计
在数字电源采样过程中，通常会对电源拓扑电路的电压和电流进行采样。接下来，我们将详细介绍常用的电压采样和电流采样电路。
3.1 电压采样电路
采样调理电路分为隔离型与非隔离型两类。
隔离型采样电路采用隔离器件对前端信号进行电气隔离与采样，常用的有互感器采样、光耦采样以及霍尔采样等。
非隔离型采样电路没有电气隔离，输入信号和输出信号共享相同的接地参考，常用的有分压采样以及运放直接采样等。
3.1.1 非隔离型电压采样电路
电压分压采样电路是典型的非隔离型电压采样电路之一，因为其结构简单、可靠性高、成本低等特点，常被用于数字电源电压采样。其电路结构如图，输入电压Vin经过Rs1与Rs2分压后经过输入侧滤波（Ry11、Cy11）接入运算放大器U1，再经过输出端滤波（R21、C21）接入ADC采样模块，运算放大器U1起电压跟随作用。U1、U2运放需要选取低压轨至轨、低失调电压运放，建议与ADC采样模块同电源供电。
3.1.2 隔离型电压采样电路
隔离型电压采样电路一般采用霍尔元件、隔离运放、光耦以及互感器等元件进行电压采样。这里以霍尔电压采样以及隔离运放电压采样为例进行介绍。
3.1.2.1 霍尔电压采样
首先我们介绍一下霍尔元件的采样原理，霍尔传感器内部包含垂直于磁场方向放置的半导体薄片，根据霍尔效应，当有电流流过半导体薄片时会产生电动势，该电动势称为霍尔电势，可以通过测量电动势的大小得到流过电流的大小。以单电源闭环霍尔电压采样电路为例：
待测电压通过采样电阻Rs3接入霍尔电压传感单元U1，得到一个幅值在0~V+的输出电压Vo。Vo经过分压电阻Rs1与Rs2后接入运算放大器U2，分压电阻的作用是调整霍尔电压传感器的输出电压幅值，以适应ADC采样模块的输入电压范围。运算放大器U2起到电压跟随的作用。U2的输出再经过低通滤波器（R1、C1）后接入ADC采样单元。
3.1.2.2 隔离运放电压采样
隔离运算放大器是一种特殊的测量放大电路，其输入电路和放大器输出之间有欧姆隔离的器件，信号在传输过程中没有公共的接地端。隔离运放电压采样的基本电路结构如图，输入电压经过Rs1与Rs2分压后接入隔离运算放大器，随后接入差分运放电路中，运放U1的输出电压经过滤波器（R1、C1）后接入ADC采样模块。
3.2 电流采样电路
3.2.1 非隔离型电流采样电路
电流分压电路是典型的非隔离型电流采样电路之一，其电路结构如图。在待测支路中串联采样电阻Rs3，并将电阻两端电压接入运算放大器U2中。电路中U2以及电阻Ry21-Ry24构成的差分电路。差分电路的输出经过滤波器（R11、C11）后接入ADC采样模块。U1、U2运放需要选取低压轨至轨、低失调电压运放，建议与ADC采样模块同电源供电。
3.2.2 隔离型电流采样电路
在隔离型电流采样电路中，霍尔电流传感器由于高精度、宽测量范围、响应快速和使用寿命长等优势被广泛应用。霍尔电流采样电路一般由霍尔传感元件、运算放大器和滤波器构成。以单电源闭环霍尔电流采样为例：待测电流穿过霍尔电流传感器U1会产生一个幅值在0~V+之间的输出电压值Vo。Vo经分压电阻Rs1与Rs2后接入运放U2，随后经低通滤波器（R1、C1）后接入ADC采样单元。U2、Rs1与Rs2作用可参考霍尔电压采样电路。
除了单电源供电霍尔采样电路外，双电源供电霍尔采样电路也较为常用。双电源供电霍尔采样电路中霍尔元件的输出电压有正有负，因此需要在Rs2两端并联钳位二极管来改变霍尔元件输出电压的幅值范围。
