什么是模数转换（ADC）？
模数转换 （ADC） 是一种电子过程，其中连续可变或模拟信号在不改变其基本内容的情况下转换为多级数字信号。模数转换器将时间和幅度连续的模拟信号转换为时间和幅度均离散的数字信号。转换器的模拟输入由一个电压组成，该电压在理论上无限数量的值之间变化。例如正弦波、代表人类语音的波形和来自传统电视摄像机的信号。模数转换器的输出具有定义的电平或状态。状态的数量几乎总是 2 的幂——即 2、4、8、16 等。最简单的数字信号只有两种状态，称为二进制。所有整数都可以以二进制形式表示为一和零的字符串。
为什么数字化很重要？
数字信号的传播效率高于模拟信号，这主要是因为数字脉冲定义明确且有序。电子电路也更容易将噪声与混沌的噪声区分开来。这是数字通信模式的主要优势。计算机根据二进制数字数据“说话”和“思考”。虽然微处理器可以分析模拟数据，但必须将其转换为数字形式，计算机才能理解它。
典型的电话调制解调器利用ADC将来自双绞线的传入音频转换为计算机可以理解的信号。在数字信号处理系统中，如果输入信号是模拟信号，则需要模数转换器。
什么是奈奎斯特定理，为什么它很重要？
奈奎斯特定理或采样定理描述了模数转换。它可以再现纯正弦波测量值，也称为采样率。人们体验世界的方式大多是模拟的;想想声波和光波。为了将这些信号用于计算，必须将它们转换为数字信号。然而，数字电子产品以离散的数字工作。要将模拟信号转换为数字信号，必须以固定频率对测量值进行采样。采样率必须至少是其频率的两倍。这种方法用于数字音频和视频，以减少混叠或产生错误频率。
采样率太低将无法准确描述原始信号;复制时会失真或有混叠。速率过高将使用不必要的存储和处理资源。
奈奎斯特定理用于定位收集适量信息的点。该定理的其他名称是奈奎斯特-香农定理或惠特克-奈奎斯特-香农采样定理。
奈奎斯特定理的工作原理
模拟信号频率以赫兹为单位。它们的频率描述了它们在一秒钟内上升和下降的次数。电气工程师和数学家克劳德·香农（Claude Shannon）对该定理的解释如下：“如果函数x（t）不包含高于B赫兹的频率，则完全通过给出其相隔1/（2B）秒的一系列点的纵坐标来确定。为了正确再现信号，采样率必须是最高频率的两倍。
为了说明它是如何工作的，想象一下地球上的一个传感器，它的任务是测量天空的亮度。它每天测量一次，每 24 小时一次。来自该传感器的数据将导致研究人员错误地认为天空全天保持恒定的亮度。如果将实验更改为间隔 18 小时进行测量，它将产生同样不准确的数据，在全日光、完全黑暗和一些昏暗的光线之间随机交替。
然而，让传感器每12小时进行一次测量，结果描绘了地球在24小时内的昼夜循环。为了准确测量地球的 24 小时自转，测量必须至少是其速率的两倍，即 12 小时间隔。
模数转换的重要性
ADC在现代技术发展中发挥的关键作用是语音通信系统从老式模拟信号处理发展到今天的IP语音（VoIP）系统。从 1950 年代到 1970 年代，电话系统无法直接与计算机通信。调制解调器的出现使之成为可能，但它们并不总是具有成本效益。对于计算机输入设备（例如电传打字机）要与计算机系统进行通信，它们必须连接到连接到计算机系统前端（例如大型机）的调制解调器。与当今的超高速网络相比，调制解调器的传输速度很慢。1960 年代和 1970 年代的快速调制解调器为计算机提供了每秒 2,400 位的吞吐量。相比之下，当今的系统以千兆速度运行。
ADC技术成为开发数字专用交换机（PBX）系统以及小型办公应用系统的关键。这些系统使用全数字交换架构，嵌入在电话机中的ADC单元（有时也嵌入在交换机本身中）将模拟语音信号转换为数字交换机可以处理的数字比特流。
相反，当语音呼叫传递给另一个用户时，使用相反的过程。数模转换器（DAC）将来自开关的数字代码转换为可听模拟信号。50 多年后的今天，这种模式仍在使用。ADC技术还用于将视频信号处理成数字比特流，以便通过语音通信传输视觉图像。
