在当今汽车行业，自动化和数字化趋势呈现出日益明显的态势。从驾驶辅助系统（ADAS）到信息娱乐系统，现代汽车对数字技术的依赖程度越来越高。而模数转换器（ADC）作为这些系统的组件，其重要性也愈发凸显。ADC 能够将实际的模拟信号转换为汽车计算机系统能够处理的数字数据，从而在汽车系统中发挥着至关重要的作用。接下来，我们将深入探讨如何利用 ADC 提高汽车系统的性能和安全性。
一、了解汽车系统中的 ADC
汽车系统利用 ADC 将来自不同
传感器的模拟信号转换为数字数据。这些传感器的种类十分繁多，涵盖了
压力传感器、温度传感器、雷达传感器和光传感器等。汽车计算系统依据来自传感器的数字数据做出各种决策、管理不同操作，并及时通知驾驶员。
高精度 ADC 凭借其出色的分辨率和精度，成为汽车系统的热门选择。这类 ADC 可以捕捉模拟信号的复杂特性，生成高质量的数字数据，为正确可靠的判断提供坚实依据。在汽车复杂的运行环境中，传感器采集到的模拟信号往往包含着丰富的信息，高精度 ADC 能够将这些信息准确地转换为数字形式，使得汽车计算系统能够更精准地理解和处理这些数据，从而实现更智能的控制和决策。
二、汽车系统中使用的 ADC 类型
几乎所有的车辆控制系统都需要在一定程度上监测输入电压。例如，系统需要知道为其供电的
电池电压是多少。汽车的每个控制组件都使用了微控制器 IC，该 IC 一般都内置 ADC 外设以实现和 ADC 的通信。但为了实现高端测量，控制单元中也可以集成独立的分立式 ADC IC，以更快、更地进行测量；然后，微控制器再通过 I?C 和 UART 通信通道以数字方式读取测量结果。
1. SAR ADCs
逐次逼近型寄存器（SAR）ADC 因具有速度快、功耗低的特性常被用于汽车系统。这种 ADC 使用二进制搜索算法查找与输入信号接近的匹配值。根据输入信号与一组参考电压的比较结果，输出值随之变化。
SAR ADC 中使用了采样电容。当
开关 S1 向左切换时，采样电容充电至将要被采集的目标模拟输入电压。当 S1 向右切换时，该电压值与 DAC（数字模拟转换器）输出进行比较。DAC 可以提供从 VREF（ADC 参考电压）到 0V 的电压范围。ADC 会反复将不同的 DAC 输出值与采样电容上的电压进行比较，看它们是更大还是更小。输入电压较大时，输出该比特位为二进制值 1；输入电压较小则比特值为 0。这样，模拟信号输入在整个迭代过程中被数字化，从而产生比特流。
在需要快速响应时间的系统中，如制动系统和驾驶辅助系统（ADAS），SAR ADC 尤其有效。在制动系统中，当驾驶员踩下刹车踏板时，压力传感器会迅速采集到压力变化的模拟信号，SAR ADC 能够快速将其转换为数字信号，使得汽车计算系统能够及时做出反应，调整制动力的大小，确保车辆能够安全、稳定地停下来。
2. Δ - Σ ADC
当系统要求高分辨率和高精度时，通常采用 Δ - Σ ADC。这种 ADC 采用了一种称为过采样的技术，即以远高于奈奎斯特速率的速率对输入信号进行采样。同时结合噪声整形，Δ - Σ ADC 能够实现极高的精度和准确度。
Δ - Σ 调制器的输入端接收模拟输入电压，并输出脉冲波。采样下每个脉冲的宽度之和都对应于输入电压的幅度。尽管脉冲波会受到高频噪声的严重干扰，但它看起来仍和模拟输入电压很像。随后，对脉冲波应用一个数字
滤波器以降低噪声。可以看到，其输出已经可以准确反映模拟输入电压。然而，过采样使数据量过大，以至于控制单元无法管理；因此，在其后再附加一个降采样滤波器。为使过采样数据仍可处理，降采样滤波器只用于将过采样的大量高噪声高频数据转为数据量较少易处理的低频去噪数据。
对于需要测量的应用，例如燃油喷射系统和发动机控制单元（ECU），采用 Δ - Σ ADC 为适合。在燃油喷射系统中，的燃油喷射量对于发动机的性能和燃油经济性至关重要。Δ - Σ ADC 能够地将燃油压力传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，使得发动机控制单元能够根据这些数据地控制燃油喷射量，从而提高发动机的性能和燃油经济性。
三、利用 ADC 增强安全性
ADC 对于提高现代汽车的安全性至关重要，例如提升汽车 ADAS、制动系统和稳定性控制系统等安全功能。
对 ADAS 来说，ADC 可以将来自雷达传感器和摄像头的模拟信号转换为数字信息。系统根据处理之后的数据做出转向、制动和加速等决策，同时还能检测其他车辆、行人和障碍物。在实际驾驶过程中，ADAS 系统通过雷达传感器和摄像头实时监测周围环境，ADC 将这些传感器采集到的模拟信号快速、准确地转换为数字信号，使得系统能够及时识别出潜在的危险，并做出相应的反应，如自动刹车、避让等，从而大大提高了驾驶的安全性。
用于制动系统时，ADC 可以将压力传感器的模拟信息转换为数字数据。系统根据处理之后的数据调节施加到每个车轮上的制动力，从而提高车辆的稳定性。当车辆在行驶过程中需要紧急制动时，压力传感器会采集到刹车系统的压力变化模拟信号，ADC 将其转换为数字信号后，汽车计算系统能够根据这些数据地控制每个车轮的制动力，避免车轮抱死，确保车辆在制动过程中的稳定性和安全性。
四、利用 ADC 增强性能
ADC 还是提升现代汽车性能的关键设备，因为它被应用于众多的性能系统，例如燃油喷射系统、变速箱控制系统和发动机控制系统。
例如，在发动机控制系统中，ADC 将温度传感器、压力传感器和氧传感器等不同传感器的模拟信号转换为数字数据。系统根据处理之后的数据管理发动机的各个功能部件，包括燃油喷射、点火正时和油门控制，从而提高发动机的性能和效率。发动机在不同的工况下需要不同的燃油喷射量、点火正时和油门开度，ADC 能够将各个传感器采集到的模拟信号准确地转换为数字信号，使得发动机控制单元能够根据这些数据实时调整发动机的工作状态，从而提高发动机的性能和燃油经济性。
当用于变速箱控制系统时，ADC 将来自压力和温度传感器的模拟信号转换为数字数据。然后利用这些数据控制变速箱的运行，从而提高车辆的效率和操控性。变速箱在不同的行驶条件下需要不同的换挡时机和油压控制，ADC 能够将压力和温度传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，使得变速箱控制系统能够根据这些数据地控制变速箱的运行，实现更顺畅的换挡和更高的传动效率。
五、：汽车应用中的 ADC
1. 驾驶辅助系统（ADAS）中的 ADC
驾驶辅助系统（ADAS）用于提供一些自动驾驶辅助功能，例如自适应巡航控制、车道保持辅助和自动紧急制动等。要识别到其他车辆、行人和障碍物，ADAS 依赖于一系列的传感器，包括雷达传感器、激光雷达传感器和摄像头。
将来自各种传感器的模拟信号转换为数字数据的 ADC 在 ADAS 中发挥着关键的作用。汽车计算机系统可以利用这些数据做出转向、制动和加速等决策。例如，在自适应巡航控制系统中，雷达传感器可用于测量与前方车辆的距离。ADC 将雷达传感器的模拟信号转换为数字数据，然后对其处理以改变车速，从而保持安全的跟车距离。高速 SAR ADC 响应时间快，非常适合此应用。其快速反应时间使系统能够快速响应与前车距离的变化，从而提高驾驶舒适度和安全性。当车辆在高速公路上行驶时，自适应巡航控制系统通过雷达传感器实时监测与前方车辆的距离，高速 SAR ADC 能够迅速将雷达传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，使得系统能够及时调整车速，保持安全的跟车距离，避免发生追尾事故。
2. 发动机控制系统中的 ADC
为了限度地提高发动机性能和经济性，发动机控制系统被用来调节发动机的诸多功能，包括燃油喷射、点火正时和油门控制。这些系统通过一系列传感器（包括温度、压力和氧传感器）来跟踪发动机的工作特性。
作为发动机控制系统关键元件的 ADC 将来自这些传感器的模拟输入转换成数字数据，然后由发动机控制单元（ECU）利用这些数据进行处理，完成发动机运行相关的各项功能。例如，燃油压力传感器在燃油喷射系统中测量燃油轨中的汽油压力，ADC 将燃油压力传感器的模拟输入转换为数字数据，然后对其进行处理，以调节喷入发动机的汽油量。高精度 Δ - Σ ADC 具有高分辨率和高精度，是发动机控制系统的理想选择。利用 Δ - Σ ADC，发动机控制系统能够管理喷入发动机的汽油量，提升发动机性能和燃油经济性。在发动机运行过程中，燃油压力传感器会实时采集燃油轨中的汽油压力模拟信号，高精度 Δ - Σ ADC 能够将其准确地转换为数字信号，使得发动机控制单元能够根据这些数据地控制燃油喷射量，确保发动机在各种工况下都能实现的燃烧效率，从而提高发动机的性能和燃油经济性。
