16位模数转换器（ADC）的工作原理是将连续的模拟信号转换为16位二进制数字信号，其核心是通过高精度量化实现对输入电压的精确测量。以下是其工作流程的分步说明：

1. 模拟信号输入
   待测模拟信号（如传感器电压）通过ADC的输入引脚进入内部电路。此时信号需满足ADC的输入范围（如0-5V），超出范围时需前端电路进行调理。

2. 采样与保持（Sample & Hold）
   采样电路以固定频率捕获输入电压瞬时值，并由保持电容锁定该值，确保转换期间电压稳定。16位ADC的采样时间通常为微秒级，例如SAR型ADC可在1μs内完成采样。

3. 逐次逼近过程（SAR逻辑核心）

   • 初始化：内置的16位逐次逼近寄存器（SAR）从最高位（MSB，第15位）开始依次试探。
   • 二分法比较：数模转换器（DAC）根据SAR当前值生成参考电压（如第1次试探时输出满量程的50%）。比较器将DAC输出与采样电压对比，决定该位保留（置1）或清除（置0）。
   • 逐位确定：重复以上过程，依次处理第14位至第0位（LSB），共需16个时钟周期完成全部位的判定。

4. 量化与编码
   最终SAR寄存器中的16位二进制码对应输入电压的量化值。例如，若参考电压为5V，则LSB对应电压为5V/65536 ≈ 76.29μV，理论最大量化误差为±38μV。

5. 数字输出
   转换完成后，ADC通过并行或串行接口（如SPI、I2C）输出16位数据。部分ADC会额外提供溢出标志位，指示输入超量程状态。

技术特点

• 分辨率：65536个量化等级（2¹⁶），比12位ADC精度高16倍。
• 转换速度：SAR型典型值1MSPS（百万次/秒），适合中高速场景（如工业控制）。
• 误差源：积分非线性（INL）、微分非线性（DNL）需控制在±1LSB以内，参考电压精度需达0.001%级别（如ADR445基准源）。

典型应用

• 高精度测量：医疗设备（ECG信号采集）、光谱分析仪。
• 工业自动化：24位Σ-Δ ADC前的抗混叠预处理。
• 音频处理：专业声卡采用多通道16-24位ADC实现114dB信噪比。

例如，ADS1115型16位ADC采用I²C接口，在3.3V供电时最小可分辨50μV电压变化，适用于电池监测或应变片信号采集场景。实际应用中需注意PCB布局优化，避免数字噪声耦合至模拟输入端。