在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号代码是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间（亦即时间坐标轴上的一些规定点上）对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。因此，一般的A/D转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的,即首先对输入的模拟电压信号取样,取样结束后进入保持时间,在这段时间内将取样的电压量化为数字量,并按一定的编码形式给出转换结果,然后开始下一次取样.图2给出一从模拟量到数字量转换的过程框图.

 
1. 取样定理
   可以证明，为了正确无误地用图3中所示的取样信号vS表示模拟信号vI，fimax为输入信号vI的最高频率分量的频率。就是所谓的取样定理.
在满足取样定理的条件下，可以用一个低通滤波器将信号vS还原为vI，这个低通滤波器的电压传输系数 在低于fimax的范围内应保持不变，而在fS－fimax以前应迅速下降为零.因此，取样定理规定了A/D转换的频率下限。
 
   因此,A/D转换器工作时的取样频率必须高于式(2)所规定的频率.取样频率提高以后,留给每次进行转换时间也相应的缩短了,这就要求转换电路必须具备更快的工作速度.因此,不能无限制地提高取样频率,通常取 已经能够满足要求.
因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。可见，进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的vI值。

2. 量化和编码
  我们知道，数字信号不仅在时间上是离散的，而且在数值上的变化也不是连续的。这就是说，任何一个数字量的大小，都是以某个最小数量单位的整倍数来表示的。因此，在用数字量表示取样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数，这个转化过程就叫做量化。所规定的最小数量单位叫做量化单位，用Δ表示。显然，数字信号最低有效位中的1表示的数量大小，就等于Δ。把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制代码就是A/D转换的输出信号。
  既然模拟电压是连续的，那么它就不一定能被Δ整除，因而不可避免的会引入误差，我们把这种误差称为量化误差。在把模拟信号划分为不同的量化等级时，用不同的划分方法可以得到不同的量化误差。
  假定需要把0～+1V的模拟电压信号转换成3位二进制代码，这时便可以取Δ=（1/8）V，并规定凡数值在0～（1/8）V之间的模拟电压都当作0×Δ看待，用二进制的000表示；凡数值在（1/8）V～（2/8）V之间的模拟电压都当作1×Δ看待，用二进制的001表示，……等等,最大的量化误差可达Δ，即（1/8）V。
 
划分量化电平的两种方法:
 为了减少量化误差，取量化单位Δ=（2/15）V，并将000代码所对应的模拟电压规定为0～（1/15）V，即0～Δ/2。这时，最大量化误差将减少为为Δ/2=（1/15）V。这个道理不难理解，因为现在把每个二进制代码所代表的模拟电压值规定为它所对应的模拟电压范围的中点，所以最大的量化误差自然就缩小为Δ/2了。