原创 逐次逼近型(SAR) ADC 是如何工作的？它最适用于哪些地方？

逐次逼近型ADC是低成本中高分辨率应用的首选 ADC，SAR ADC 的分辨率范围为 8 - 18 位，采样速度高达每秒 5 兆采样 (Msps)。此外，它可以构造成具有低功耗的小尺寸，这就是为什么这种类型的 ADC 用于便携式电池供电仪器的原因。

顾名思义，该 ADC 采用二进制搜索算法来转换值，这就是为什么内部电路可能以几个 MHZ 运行，但由于逐次逼近算法，实际采样率要低得多。我们将在本文后面讨论更多相关内容。

封面图片显示了基本的逐次逼近型 ADC 电路。但是为了更好地理解工作原理，我们将使用它的 4 位版本。下图显示了这一点。

正如你所看到的，这个ADC由一个比较器、一个数模转换器和一个逐次逼近寄存器以及控制电路组成。现在，无论何时开始新的对话，采样和保持电路都会对输入信号进行采样。并将该信号与 DAC 的特定输出信号进行比较。

现在假设采样输入信号为 5.8V。ADC 的参考电压为 10V。当转换开始时，逐次逼近寄存器将最高有效位设置为 1，将所有其他位设置为零。这意味着该值变为 1、0、0、0，这意味着，对于 10V 参考电压，DAC 将产生 5V 的值，这是参考电压的一半。现在这个电压将与输入电压进行比较，并根据比较器的输出，逐次逼近寄存器的输出将发生变化。下图将更清楚地说明这一点。此外，您可以查看通用参考表以了解有关 DAC 的更多详细信息。

这意味着如果 Vin 大于 DAC 的输出，最高有效位将保持原样，下一位将被设置以进行新的比较。否则，如果输入电压小于 DAC 值，最高有效位将被设置为零，下一位将被设置为 1 以进行新的比较。现在，如果您看到下图，DAC 电压为 5V，并且由于它小于输入电压，最高有效位之前的下一位将设置为 1，而其他位将设置为 0，此过程将一直持续到最接近输入电压的值达到。

这就是逐次逼近型 ADC 如何一次改变一位以确定输入电压并产生输出值。无论四次迭代中的值是多少，我们都将从输入值中获得输出数字代码。最后，四位逐次逼近型 ADC的所有可能组合列表如下所示。

转换时间： 

一般来说，我们可以说对于一个 N 位的 ADC，它需要 N 个时钟周期，这意味着这个 ADC 的转换时间将变成：

*Tc是Conversion Time 的缩写。

与其他 ADC 不同的是，该 ADC 的转换时间与输入电压无关。

由于我们使用的是 4 位 ADC，为避免混叠效应，我们需要在 4 个连续时钟脉冲后进行采样。

转换速度： 

这种类型的 ADC 的典型转换速度约为 2 - 5 兆采样每秒 (MSPS)，但很少有能达到 10 (MSPS) 的。

分辨率：

这种类型的 ADC 的分辨率可以在 8 - 16 位左右，但有些类型可以达到 20 位。

与其它类型的 ADC 相比，这种类型的 ADC 具有许多优势。它具有高精度和低功耗，同时易于使用且延迟时间短。延迟时间是信号采集开始的时间和数据可从 ADC 获取的时间，通常此延迟时间以秒为单位定义。但也有一些数据表将此参数称为转换周期，在特定的 ADC 中，如果数据可在一个转换周期内获取，我们可以说它有一个对话周期延迟。如果数据在 N 个周期后可用，我们可以说它有一个转换周期延迟。SAR ADC 的一个主要缺点是其设计复杂性和生产成本。

由于这是最常用的 ADC，它被用于许多应用，例如可植入患者体内的生物医学设备，使用这些类型的 ADC 是因为它消耗的功率非常少。此外，许多智能手表和传感器都使用这种类型的 ADC。

总之，我们可以说这种类型的 ADC 的主要优点是低功耗、高分辨率、小尺寸和精度。这种类型的特性使其适用于集成系统。主要限制可能是它的低采样率和构建此 ADC 所需的部件，即 DAC 和比较器，这两者都需要非常准确地工作才能获得准确的结果。

本文由IC先生www.mrchip.cn编辑整理，请勿转载，谢谢。