原创 ADI转换器基础知识培训及工业应用介绍纪要（一）

继Σ-Δ型转换器基础知识的媒体培训交流会之后，ADI的技术专家在不久前又进行了一场有关逐次逼近型ADC（SAR ADC）基础知识的媒体培训，包括SAR ADC的结构、交/直流器件的关键指标解读以及ADI的ADC在工业领域的重点应用等。其间，ADI的专家也同媒体就相关技术与行业应用方面的话题作了深入的交流。

笔者在这里以纪要的方式尝试整理一下重要内容和观点，与大家分享。

培训导师：章新明，ADI深圳分公司现场应用经理

主题：SAR ADC的结构、特性与重要指标

与Σ-Δ型ADC（由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值，容易实现高分辨率）不同，SAR ADC是由一个比较器和DAC通过逐次比较逻辑构成，其转换技术类似于利用一个天平将一个样本与一系列重量经过校准的测试样本进行比较，通过增减测试样本，利用分辨率误差最小并轻于样本的测试样本来估算样本的重量。其工作过程是从最大值MSB开始，按顺序地对每一位输入信号(VIN)与内置高分辨率DAC输出进行比较，经n次比较而输出数字值。如图一、二所示。

图一，SAR ADC的工作原理

图二，二进制权重逐次逼近模数转换器算法

SAR ADC使用低压CMOS (<3V)，支持低功耗工作，其结构比较简单，属于中等分辨率（12 至16 位）和中等速度（100 kHz 至1 MHz）型ADC，较多用于商业和工业领域。SAR ADC的弱点是其线性度高度依赖于内部DAC的精度，如果内部DAC不是单调递增，那么ADC本身就会存在失码问题。

判断ADC和DAC的性能，主要指标包括：分辨率、增益误差、失调误差、微分非线性(DNL)误差、积分非线性(INL)误差和失码。图三是常见各分辨率下的参考指标。

图三，ADC 和DAC 的分辨率

增益误差和失调误差，类似于运算放大器误差。失调误差会引起输入/输出关系在水平方向发生偏移，而增益误差会引起输入/输出关系发生旋转偏移。失调误差和增益误差均可消除。图四显示了两种校正双极性ADC直流偏移的方法。

图四，两种双极性ADC直流偏移校正方法

DNL是指ADC相邻两刻度之间最大的差异，INL则指ADC在所有的数值点上对应的模拟值和真实值之间误差最大的那个点的误差值，也就是输出数值偏离线性最大的距离。DNL值是代码步距与理论步距之差，而INL值则显示了所有代码非线性误差的累计效应。对于理想的转换器而言，码跃迁宽度为1LSB，但实际情况下，由于存在调整误差，跃迁大于或小于1LSB，这就是DNL，即ADC所谓的“失码”。图五显示了两种误差的形成。

图五，DNL和INL的误差形成

DNL和INL是两个重要的直流指标，而交流指标如下表，其测量方法主要是快速傅里叶变换。其中信纳比、有效位数和信噪比，包括无杂散自由动态范围、总谐波失真等都是重要指标。

（未完待续）

 ADI转换器基础知识培训及工业应用介绍纪要（二）