提升精度：SAR ADC的数字校准算法解析

SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter）是一种常见的模拟到数字转换器，它通过逐次逼近的方式实现高精度的模拟信号转换。在现代集成电路制造中，由于电容失配、系统失调以及噪声等技术局限，使得电荷再分配型SAR ADC的理论精度通常受限在12位左右。这限制了其在需要高精度测量的应用中的表现，比如信号处理、通信和仪器仪表等领域。 为了突破这一限制，高精度ADC设计必须依赖于有效的校准技术。其中，模拟校准技术是早期尝试，包括在模拟域内调整相关参数至理想状态或通过激光校准芯片元件。然而，这类方法成本较高，且易受封装过程中机械应力的影响，不够灵活且难以大规模应用。 相比之下，数字校准技术成为了主流。它的工作原理是将电路中的失配误差等影响以数字形式描述，然后在数字域进行校准。这个过程不依赖于模拟域的实际物理量，而是通过对输出代码进行调整来纠正这些误差。例如，通过采用分段对称电容结构，可以针对每个电容级别的误差产生特定的校准码。这些校准码在ADC启动前预先计算并存储，当ADC运行时，根据这些校准码实时调整输出，从而实现了对失配误差的有效补偿。 SAR ADC的核心内核包含比较器、DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）和SAR逻辑控制电路。工作流程是：首先，模拟输入信号Vin经过采样保持后与DAC产生的半参考电压VDAC进行比较，根据比较结果，SAR寄存器逐位更新，直至得到完整的N位数字表示。数字校准过程则是对这个流程进行优化，确保在实际运行时输出的准确性。 数字校准算法是SAR ADC提高精度的关键技术，通过灵活的数字手段解决了传统模拟校准的局限性，是现代高性能ADC设计不可或缺的一部分。随着技术的进步，未来可能会出现更加精确和高效的数字校准算法，进一步提升ADC的整体性能。